王玉斌　平俊爱　李慧明　牛皓　吕鑫　楚建强

摘要 针对过量施肥造成的土壤退化和污染以及高粱在贫瘠土壤生产的现状，开展高粱材料耐瘠薄鉴定筛选对高粱耐瘠育种十分必要。采用90份高粱材料（46份农家种和44份亲本系），分别在瘠薄试验地和正常施肥地开展田间耐瘠鉴定试验，调查了株高、穗长、千粒重和籽粒产量。结果显示，除个别材料株高、穗长和千粒重没有下降以外，4个性状总体出现下降，对土壤瘠薄的敏感程度由高到低依次为籽粒产量、穗长、千粒重、株高。综合耐瘠指数并采用5级分类方法，鉴定出1级材料15份，2级材料18份，3级材料28份，4级材料9份，5级材料20份，验证了高粱农家种耐瘠资源丰富。

关键词 高粱;耐瘠薄;鉴定;评价;农家种

中图分类号 S 514文献标识码 A文章编号 0517-6611（2020）23-0061-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.23.015

Identification and Classification of Sorghum Infertile Varieties

WANG Yu-bin1，2， PING Jun-ai1，2， LI Hui-ming1，2 et al

（1. Sorghum Research Institute， Shanxi Agricultural University/Shanxi Key Laboratory of Sorghum Genetics and Germplasm Innovation， Jinzhong， Shanxi 030600; 2.Key Laboratory of Crop Genetic Resources and Germplasm Development on Loess Plateau， Ministry of Agriculture， Taiyuan， Shanxi 030031）

Abstract Due to the soil degradation and pollution caused by excessive fertilization and the present situation of sorghum production in barren soil， it is necessary to carry out the identification and screening of sorghum breeding materials for barren resistance breeding. 90 sorghum materials， including 46 farm species and 44 parent lines， were used to carry out the field barren resistance identification test in barren test land and normal fertilization land respectively. The experiment investigated plant height， spike length， 1 000-grain weight and grain yield， respectively. The results showed that except the plant height， spike length and 1 000-grain weight of some materials did not decline， the four traits generally declined， and the sensitivity degree to soil barren from high to low was grain yield， spike length， 1 000-grain weight， plant height. According to the comprehensive barren resistance index， 15 first-class materials， 18 second-class materials， 28 third-class materials， 9 fourth-class materials and 20 fifth-class materials were identified by the five-class classification method， which verified the rich barren tolerance resources of sorghum farm species.

Key words Sorghum;Resistance to barrenness;Identification;Evaluation;Peasant species

土壤養分亏缺是限制我国农业发展的关键因素[1]，近年来农业生产中过量使用肥料造成土壤退化和环境破坏问题十分严重[2]。如何实现养分资源的高效利用及作物的高产、优质且环境友好已成为当今农业发展的重要研究课题。在诸多的提高作物养分利用效率的方法和途径中，充分利用作物自身的遗传特性[3]、挖掘自身利用养分的潜力、选育养分高效利用的基因型品种是缓解养分不足和提高作物产量的有效途径[4]。高粱是世界第五大作物，在不良环境下具有较高的产量[5]。但随着高粱主粮地位的下降，其主要种植区域向土壤更加贫瘠地区转移，单纯筛选高粱对某一种养分的利用对育种和生产实践的意义有限[6]，而在瘠薄土壤中筛选耐瘠高粱育种材料对高抗新品种选育具有重要现实意义。鉴于此，笔者选用90份高粱材料，分别在瘠薄试验地和正常施肥地种植，调查了株高、穗长、千粒重和籽粒产量，利用综合耐瘠系数和耐瘠指数评价筛选出耐瘠薄材料，旨在为今后开展耐瘠薄品种选育奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用供试材料90份，分别由山西省农业科学院高粱研究所和遼宁省农业科学院创新中心提供，其中农家种46份、亲本系44份（表1）。

1.2 试验设计

试验于2018—2019年4—10月在山西省农业科学院高粱研究所（榆次、东白）试验基地进行。试验设置常规试验田和养分（瘠薄）胁迫试验田2个处理，常规试验田养分含量为全氮1 052.00 mg/kg、有效磷4.82 mg/kg、速效钾241.23 mg/kg;养分（瘠薄）试验田养分含量为全氮589.00 mg/kg、有效磷2.32 mg/kg、速效钾111.67 mg/kg。试验采用随机排列，3次重复，小区面积6 m2，两行区种植。留苗密度8 000株/hm2。田间管理同大田。成熟前选5株取样，测量株高、穗长，取平均值，成熟后收获测产，计5株籽粒产量，考测千粒重。

1.3 数据处理

采用 Excel 2010软件进行数据统计;采用Spass 19.0软件开展聚类等相关分析。采用综合耐瘠系数（CTC）、耐瘠指数（TI）的评价方法对供试材料耐瘠性进行评价。计算公式如下：

