王潤豐，王海蓮，劉賓，陳二影，黎飛飛，岳霞，張華文

（山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，山東 濟(jì)南 250100）

高粱（SorghumbicolorL.）國內(nèi)外栽培歷史悠久，對(duì)鹽堿、旱澇、瘠薄等惡劣土壤環(huán)境均有較強(qiáng)的適應(yīng)能力［1－3］。同時(shí)，作為C4植物，高粱光合能力強(qiáng)、效率高，生物產(chǎn)量高，是禾本科作物的重要一員［4］。2019年其全球收獲面積4 190.63萬hm2，產(chǎn)量約5 789.34萬t，僅次于玉米、水稻、小麥和大麥，排名前五［5］。從用途上分，高粱有4大類別，即粒用高粱、甜高粱、飼草高粱和帚用高粱［6，7］。其中，粒用高粱是以籽粒為主要收獲器官的高粱。粒用高粱籽粒營養(yǎng)豐富、營養(yǎng)價(jià)值高，國際上不僅當(dāng)作主糧，亦用作飼料，經(jīng)濟(jì)效益高［8，9］。當(dāng)前我國粒用高粱品種種類豐富，但大部分被用作白酒釀造原料，少部分食用，導(dǎo)致我國粒用高粱飼用價(jià)值被嚴(yán)重低估，其飼料研發(fā)、利用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到制約［2］。

隨著物質(zhì)生活水平的日益提高，人們對(duì)畜牧產(chǎn)品（肉、蛋、奶）在營養(yǎng)膳食結(jié)構(gòu)中的需求比例相應(yīng)增加，而國內(nèi)主要飼料原料（苜蓿、燕麥、玉米等）供不應(yīng)求，多依賴進(jìn)口，受國際貿(mào)易政策影響大，不確定因素多。因此確保我國自主可控的優(yōu)質(zhì)飼料原料供應(yīng)，既可以保證我國糧食安全，又可以緩解國內(nèi)畜牧產(chǎn)品消費(fèi)與飼料供需矛盾，促進(jìn)我國飼料產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展［8］。粒用高粱籽粒飼用為解決這一問題提供了一條值得嘗試的新途徑，而對(duì)粒用高粱品種籽粒是否適宜飼用進(jìn)行評(píng)價(jià)是關(guān)鍵一步。本研究以發(fā)掘粒用高粱籽粒飼用潛力，繼而合理開發(fā)利用高粱品種資源為基本出發(fā)點(diǎn)，對(duì)我國現(xiàn)已育成的14個(gè)粒用高粱品種進(jìn)行多區(qū)域田間試驗(yàn)，以期篩選出高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、適宜機(jī)械化生產(chǎn)的飼用粒用高粱專用品種，為其籽粒飼用產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定品種基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

參試高粱品種14個(gè)，共來自3個(gè)研究單位，為符合粒用高粱飼用標(biāo)準(zhǔn)要求品種（單寧含量低于0.5%），且廣泛種植。其中，以沈雜5為對(duì)照（CK），具體見表1。

表1 參試品種來源信息

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)置 在我國高粱春播晚熟生態(tài)區(qū)共設(shè)置5個(gè)田間試驗(yàn)點(diǎn)，分別為遼寧省沈陽市（遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所）、錦州市（錦州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院）、朝陽市（遼寧省水土保持研究所）和山西省晉中市（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所）、甘肅省平?jīng)鍪校ㄆ經(jīng)鍪修r(nóng)業(yè)科學(xué)研究所）。采用完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)（RCBD），重復(fù)3次。小區(qū)面積19.8 m2。行長5 m，6行區(qū)種植，株距14 cm，行距66 cm，密度120 000株/hm2。收中間4行測(cè)產(chǎn)。

1.2.2 播種與田間管理 5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均按照當(dāng)?shù)貧夂驐l件與栽培習(xí)慣于2020年5月播種。田間管理措施同當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.2.3 農(nóng)藝性狀田間統(tǒng)計(jì) 成熟時(shí)調(diào)查統(tǒng)計(jì)14個(gè)高粱品種的生育期、株高、穗長、穗粒重、千粒重、產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)方差分析（ANOVA）采用混合線性模型（MLM）并計(jì)算廣義遺傳力（H2）［10］，用SPSS 26軟件完成。圖表繪制分別在Prism Graphpad 9和Minitab 19中進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 14個(gè)粒用高粱品種的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)

