(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 太原 030031)

谷子(Setariaitalica(L.) Beauv.)是我國北方干旱半干旱地區(qū)主栽的禾本科糧食作物，在有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展及調(diào)整優(yōu)化糧食種植結(jié)構(gòu)中具有重要意義。我國谷子種植區(qū)域主要分布在東北、華北和西北地區(qū)[1-3]，山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所育成的23個(gè)谷子新品種適宜種植在包括陜西、甘肅、遼寧及山西等在內(nèi)的西北春谷中晚熟區(qū)，由于本生態(tài)區(qū)光照時(shí)間長(zhǎng)、陽光充足以及晝夜溫差大等原因，生產(chǎn)的小米米質(zhì)優(yōu)、適口性好，深受廣大消費(fèi)者好評(píng)，著名的“沁州黃”、“汾州香”及“延安小米”等品牌米均產(chǎn)于本生態(tài)區(qū)。

對(duì)谷子品種的綜合評(píng)價(jià)可為優(yōu)良種質(zhì)資源利用、新品種選育及推廣提供參考依據(jù)。王軍等[4]和楊慧卿等[5]通過對(duì)2008年國家區(qū)域試驗(yàn)的品種進(jìn)行分析，篩選出長(zhǎng)生07、汾選8號(hào)和太選7號(hào)等優(yōu)良品種。田崗等[6]對(duì)山西長(zhǎng)治種植的15個(gè)谷子品種進(jìn)行分析，篩選出晉谷21號(hào)、長(zhǎng)農(nóng)35號(hào)及晉谷59號(hào)等優(yōu)勢(shì)谷子新品種。解慧芳等[7]對(duì)2016年華北夏谷區(qū)參加聯(lián)合鑒定的谷子品種進(jìn)行高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)及適應(yīng)性分析，篩選出濟(jì)谷20等谷子新品種。孫宇燕等[8]為春谷高效利用糯谷種質(zhì)材料，對(duì)引進(jìn)的53份資源進(jìn)行了農(nóng)藝性狀和品質(zhì)分析。史根生等[9]和王志芳等[10]對(duì)晉谷21號(hào)等歷史名米的營養(yǎng)品質(zhì)、適口品質(zhì)進(jìn)行了分析研究。張艾英等[11,12]、李志江等[13]和張婷等[14]分別對(duì)西北春谷早熟區(qū)、西北春谷中晚熟區(qū)、東北春谷區(qū)和華北夏谷區(qū)近10年參加國家區(qū)域試驗(yàn)的品種進(jìn)行了綜合分析，刁現(xiàn)民等[15]系統(tǒng)梳理了不同生態(tài)區(qū)區(qū)域試驗(yàn)15年的整體情況。以上研究為谷子新品種綜合評(píng)價(jià)、應(yīng)用及示范推廣提供了一定的參考價(jià)值。

表1 育成品種

谷子的產(chǎn)量水平受多種農(nóng)藝性狀的綜合影響，因此將各個(gè)性狀綜合起來評(píng)價(jià)一個(gè)品種的好壞顯得極其重要。秦嶺等[16]、屠環(huán)文等[17]和袁峰等[18]分別對(duì)影響谷子產(chǎn)量的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了相關(guān)性分析，但不同年份、地域、自然環(huán)境和品種都可能影響產(chǎn)量的主要性狀改變，分析結(jié)果不盡相同。灰色關(guān)聯(lián)度分析是基于灰色系統(tǒng)的灰色過程，是對(duì)因素間序列的比較，適應(yīng)性更廣[19]，目前已廣泛應(yīng)用于水稻[20]、玉米[21]、大豆[22]和小麥[23,24]等作物，谷子等雜糧作物中也有應(yīng)用[25,26]。近期，魏萌涵等[27]采用相關(guān)分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析相結(jié)合的方法，對(duì)產(chǎn)量相關(guān)的8個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，得出影響谷子產(chǎn)量的前三項(xiàng)農(nóng)藝性狀是單穗重、穗粒重和千粒重；史根生等[28]對(duì)谷子雜交種的主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量也進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)度分析，得出與產(chǎn)量密切相關(guān)的主要因素是生育期、小區(qū)苗數(shù)和穗長(zhǎng)等農(nóng)藝性狀，為谷子雜交種新品種選育提供了參考。

