贾鸿昌，韩德志，闫洪睿，张雷，梁吉利，闫晓飞，朱海芳，鹿文成

（黑龙江省农业科学院黑河分院，国家 大豆产业技术体系东北特早熟大豆育种岗，黑龙 江黑河， 164399）

生育期分类是栽培大豆品种分类的主要方法[1]，但是简单的根据生育期长短进行分类，只适用于各自区域的大豆生产情况，地域间缺乏统一的比较标准[2]，很难反映不同品种的生育期差异[3]。大豆生育期组（Maturity group，MG）是国际通用的生育期分类方法，为不同区域间大豆生育期的比较提供了统一标准。Hartwig 等根据各大豆品种在区域试验、引种试验中表现出的生育期差异，将北美大豆品种划分为MG000-X 共13 个生育期组[4]。该方法以其简便、准确等优点被各大豆主产国广泛应用，尤其适用于一熟制大豆产区[3,5]，这种统一标准的生育期分组方法可对新品种的应用前景准确判断，提高品种的推广效率[6～8]；Zhang 等筛选1998-2003 年北美各州生育期组分组数据，基于GIS 软件对北美以往生育期组地理分布图进行了修订，使品种的地理分布更确切[7]；其他大豆主产区在应用大豆生育期组的过程中，应用了不同的鉴定方法。Alliprandini 等根据从北美引进的大豆品种在巴西南部和中西部的生育期和生育期组值分别建立回归方程，对巴西大豆品种进行生育期分组，对当地大豆品种的布局发挥重要指导作用[9]。盖钧镒等[2]以北美生育期组标准品种为参照，依据北美生育期组组间距离10～15 d 的标准，将中国各地256 份代表品种分为000-Ⅸ12 个生育期组，初步建立了中国生育期组划分体系，奠定了中国生育期分组的研究基础。国内较早关于大豆生育期分组的研究也借鉴了该分组方法[10,11]；吴存祥等以北美标准品种相邻生育期组生育日数平均数差值的1/2为界,确定不同地点生育期组的参考范围，对中国国家区域试验对照品种进行了生育期组划分，建立了一套代表性强的中国标准品种，并据此对国家区域试验点设置提出建议[8]。国内后续关于生育期组的研究[12～18]均参考吴存祥的方法，对当地的大豆品种进行分组；Jia 等广泛搜集了中国、俄罗斯、北美、瑞典等高寒地区不同熟期类型的大豆品种，根据参试品种的全生育期通过聚类分析，对供试品种进行生育期组分类，结果发现一批比MG000 组早熟的大豆品种，并建立了新的生育期组MG0000 组，将供试品种分为MG0000、MG000、MG00、MG0这4个生育期组，为当地大豆品种布局、异地引种等工作提供可靠依据[19]。上述生育期组研究中有代表性的分组方法可分为三类，第一类是根据选用的标准品种的生育期划定生育期组的区间[8]，第二类是根据供试材料的生育期性状进行聚类分析[19]，第三类是根据标准品种的生育期与其生育期组值建立回归方程，再利用方程对鉴定品种进行分组[7,20]。本文利用这三种方法对相同材料进行分组研究，旨在分析不同方法的优缺点，以期为各地生育期组划分提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

中国东北北部高寒地区的主栽品种60份；俄罗斯阿穆尔州推广的品种17 份；北美大豆熟期组MG000、MG00、MG0、MGⅠ组标准品种13 份，共计90份。

1.2 方法

1.2.1 种植方法及调查项目 试验于2018-2020

年在黑龙江省农业科学院黑河分院试验田（北纬50°15′，东经127°27′，海拔168.5 m）进行。3年均于5 月9 号播种，行长2 m，株距5 cm，行距60 cm，人工双行点播，材料按照熟期由早到晚的顺序排列。不设重复，出苗后定苗30 株，按照Fehr 和Carviness 的标 准[21]，记 录 出 苗 期（VE）、开 花 期(R1)、成 熟期（R7）。

1.2.2 生育期分组方法 生育期分组分别用线性回归分析法、系统聚类分析法[19]和区间法[8]。回归分析法利用北美引进品种生育期日数和生育期组值建立线性回归方程，按照北美习惯标记方法MG000-0 组品种的生育期组值分别记为000.0-000.9、00.0-00.9和0.0-0.9，为使各组的生育期组值符合数学计算规则，在回归分析之前，参照以往研究的方法[7]，应将MG000 至MG0 组值分别转换为1.0-1.9、2.0-2.9和3.0-3.9。系统聚类分析法，以供试品种3 年全生育期日数为指标，采用离均差平方和法聚类。区间法以北美标准品种相邻生育期组生育日数平均数差值的1/2 为界，确定不同地点生育期组的参考范围。所有数据处理采用DPS7.05软件完成[22]。