對(duì)14個(gè)粒用高粱品種的株高、穗長、穗粒重、千粒重、產(chǎn)量、生育期共6個(gè)性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，結(jié)果見圖1。其中，箱線圖上下限之間的變幅反映了各品種農(nóng)藝性狀受環(huán)境影響的變異程度；此外，農(nóng)藝性狀表現(xiàn)在品種間的差異顯著性也較為明顯。利用線性混合模型對(duì)農(nóng)藝性狀的田間表現(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果（表2）表明，品種間各性狀的差異極顯著（P＜0.01，P＜0.001），各試驗(yàn)點(diǎn)環(huán)境條件對(duì)性狀的影響、各性狀的品種基因型與試驗(yàn)點(diǎn)環(huán)境的互作效應(yīng)也極顯著（P＜0.001）。而各農(nóng)藝性狀的廣義遺傳力均落在高遺傳力區(qū)間（H2＞0.6），說明各農(nóng)藝性狀雖受環(huán)境影響，但其在不同環(huán)境下的表現(xiàn)仍然穩(wěn)定。

表2 農(nóng)藝性狀的方差分析與廣義遺傳力

高粱株高對(duì)機(jī)械化收割影響最大，也是高粱品種適宜機(jī)械化生產(chǎn)的關(guān)鍵指標(biāo)。由圖1A可以看出，14個(gè)粒用高粱品種株高的變異差值為146.7 cm，其中最高的品種為葫粱1，平均株高217.3 cm，變異系數(shù)為3.8%；遼雜69最矮，平均株高僅140.4 cm，變異系數(shù)13.0%。低于160 cm的矮稈品種有4個(gè)，分別為錦雜110、遼雜48、遼雜52和遼雜69，其它為中高稈品種。株高變異幅度最大和最小的品種分別是遼糯12和遼糯13，變異系數(shù)分別為17.4%和4.2%。對(duì)照品種沈雜5平均株高177.3 cm，變異系數(shù)13.0%。

圖1B顯示，14個(gè)粒用高粱品種的最短穗長為20.6 cm，最長為40.0 cm，平均穗長為30.2 cm。其中，錦雜111平均穗長最長，為32.2 cm，變異系數(shù)15.9%；遼雜48平均穗長最短，為27.3 cm，變異系數(shù)最小，為8.0%。而對(duì)照品種沈雜5平均穗長為29.7 cm，變異系數(shù)最高，為19.5%。

圖1C顯示，14個(gè)粒用高粱品種穗粒重的變異范圍較大，在24.9～93.9 g之間，差值高達(dá)69 g。對(duì)照品種沈雜5平均穗粒重為62.8 g，變異系數(shù)35.4%。平均穗粒重高于對(duì)照的品種有5個(gè)，分別為葫粱1、錦雜111、晉飼20－1、遼雜48和遼雜52。其中錦雜111穗粒重最高，變異系數(shù)為22.8%；遼糯12穗粒重最低，僅53.0 g，且變異最大，變異系數(shù)34.7%。

圖1D顯示，14個(gè)粒用高粱品種千粒重的變異范圍在17.3～49.3 g之間，差值達(dá)32.0 g，平均值為29.8 g。平均千粒重最高的品種為晉飼20－1，達(dá)32.0 g，變異系數(shù)23.4%；最小的品種為錦雜111，僅27.7 g，變異系數(shù)22.2%。對(duì)照品種沈雜5的平均千粒重為31.4 g。

產(chǎn)量是所有農(nóng)藝性狀中最重要的性狀，在不同品種的多環(huán)境試驗(yàn)中能反映其生態(tài)適應(yīng)性的強(qiáng)弱，也是品種篩選的重要依據(jù)。圖1E顯示，14個(gè)粒用高粱品種中，最低產(chǎn)量為2 593.5 kg/hm2，最高為9 301.5 kg/hm2，平均產(chǎn)量為6 207.0 kg/hm2。對(duì)照品種沈雜5平均產(chǎn)量為5 899.5 kg/hm2，變異系數(shù)為37.0%。有10個(gè)品種的平均產(chǎn)量高于對(duì)照，其中遼雜52產(chǎn)量最高，達(dá)7 117.5 kg/hm2，變異系數(shù)28.0%；其它9個(gè)品種依次為遼雜72、錦雜111、晉飼20－1、遼雜10、遼糯13、錦雜110、錦雜107、遼雜48和遼雜73。

圖1F顯示，參試粒用高粱品種的平均生育期約115 d，部分地區(qū)生育期最短為78 d，最長為165 d。對(duì)照品種沈雜5平均生育期最短，為108 d，變異系數(shù)13.1%；生育期較長品種為遼糯13、錦雜111、遼雜72，均超過122 d。