本研究以山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所近年來育成的谷子新品種為材料，對(duì)品種的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量表現(xiàn)及品質(zhì)性狀進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)，并對(duì)不同農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的關(guān)系進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析，旨在提升谷子的育種水平，為谷子新品種推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為2002—2020年山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所自育的23個(gè)谷子新品種(表1)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)來源于全國西北春谷中晚熟組區(qū)域試驗(yàn)、山西省中晚熟組區(qū)域試驗(yàn)、全國或山西省谷子新品種聯(lián)合鑒定試驗(yàn)的試驗(yàn)總結(jié)(同時(shí)通過國家鑒定及山西省認(rèn)定的谷子品種采用國家試驗(yàn)數(shù)據(jù))。23個(gè)育成品種中，11個(gè)品種通過國家審(鑒)定，8個(gè)品種通過山西省審(認(rèn))定，其中4個(gè)品種同時(shí)通過國家鑒定和山西省認(rèn)定。全部品種進(jìn)行了國家谷子新品種登記，且2個(gè)品種在全國優(yōu)質(zhì)食用粟評(píng)選中獲一級(jí)優(yōu)質(zhì)米，7個(gè)品種獲二級(jí)優(yōu)質(zhì)米。

圖1 育成品種及對(duì)照參加試驗(yàn)產(chǎn)量變化情況

1.2 統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)23個(gè)谷子新品種的主要農(nóng)藝性狀、品質(zhì)性狀及產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，采用Excel 2007軟件和DPS 7.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 育成品種產(chǎn)量及主要農(nóng)藝性狀分析

2.1.1育成品種產(chǎn)量變化

以育成品種和對(duì)照品種(表2)連續(xù)2年參加區(qū)域試驗(yàn)的平均產(chǎn)量為依據(jù)進(jìn)行產(chǎn)量分析(圖1)，23個(gè)谷子育成品種的產(chǎn)量均高于同期對(duì)照，達(dá)3 500 kg·hm-2以上，2010年以前的育成品種產(chǎn)量相對(duì)較低，新品種太選谷24產(chǎn)量最高，達(dá)5 289.75 kg·hm-2，其次為一級(jí)優(yōu)質(zhì)米品種晉谷59號(hào)，產(chǎn)量為5 230.5 kg·hm-2，晉谷34號(hào)產(chǎn)量最低，為3 673.50 kg·hm-2。增產(chǎn)率變幅為1.53%～13.09%，增產(chǎn)超過5%的品種有20個(gè)，其中增產(chǎn)8%以上的品種有8個(gè)，占育成品種總數(shù)的34.78%，高產(chǎn)品種晉谷51號(hào)增產(chǎn)率最高，達(dá)13.09%。

不同品種的產(chǎn)量存在差異主要有兩方面的原因，一是不同品種本身的內(nèi)在因素；二是不同品種參試年份不同，地力和水肥條件不同。因此，育成品種參加區(qū)域試驗(yàn)的產(chǎn)量結(jié)果僅作為品種推廣的參考，增產(chǎn)率的不同還與對(duì)照品種的產(chǎn)量水平有關(guān)。

2.1.2育成品種農(nóng)藝性狀變化

育成品種均為西北春谷中晚熟區(qū)種植的谷子品種，生育期一般為115～125 d，主要農(nóng)藝性狀如表3所示。育成品種幼苗葉鞘色分綠色、淺紫色和紫色3種，其中綠色品種占多數(shù)，達(dá)18個(gè)；穗型主要分紡錘和圓筒2種類型；谷色除太選谷21(灰色)、太選谷26(灰色)和太選谷23(白色)不同外，其它均為黃色；米色除太選谷21(灰色)、太選谷26(灰綠色)外，其它均為黃色。

23個(gè)育成品種株高變幅為126.0～167.2 cm，超過160 cm的品種有4個(gè)，分別為晉谷55號(hào)、太選谷21、太選谷22和太選谷25；穗長(zhǎng)變幅為19.8～30.0 cm，超過23 cm的品種有12個(gè)；單穗重變幅為17.3～29.8 g，高于22 g的品種有9個(gè)，超過25 g的品種有4個(gè)，分別為晉谷53號(hào)、太選谷28、晉谷46和太選谷23，晉谷42號(hào)最低，為17.3 g，其余品種在20～25 g之間；穗粒重變幅為14.3～25.2 g，晉谷42號(hào)最低；育成品種的出谷率變幅為75.21%～88.59%，高于80%的品種有11個(gè)，約占育成品種的一半；千粒重變幅為2.70～3.20 g，其中2個(gè)品種(晉谷60號(hào)、晉谷52號(hào))的千粒重均為2.70 g，3個(gè)品種(晉谷34號(hào)、太選谷22和晉谷51號(hào))的千粒重達(dá)3.20 g，說明不同品種的千粒重上下波動(dòng)不顯著。不同品種參加區(qū)域試驗(yàn)的地力、水肥條件不同，品種的農(nóng)藝性狀僅能代表當(dāng)時(shí)、當(dāng)?shù)氐乃健?/p>