2 结果与分析

2.1 供试材料的霜前成熟情况

在3 年的试验中，北美生育期组MG0 组晚熟标准品种MN0901，MGⅠ组标准品种Surge、Harlon、Haroson、NE1900，中国生育期组MG0 组对照品种吉林30、九农21、东农47D、东农434、嫩丰11、东农163、北豆21 等12 份材料未成熟，在初霜时只达到R4～R5。

2.2 北美生育期组标准品种的生育期表现

北美大豆生育期组MG000～Ⅰ组标准品种名称及生育期表现见表1。从表1 中可以看出MG0 组晚熟标准品种和MGⅠ组标准品种均未成熟，初步判断中国北部高寒地区大豆品种生育期组归属范围为MG000至MG0组，说明在该地区对这些生育期组鉴定是可行而有效的。从表1还可以看出，各组标准品种生育期年际间有较大差异。由于3年试验是在同一天播种，大豆生育期间光照条件基本一致，所以各标准品种年际生长期的差异主要是由各年的温度不同所致，各生育期组的分组标准也因温度条件不同而相应变化，供试品种的生育期组归属应以当年的标准品种生育期的表现为参照进一步划分。

2.3 供试品种生育期性状表现

中国东北北部和俄罗斯阿穆尔州大豆品种的生育期性状方面表现出了广泛遗传变异，三年的生育期极差都超过45 d，最晚熟的品种生育期介于MG0 组标准品种MN0901 和Surge 之间，即最晚熟品种没有达到MG0 组的上限，预示当地生育期组范围为MG0 组到更早组。最早熟的品种生育期比北美生育期组MG000 组标准品种更短（表2），例如2019年MG000组标准品种Maple Presto 和OAC Vision 的平均生育期分别为88.5d和93.8d，而俄罗斯早熟品种Star4/75 生育期只有78.2d，中国早熟品系呼交07-2479 生育期78.9d，比MG000 组标准品种早熟10 d 左右，达到了Hartwig[4]描述的北美生育期组组间变异10～15 d的标准。

表1 北美大豆生育期组标准品种在黑河的生育日数Table 1 Days to maturity of North American soybean MG standard varieties in Heihe,China

表2 比MG000组对照早熟品种的名称及生育期表现Table 2 Days from emergence to maturity of earlier varieties than MG000 group standard varieties

2.4 供试品种生育期组的划分

2.4.1 聚类分析法对供试品种进行生育期分组通过对比供试品种与北美标准品种各年的生育期表现，发现年际温度差异对标准品种和供试品种具有相同影响趋势。在分组过程中发现一批早熟品种的生育期比MG000 组标准品种早熟幅度达到了北美生育期组定义的组间距离，意味着这些品种可能构成一个更早的生育期组，国际通用的生育期组可以向早熟方向进一步扩展。以供试品种3年全生育期日数为指标进行系统聚类分析，计算品种间欧氏距离，建立树形图（图1）。根据供试品种生育期与标准品种的比较结果，当阈值为232.1 时可将供试品种分为4 个生育期组，比MG000 组标准品种生育期更短的一部分品种间欧氏距离较近，整体与其他品种较远且自成一组，按照北美生育期组命名习惯命名为MG0000 组。从图中还可看出，MG000-0组都包含北美标准品种，除MG00 组早熟标准品种Canatto被聚类在MG000组外，所处的生育期组及生育期相对差异都与北美标准品种原来情况吻合。从表1 中可以看出，2018 年Canatto 的生育期表现比MG000 组标准品种Maple Presto、OAC Vision 的生育期都早，可能是由于Canatto 对光温变化比较敏感致使其生育期组的归属与原来有所不同。按照聚类分析的结果结合各组标准品种的生育期表现设定各年的分组标准（表3），将供试品种分为MG0000、MG000、MG00、MG0等4组。

图1 中国东北北部和俄罗斯阿穆尔州大豆品种全生育期聚类分析Fig.1 Cluster analysis of the varieties from northeast high latitudes region in China and far-east Russia

表3 利用聚类分析法对中国北部高寒地区和俄罗斯阿穆尔州大豆品种进行生育期组划分Table 3 Criteria for classification of MG classification of soybean varieties in northern cold area of China and fareast Russia

2.4.2 回归分析法对供试品种进行生育期分组

按照Alliprandini 等[9]的方法，根据北美标准品种的生育期组值和生育期表现建立线性回归方程，本研究中供试品种生育期组分布范围为MG000-0组，按照北美生育期组习惯标记方法[7]，MG000-0 组品种的生育期组值分别记为000.0-000.9、00.0-00.9、0.0-0.9，为使数值符合数学计算规则，对生育期组值作相应的转换（表4）。

表4 北美引进品种的生育期及生育期组值Table 4 Growth period and group value of introduced varieties in North America