圖1 14個(gè)粒用高梁品種農(nóng)藝性狀田間表現(xiàn)的箱線圖

2.2 14個(gè)粒用高粱品種性狀間的相關(guān)性分析

對(duì)高粱株高、穗長、穗粒重、千粒重、產(chǎn)量、生育期共6個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果（表3）表明，株高與產(chǎn)量（r＝0.173，P＜0.05）顯著正相關(guān)，而其與生育期（r＝0.245，P＜0.01）、穗粒重（r＝0.321，P＜0.001）和穗長（r＝0.346，P＜0.001）極顯著正相關(guān)；穗長與生育期正相關(guān)（r＝0.177，P＜0.05），與穗粒重、千粒重、產(chǎn)量相關(guān)不顯著；穗粒重與生育期相關(guān)不顯著，而與產(chǎn)量極顯著正相關(guān)（r＝0.886，P＜0.001），與千粒重極顯著負(fù)相關(guān)（r＝－0.254，P＜0.001）；千粒重與產(chǎn)量（r＝－0.262，P＜0.001）極顯著負(fù)相關(guān)，與生育期極顯著正相關(guān)（r＝0.608，P＜0.001）；產(chǎn)量與生育期正相關(guān)（r＝0.145，P＝0.05）。

表3 不同農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性

2.3 試驗(yàn)點(diǎn)間14個(gè)粒用高粱品種的產(chǎn)量表現(xiàn)分析

為篩選出高產(chǎn)高效粒用高粱品種，本研究以產(chǎn)量為主要衡量指標(biāo)，評(píng)價(jià)其環(huán)境適應(yīng)性。如表4所示，與沈雜5（CK）相比，5個(gè)試點(diǎn)中，增產(chǎn)點(diǎn)率達(dá)到80%的粒用高粱品種有6個(gè)，按平均產(chǎn)量由高到低依次為遼雜52、錦雜111、遼雜10、遼糯13、錦雜110、錦雜107；增產(chǎn)點(diǎn)率60%的品種1個(gè)，為晉飼20－1。遼雜52、錦雜111、錦雜110在遼寧朝陽減產(chǎn)，而在其它試點(diǎn)均增產(chǎn)，產(chǎn)量排名在前8位以上，尤其是遼雜52、錦雜111增產(chǎn)點(diǎn)排名均靠前；遼雜10、遼糯13僅在遼寧錦州減產(chǎn)；錦雜107在山西晉中減產(chǎn)，增產(chǎn)點(diǎn)中甘肅平?jīng)雠琶^后；晉飼20－1在遼寧朝陽、錦州試點(diǎn)明顯減產(chǎn)，增產(chǎn)點(diǎn)中沈陽增產(chǎn)較少。其余品種增產(chǎn)點(diǎn)率低于50%，僅在個(gè)別試點(diǎn)表現(xiàn)增產(chǎn)，品種廣適性范圍較窄。

表4 參試品種在各試驗(yàn)點(diǎn)的產(chǎn)量表現(xiàn)

3 討論

當(dāng)前，國內(nèi)高粱年產(chǎn)在300萬t左右，其中大部分粒用高粱都用于白酒釀造［11］。與國外相比，我國粒用高粱的經(jīng)濟(jì)價(jià)值被局限于釀造加工業(yè)，而其飼用價(jià)值潛力尚未被充分發(fā)掘，仍有很大的提升空間［12－14］。因此，作為發(fā)掘我國粒用高粱飼用價(jià)值潛力的第一步，需對(duì)現(xiàn)有育成粒用高粱品種進(jìn)行多地點(diǎn)試驗(yàn)，分析評(píng)價(jià)其農(nóng)藝性狀表現(xiàn)，篩選出具有潛在飼用價(jià)值的品種。

對(duì)14個(gè)粒用高粱品種在5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的株高、穗長、穗粒重、千粒重、產(chǎn)量、生育期共6個(gè)性狀田間表現(xiàn)的分析表明，品種間的農(nóng)藝性狀差異極顯著，環(huán)境對(duì)其影響極顯著，品種與環(huán)境的互作效應(yīng)也極顯著（表2）。以上6個(gè)農(nóng)藝性狀的廣義遺傳力（H2）均大于0.6，株高為0.97，穗長為0.88，穗粒重為0.87，千粒重為0.84，產(chǎn)量為0.83，生育期為0.85。Zhang等［15］將性狀的廣義遺傳力分為3個(gè)區(qū)間，0～0.3為低遺傳力性狀，0.4～0.6為中等遺傳力性狀，大于0.6為高遺傳力性狀。因此認(rèn)為，這6個(gè)農(nóng)藝性狀均為高遺傳力性狀。