表2 育成品種參試過程中的對(duì)照品種

表3 不同品種農(nóng)藝性狀匯總

表4 不同品種農(nóng)藝性狀無量綱化處理

2.2 育成品種農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)分析

將育成品種測(cè)定的農(nóng)藝性狀視為一個(gè)灰色系統(tǒng)，產(chǎn)量性狀設(shè)定為母序列X0，株高、穗長(zhǎng)、單穗重、穗粒重、出谷率、千粒重等6個(gè)性狀分別設(shè)定為比較數(shù)列X1、X2、X3、X4、X5、X6[29]。將原始數(shù)據(jù)組成的序列進(jìn)行無量綱化轉(zhuǎn)換得到均值化序列(表4)，應(yīng)用DPS軟件進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析，分辨系數(shù)ρ越小，分辨力越大，具體取值可視情況而定，本次分析取ρ=0.5，計(jì)算關(guān)聯(lián)度(表5)。

育成品種6個(gè)農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)序?yàn)槌龉嚷?單穗重>千粒重>穗粒重>株高>穗長(zhǎng)，其中出谷率與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度最大(rOi=0.7806)。關(guān)聯(lián)度越大，與母序列關(guān)系越緊密，反之則關(guān)系越疏遠(yuǎn)。因此，當(dāng)栽培管理措施一致的情況下，單穗重、千粒重及穗粒重對(duì)產(chǎn)量的影響較大。

表5 不同谷子品種性狀與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度

2.3 育成品種品質(zhì)表現(xiàn)

對(duì)23個(gè)育成品種的小米粗蛋白、粗脂肪、直鏈淀粉、膠稠度、VB1、堿消指數(shù)和賴氨酸含量等品質(zhì)分析結(jié)果，參照1990年河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所制定的“優(yōu)質(zhì)食用粟品質(zhì)及其檢測(cè)方法”的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(DB/7300 B 22 13-90)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以晉谷21號(hào)為對(duì)照(圖2 )，數(shù)據(jù)來源于農(nóng)業(yè)部谷物及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，其中太選谷21、太選谷22、太選谷23、太選谷24、太選谷25及太選谷26未測(cè)定堿消指數(shù)(糊化溫度)，8個(gè)品種測(cè)定了賴氨酸含量。

表6 育成品種品質(zhì)性狀間的相關(guān)分析

圖2 育成品種的品質(zhì)性狀

從圖2可知，粗蛋白含量變幅為9.81%～15.47%，其中僅一個(gè)品種(太選谷23)低于10%，最高為晉谷45號(hào)，超過對(duì)照晉谷21號(hào)11.89%，8個(gè)品種達(dá)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(蛋白質(zhì)含量≥12.5%)，15個(gè)品種達(dá)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(蛋白質(zhì)含量≥11.8%)；粗脂肪含量變幅為2.62%～5.30%，5個(gè)品種達(dá)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(粗脂肪含量≥4.6%)，11個(gè)品種達(dá)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(粗脂肪含量≥4.2%)，晉谷46號(hào)和晉谷34號(hào)超過對(duì)照4.94%；直鏈淀粉含量變幅為14.18%～24.21%，其中太選谷29含量最低，10個(gè)品種達(dá)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(14.0%≤直鏈淀粉含量≤17.0%)，19個(gè)品種達(dá)二級(jí)(17.0%≤直鏈淀粉含量≤20.0%)；膠稠度變幅為110.0～137.5 mm，21個(gè)品種達(dá)二級(jí)(膠稠度≥115 mm)，16個(gè)品種膠稠度大于120 mm；維生素B1的測(cè)定中，含量分布在0.18～0.68 mg·(100 g)-1之間，最高為晉谷36號(hào)；17個(gè)品種測(cè)定了堿消指數(shù)，13個(gè)品種達(dá)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(堿消指數(shù)級(jí)別≥3.5)，太選谷28和對(duì)照品種晉谷21號(hào)最高，達(dá)5.7，所有測(cè)定品種均達(dá)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(堿消指數(shù)級(jí)別≥2.5)；8個(gè)品種的賴氨酸含量分布在0.23%～0.28%之間，不同品種上下波動(dòng)不顯著。