根据不同年份标准品种的生育期表现，分别进行回归分析得出相应的回归方程，2018 年所得方程为：y=0.0467x-2.2629，决定系数为0.9381；2019 年的回归方程为：y=0.0509x-2.3317，决定系数为0.7036。两年生育期平均值回归方程为：y=0.0526x-2.6835，决定系数为0.8917。

根据各年的回归方程计算得出的数值是转换后的生育期组值，按照表5 的对应关系即可得到待鉴定品种的生育期组值，进而明确其生育期组归属。按照该方法计算各年供试品种的生育期组值，得到各年的划分标准（表5）。

表5 利用回归分析法对中国北部高寒地区和俄罗斯阿穆尔州大豆品种进行生育期组划分Table 5 Criteria for classification of MG classification of soybean varieties in northern cold area of China and far-east Russia

2.4.3 区间法对供试品种进行分组 区间分组法是以北美标准品种相邻生育期组生育日数平均数差值的1/2 为界，确定不同地点生育期组的参考范围[8]。按照该方法，可得出各组的临界值（表6），可根据各组区间判定供试品种生育期组。

表6 中国北部高寒地区大豆生育期组划分标准（区间法）Table 6 Criteria for MG classification of soybean varieties in northern cold area of China

2.4.4 中国东北北部高寒地区大豆品种的生育期分组 将以上3种分组方法对供试品种生育期组划分的结果列于表7。可以看出，聚类分析法和区间法对MG0000 和MG0 组的分组结果一致，只是对MG000 组和MG00 组的界限有一定差异，导致这两组的分组结果有所不同。区间法划分MG000 的生育期变幅只有7 d，与北美生育期组定义标准不符，而聚类分析方法所得结果符合定义标准。产生这种差异的原因可能是MG000 组的标准品种Canatto对温度比较敏感，生育期年际差异较大，对MG000组中间值的判断产生干扰，影响了该组生育期变幅的判别。聚类分析法则可以避免单一品种的干扰，比区间法更为可靠。

表7 三种分组方法分组结果对照表Table 7 Comparison table of grouping results of three grouping methods

回归分析法对各组的划分与上述两种方法有较大不同，根据回归方程，供试材料没有属于MG0000 组品种，MG00 组生育期变幅达到19 d，MG0 组生育期变幅达到了17 d，生育期变幅超出了生育期组定义范围，导致这种现象的原因可能是标准品种间光温反应敏感程度有很大差异，这种差异导致标准品种生育期与在原产地有一定差异，甚至使其生育期组归属发生变化，据此建立的回归方程对供试品种生育期组值的判断可靠性较低。

通过上述比较可知，区间法和回归分析法为生育期组鉴定提供了更直接的量化分组方法，但对建立方程的标准品种的生育期稳定性要求很高。聚类分析法则是以所有供试品种为研究对象，可以避免少数生育期不稳定的标准品种的干扰，标准品种主要用来判断分组结果的准确性，对其在各自生育期组位置要求相对较宽泛，但聚类分析与生育期组的定义标准并没有直接联系，所以，对聚类分析分组的结果需要结合生育期组定义进一步判断。综上所述，3 种方法的分组结果都需要根据Hartwig 描述的北美生育期组定义的标准进行修正，对供试材料分组结果进行综合判断。

根据综合调整后的分组标准（表7），将供试材料归入MG0000-0 组（表8），从表8 中可以看出，除了MG0000 组外，每个组中都有当地区域试验的对照品种，这些品种在当地生产和试验中被广泛应用，其生育期表现和适宜推广的地点都非常明确，当地大豆品种布局都是以这些品种为参照，这些品种可以作为黑河及附近地区生育期组鉴定的标准品种。

表8 供试品种及其生育期组归类Table 8 The name and MGs of the tested variety

3 讨论

3.1 不同分组方法的选择

本文分别用聚类分析法[19]、区间法[8]和回归分析法[7,20]对供试品种进行了生育期组划分。对比三类分组方法，区间法主要是基于对所用北美生育期组标准品种的生育期在各自组内呈一早一晚对称关系，通过加权平均来算出每个生育组的中间值，再取相邻两个组的中间值的中点作为这两个组的临界值[8]。回归分析法是根据标准品种的生育期和生育期组值关系建立回归方程，用方程计算待鉴定品种的生育期组值，从而实现对供试大豆品种的分组。这两种方法均对生育期组标准品种的生育期稳定性要求较高，少数标准品种生育期变化对分组结果有较大影响。由于北美生育期组标准品种在中国直接种植,生育期常常发生较大变化，所以能在中国正常生长的标准品种的数量较少，限制了该方法的应用[23]。所以，所选用的标准品种应对光照、温度的变化相对钝感，在不同生态条件下生育期变化较小，且各品种之间的变化趋势相似，才能有利于形成稳定的分组方案。本研究中标准品种数量相对较少，据此建立的回归方程和区间分组方案，受少数标准品种生育期变异的影响较大，所以，该类方法应在对标准品种的广泛收集和精确鉴定基础上，筛选组装一套在鉴定地点生育期稳定可靠的标准品种，是进行科学分组的前提条件。这类方法适用于标准品种数量较多，生育期归属精确的情况。其中回归分析法可以对品种生育期组进行精确的计算，生育期组值可以精确到小数点后一位数,这种方法与北美的分组方法可以较好衔接[20]。随着北美标准品种引进数的量增加和鉴定的深入，我国生育期组研究将与国际生育期组衔接得更好，为国际间引种和交流提供可靠依据。