相關(guān)性分析表明，14個(gè)參試品種6個(gè)農(nóng)藝性狀間存在復(fù)雜的內(nèi)在關(guān)聯(lián)（表3）。需要指出的是，有研究報(bào)道高粱千粒重與穗粒重呈正相關(guān)［16，17］。而本研究發(fā)現(xiàn)，千粒重與穗粒重、產(chǎn)量之間為負(fù)相關(guān)性，這可能與試驗(yàn)品種樣本數(shù)少、缺少廣泛代表性有關(guān)，也有可能與參試品種的特性有關(guān)。由于重要性狀間存在負(fù)相關(guān)性，品種篩選時(shí)不得不做出必要妥協(xié)［18］。14個(gè)參試品種的產(chǎn)量變異系數(shù)較大（表4），平均超過30%。一般認(rèn)為，變異系數(shù)大于20%時(shí)，性狀變異為較高水平［19］。造成產(chǎn)量性狀變異水平較高的原因，在于不同試驗(yàn)點(diǎn)間相同參試品種產(chǎn)量的差異較高，其中錦州試點(diǎn)在高粱生長期遇到嚴(yán)重干旱，另外平?jīng)龅貐^(qū)氣溫偏冷涼、后期陰雨天多，影響高粱籽粒灌漿，從而影響最終產(chǎn)量。其余試驗(yàn)點(diǎn)氣候因素對(duì)產(chǎn)量影響較小。

本研究的首要任務(wù)，是在完成參試粒用高粱品種不同環(huán)境條件下農(nóng)藝性狀田間表現(xiàn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行篩選。其先決條件是品種高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，同時(shí)還要符合行業(yè)生產(chǎn)需求。當(dāng)前，高粱育種、品種篩選越來越多地關(guān)注高粱株型的改良和適宜機(jī)械化生產(chǎn)［13］。高粱株高在120～160 cm之間最適合機(jī)械化收割，而低于120 cm、高于160 cm則需要人工收割［20］。14個(gè)粒用高粱品種中，遼雜52農(nóng)藝性狀表現(xiàn)突出，其沈陽點(diǎn)產(chǎn)量8 812.5 kg/hm2、錦州點(diǎn)4 080.0 kg/hm2、朝陽點(diǎn)5 610.0 kg/hm2、晉中點(diǎn)8 269.5 kg/hm2、平?jīng)鳇c(diǎn)8 812.5 kg/hm2，平均產(chǎn)量7 117.5 kg/hm2，增產(chǎn)點(diǎn)率最高（80%），僅在朝陽點(diǎn)減產(chǎn)；平均株高151.3 cm，適合機(jī)收，穗長29.9 cm，穗粒重67.7 g，千粒重30.5 g，生育期113 d。錦雜110多試點(diǎn)田間表現(xiàn)也較為突出:產(chǎn)量平均值6 279.0 kg/hm2，增產(chǎn)點(diǎn)率80%；株高158.3 cm，穗長29.0 cm，穗粒重61.4 g，千粒重28.7 g，生育期114 d。以上兩個(gè)品種適應(yīng)力強(qiáng)，絕大多數(shù)試點(diǎn)均增產(chǎn)。其余品種，如遼雜72、錦雜111、晉飼20－1、遼雜10、遼糯13平均產(chǎn)量也較高，但其株高過高，均超過160 cm。且遼雜72適應(yīng)性較差，增產(chǎn)點(diǎn)率僅40%；晉飼20－1株高稍高，增產(chǎn)點(diǎn)率60%，僅適宜在西北地區(qū)晉中、平?jīng)龇N植。

4 結(jié)論

本研究旨在通過多環(huán)境測(cè)試，鑒定14個(gè)粒用高粱品種主要農(nóng)藝性狀的田間表現(xiàn)，以初步篩選出高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)并適宜機(jī)械化的粒用高粱品種，為其飼用奠定優(yōu)良品種基礎(chǔ)。結(jié)果表明，遼雜52、錦雜110產(chǎn)量高，增產(chǎn)點(diǎn)率也高，株高適宜機(jī)械化收獲，生育期適中，其它農(nóng)藝性狀優(yōu)良，市場利用潛力較大，尤其是遼雜52表現(xiàn)更為突出。

本研究僅基于參試粒用高粱品種農(nóng)藝性狀的田間表現(xiàn)進(jìn)行初步篩選，尚未對(duì)其籽粒營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行化驗(yàn)分析。因此，為全面評(píng)價(jià)粒用高粱品種的飼用潛力，同時(shí)更好地構(gòu)建符合粒用高粱飼用要求的營養(yǎng)品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，還需進(jìn)一步檢測(cè)鑒定其營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)。這也是本團(tuán)隊(duì)今后需要開展的重點(diǎn)研究方向。