對(duì)品質(zhì)分析的7個(gè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析(表6)，粗蛋白含量與粗脂肪和維生素B1含量呈顯著正相關(guān)，與直鏈淀粉含量和測(cè)定樣品水分呈顯著負(fù)相關(guān)；粗脂肪含量與維生素含量呈極顯著正相關(guān)，與堿消指數(shù)呈顯著正相關(guān)，同膠稠度和測(cè)定樣品水分呈顯著負(fù)相關(guān)；維生素B1含量與膠稠度呈顯著負(fù)相關(guān)；堿消指數(shù)與直鏈淀粉呈極顯著負(fù)相關(guān)，與測(cè)定樣品的水分含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；直鏈淀粉的含量與測(cè)定樣品的水分含量呈極顯著正相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

3.1 育成品種產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的總體情況

2002—2020年山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所育成谷子品種產(chǎn)量整體水平有了較大的提升，均達(dá)3 500 kg·hm-2以上，增產(chǎn)幅度超過對(duì)照8%的品種有8個(gè)。育成品種株高變幅為126.0～167.2 cm，除少數(shù)中矮桿品種外，多數(shù)品種為中高桿類型，但品種的株高受諸多因素的影響，上下波動(dòng)明顯[30]。降低株高是培育適合機(jī)械化收獲品種的基本要求，也是谷子育種的新方向。育成品種的穗長(zhǎng)均超過19 cm，11個(gè)品種的出谷率大于80%，超過張艾英等[24]分析的30個(gè)西北春谷中晚熟組通過國家鑒定的品種，穗長(zhǎng)，穗重、穗粒重等其它農(nóng)藝性狀也均高于30個(gè)同期通過國家鑒定品種的平均水平。

3.2 育成品種農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)度

谷子的農(nóng)藝性狀之間存在著明顯相關(guān)性，但通過相關(guān)系數(shù)確定兩個(gè)因子之間的真實(shí)關(guān)系，還具有一定的局限性。本研究通過育成品種與產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)分析得出影響產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)序?yàn)槌龉嚷?單穗重>千粒重>穗粒重>株高>穗長(zhǎng)，這與李志江等[13]、刁現(xiàn)民等[15]的究結(jié)果相似，但與劉金蘭等[31]的研究結(jié)果有差異。因此，在新品種選育及種質(zhì)創(chuàng)制時(shí)，針對(duì)不同類型的材料，選擇農(nóng)藝性狀的側(cè)重點(diǎn)不同。

3.3 育成品種的品質(zhì)評(píng)價(jià)

品質(zhì)優(yōu)良是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)作物品種的基本要求，這是由經(jīng)濟(jì)發(fā)展和市場(chǎng)需求決定的，農(nóng)作物品種的品質(zhì)已成為作物育種的主要目標(biāo)。國內(nèi)沒有優(yōu)質(zhì)小米品質(zhì)的明確標(biāo)準(zhǔn)，“優(yōu)質(zhì)食用粟品質(zhì)及其檢測(cè)方法”品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(DB/7300 B 22 13-90)，主要包括以蛋白質(zhì)、脂肪和維生素B1含量為指標(biāo)的營養(yǎng)品質(zhì)和以直鏈淀粉含量、膠稠度和堿消指數(shù)(糊化溫度)為指標(biāo)的食用品質(zhì)。中國作物學(xué)會(huì)粟類作物專業(yè)委員會(huì)評(píng)定的國家優(yōu)質(zhì)米是通過專家對(duì)食用粟的食味品質(zhì)和商品品質(zhì)進(jìn)行鑒評(píng)打分選出，評(píng)選結(jié)果更接近市場(chǎng)需求。23個(gè)育成品種中，由中國作物學(xué)會(huì)粟類作物專業(yè)委員會(huì)評(píng)定的國家一級(jí)和二級(jí)優(yōu)質(zhì)米品種有7個(gè)，品質(zhì)分析測(cè)定的多個(gè)指標(biāo)超過一級(jí)、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)質(zhì)米品種的粗蛋白、粗脂肪、直鏈淀粉含量等營養(yǎng)品質(zhì)測(cè)定性狀與品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)無對(duì)應(yīng)關(guān)系，這與張艾英等[24]分析得出的優(yōu)質(zhì)米的粗蛋白和粗脂肪含量相對(duì)較高有差異。