聚类分析法以供试材料的生育期性状进行整体分类，该方法只说明供试品种生育期相对关系的远近，与生育期组的定义标准没有直接联系。需要根据标准品种生育期表现，对鉴定区域的生育期组大体分布范围进行判断，再结合标准品种的聚类情况，确定聚类与生育期分组的联系。该方法中标准品种的主要作用是对聚类类别进行标识，标准品种生育期对分组结果影响较小。本研究中90 份供试材料三年生育期变异均在46～50 d,按照生育期组每组距离10～15 d 的定义标准，供试品种生育期变异大于3个生育期组的组间距离。而且MG0组晚熟标准品种未能成熟，表明黑河地区生育期组范围未达到MG0 组晚熟上限，根据标准品种的生育期可推断当地最晚品种可达MG0.5 左右。说明黑河地区大豆品种有MG0000 组是符合生育期组定义要求的。同时供试材料包含当地所有熟期类型，且每个熟期类型数量相对均衡，标准品种的生育期差异适宜，为聚类分析提供了较好的条件。实际通过聚类分析得到的分组结果也与大豆生育期组定义的组间距离，黑河地区大豆品种生育期覆盖生育期组范围比较符合，说明这种情况比较适合应用聚类分析法。

综上所述，三种方法适用于不同的情况，在大豆生育期组鉴定的初期，可以采用聚类分析法，然后通过逐渐丰富标准品种，建立完善标准品种体系后，可以采用回归分析法进行精确地分组。无论用哪种方法其结果都需要根据生育期组间距离10～15 d的定义进行修正，使其符合生育期组定义要求。

3.2 生育期组鉴定应基于标准鉴定地点

生育期组是基于大豆生育期的品种分类方法，大豆生育期受其内在基因和外部环境的共同影响，所以，谈到某个品种的生育期都是相对于某特定区域而言的。生育期组鉴定的实质是确定待鉴定品种与标准品种生育期相对关系，但这种相对关系在不同生态条件下是有较大差异的。所以，生育期组的鉴定应是在建立标准鉴定地点基础上[2,4]。北美生育期组鉴定通过确立标准鉴定地点，使其鉴定结果相互衔接形成整体，对当地大豆品种布局发挥重要指导作用。吴存祥等[8]根据国家区域试验对照品种的生育期组归属和地理分布，建议黑河作为MG0组的标准鉴定地点。傅蒙蒙等提出一批我国东北地区生育期组标准鉴定地点，对东北地区不同区域生育期组的衔接具有较大促进作用[15]。但是该方案中纬度最高的鉴定地点为北纬48 度。而目前我国东北大豆主产区在北纬48度以北地区，该地区也是早熟、极早熟、超早熟类型大豆品种主要种植区域，所以，在北纬48度以北地区建立生育期组标准鉴定地点才具有生态条件的代表性。根据各组标准品种在黑河的生育期差异[19]，建议黑河作为MG000组、MG00组和MG0.5组以内的生育期组鉴定地点。MG0.5 组以上的晚熟品种可与绥化等鉴定点交叉鉴定。这样与以往研究[8，15]提出的生育期组标准鉴定地点一起，构成比较完善的生育期组鉴定体系，对国内的跨区引种、参试、救灾等工作都有重要的指导意义。

4 结论

聚类分析法、区间法和回归分析法在以往生育期组研究中，都较好地对供试材料进行生育期组鉴定。聚类分析法适用于待分组材料熟期类型丰富、数量均衡，但标准品种的数量较少，生育期组值不精确的情况，生育期组的临界值需要根据生育期组间距离进行校正。区间法是以各组内早熟和晚熟标准品种以生育期组中值对称分布为假设的方法，只要标准品种选择准确，可以较准确地确定生育期组的临界值。回归分析法适用于生育期组值较精确，可用于建立回归方程的标准品种较多的情况，可以精准地鉴定供试品种的生育期组，是生育期组鉴定发展较成熟的阶段。无论用哪种方法，其鉴定结果应该符合生育期组组间距离10～15 d 的要求。生育期组鉴定应该以建立标准鉴定地点为前提，各地的鉴定结果才能相互衔接，成为国内统一、与国际接轨的分组标准。