依據(jù)品質(zhì)測(cè)定分析結(jié)果，育成品種類型豐富，其中包括軟膠稠度品種(膠稠度大于120 mm)、中糊化溫度品種(堿消指數(shù)：4～5)[32-34]。Nakayama等[35]依據(jù)直鏈淀粉含量的不同可將谷子分為3類：直鏈淀粉含量在17.0%～31.9%之間為非糯類型，直鏈淀粉含量在7.8%～16.0%之間為低直鏈淀粉類型，直鏈淀粉含量為0～3.5%時(shí)，為糯質(zhì)類型，23個(gè)育成品種中，8個(gè)品種為低直鏈淀粉品種，其余為非糯類型。相關(guān)性分析表明，粗蛋白含量與粗脂肪含量和維生素B1含量顯著正相關(guān)，該結(jié)果與古世祿等[36]對(duì)山西省209份谷子品種和李國英[37]對(duì)全國400份材料的品質(zhì)分析結(jié)果一致，但與張愛霞等[38]對(duì)全國6省區(qū)的29個(gè)谷子品種的分析結(jié)果相反，粗蛋白和粗脂肪的相關(guān)性有待進(jìn)一步確定。另外，粗蛋白和粗脂肪對(duì)谷子營養(yǎng)品質(zhì)的效應(yīng)不同，即高蛋白會(huì)降低谷子的整體品質(zhì)，高脂肪可提升谷子的整體品質(zhì)[38]，粗蛋白和粗脂肪作為品質(zhì)育種的主要指標(biāo)，可根據(jù)不同的育種目標(biāo)進(jìn)行選擇。本研究還發(fā)現(xiàn)粗蛋白、堿消指數(shù)和直鏈淀粉呈顯著負(fù)相關(guān)，粗脂肪含量與維生素含量呈極顯著正相關(guān)，與堿消指數(shù)呈顯著正相關(guān)，同膠稠度呈顯著負(fù)相關(guān)，維生素B1含量與膠稠度呈顯著負(fù)相關(guān)；堿消指數(shù)與直鏈淀粉極呈顯著負(fù)相關(guān)。品質(zhì)分析結(jié)果與不同生態(tài)環(huán)境關(guān)系較為密切[38,39]。因此，在新品種選育過程中，應(yīng)根據(jù)本生態(tài)區(qū)特點(diǎn)多樣品比較，最終選擇品質(zhì)優(yōu)良的谷子新品種。

3.4 谷子育種的方向

自2000年以來，山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所整體育種水平有了較大的提升，在育成品種的數(shù)量、產(chǎn)量、抗病性及品質(zhì)等方面有所突破，新品種選育取得了一定的進(jìn)展，國家一級(jí)優(yōu)質(zhì)米新品種晉谷59號(hào)及特色谷子新品種太選谷21已轉(zhuǎn)讓給山西大豐種業(yè)有限公司進(jìn)行品種轉(zhuǎn)化與產(chǎn)品研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了科研成果的市場(chǎng)價(jià)值，但從23個(gè)育成品種的總體評(píng)價(jià)看，還存在很多的不足與拓展空間，如：育種手段較單一，育成品種基本為太陽能殺雄、人工雜交選育的品種；育種親本遺傳資源相對(duì)狹窄，缺乏不同類型的種質(zhì)資源；育成品種類型較少，在生產(chǎn)上覆蓋面小，不能滿足不同生態(tài)區(qū)的種植需求；育成品種的商品性缺乏明顯優(yōu)勢(shì)，缺少專用品種、抗除草劑品種等。在今后種質(zhì)優(yōu)選及新品種選育過程中，應(yīng)注重引進(jìn)新型優(yōu)異資源，拓寬育種基礎(chǔ)，不斷挖掘新材料，選用優(yōu)質(zhì)、矮桿、株型緊湊、葉片上沖、抗除草劑的種質(zhì)資源，根據(jù)市場(chǎng)需求，調(diào)整育種目標(biāo)，培育品質(zhì)優(yōu)良、抗性強(qiáng)以及多種類型的抗除草劑品種，多元化滿足谷子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。