耐瘠指数：TI = CTC×瘠薄胁迫产量/瘠薄胁迫产量的平均值（3）

耐瘠分级方法：参照张桂香1997年高粱耐瘠5级分类方法[7]（表2）。

2 结果与分析

2.1 土壤瘠薄胁迫对高粱性状的影响

从表3可以看出，供试材料的株高、穗长、千粒重和籽粒产量在对照和瘠薄处理的变异系数均较大，说明所选高粱品种群体较丰富，试验具有一定的代表性。根据平均值统计结果可以看出，在土壤瘠薄胁迫下，高粱4个性状（株高、穗长、千粒重和产量）的平均值下降，说明土壤瘠薄会影响株高、穗长、千粒重和产量。从瘠薄地与对照的差值可以看出，各品种的穗长和千粒重对土壤瘠薄胁迫的表现不一，有些品种的株高、穗长和千粒重在胁迫下会增加，而所有品种的籽粒产量均下降。高粱在土壤瘠薄胁迫处理与正常土壤肥力处理的各项指标比值为各项指标的相对值及耐瘠系数。相对值与变异系数的比值越小，说明性状指标对土壤瘠薄胁迫敏感程度越大。从表3可以看出，4个性状对土壤瘠薄的敏感程度由高到低依次为籽粒产量、穗长、千粒重、株高。

2.2 高粱耐瘠系数和耐瘠指数分析

由公式（1）计算所有单个性状的耐瘠系数，由公式（2）计算综合耐瘠系数，由公式（3）计算耐瘠指数，结果见表4。从表4可以看出，在4个性状的耐瘠系数中，株高、穗长和千粒重的最大值均大于1，说明这3个性状存在CK≤瘠薄胁迫的材料。株高耐瘠系数的变异系数最小，说明高粱株高对土壤瘠薄胁迫最不敏感，籽粒产量耐瘠系数的变异系数最大，说明该性状对瘠薄胁迫较敏感。综合来看，耐瘠指数的变异系数明显大于综合耐瘠系数，说明在土壤瘠薄胁迫下产量性状差异最显著。

2.3 高粱耐瘠分类

参照张桂香1997年高粱耐瘠5级分类方法对高粱品种进行分类。依据耐瘠指数，将90份材料划分为5类（表5）：1级材料TI≥1.0，为15份;2级材料0.8≤TI<1.0，为18份;3级材料0.6≤TI<0.8，为28份;4级材料0.5≤TI<0.6，为9份;5级材料0.5

3 结论与讨论

3.1 产量性状为耐瘠筛选的主要指标

中国高粱品种的耐瘠能力有较大差异，早在1984年山西省农业科学院高粱研究所牛天堂对1 009份高粱材料开展了耐瘠性鉴定，按照延迟开花天数、籽粒结实、花序退化及植株是否突然枯死开展了5级耐瘠鉴定[2]，张桂香等[7]在1997年以耐瘠指数和延迟天数为评价方法，调查了出苗、开花、成熟、株高、茎粗、千粒重、穗粒重指标，并进行了5级耐瘠鉴定。这些早期的研究供试材料较多，但评价方法过于单一且没有育种直接需要的产量性状。此后开展的相关研究多以高粱养分利用效率为主，例如钱晓刚等[8]在1997年开展的贵州酒用高粱对氮、磷、钾养分的吸收规律研究;杨苞梅等[9]在2008年开展的不同养分组合对高粱吸收氮、磷、钾养分的影响;王劲松等[10]在2017年开展的土壤肥力、施肥及其互作对高粱产量、品质及养分利用的影响。后期的研究主要集中于单一养分利用率，且存在供试材料较少、在生产和育种实践中土壤多养分亏缺的问题。该研究利用连续多年培育的耐瘠鉴定圃，对90份高粱材料采用综合耐瘠系数和综合耐瘠指数评价方法来开展高粱耐瘠研究。材料共分为5类，其中1级材料15份、2级材料18份、3级材料28份、4级材料9份、5级材料20份，结果显示高粱株高对土壤瘠薄最不敏感，产量对土壤瘠薄最敏感，这有可能是因为在土壤瘠薄胁迫下高粱更多地将养分用于营养生殖阶段。产量性状可以作为高粱耐瘠评价的主要指标，其结果对于高粱耐瘠育种具有指导意义。

3.2 高粱农家种耐瘠资源丰富

前人对高粱材料的研究主要集中在育种材料和育成杂交种的抗旱、抗病和耐盐碱等，如陈冰嬬等[11]开展的高粱亲本系萌发期抗旱性鉴定所用材料为主要亲本系材料;姜钰[12]开展的高粱丝黑穗病菌致病性分化与品种抗病基因标记研究所用材料为育成品种;范娜等[13]开展的粒用高粱耐盐种质资源鉴选与评价所用材料为亲本系;只有宝力格等[14]在中国高粱地方种质芽期苗期耐盐性筛选及鉴定研究中所用材料为农家种，但没有解释农家种和目前亲本材料耐盐间的区别。亲本系和育成品种都是育种家根据育种目标，培育出用于培育优良品种而开展的工作[15]。在育种实践中由于农家种产量低且改良困难没有被育种家大量使用，但农家种是经过长期的自然选择和人工种植形成的品种，其遗传多样性更丰富，开展抗逆性鉴定更有意义[16]。该研究结果1级材料中除NJ28号和NJ81号为改良系以外，其余13个均为农家种。而5级材料中除NJ30、NJ33和NJ68为农家种外，其余均为育种所用保持系和恢复系。试验结果表明，供试材料中高粱农家种耐瘠性明显优于亲本系材料，高粱耐瘠育种应注重对农家种的改良，也进一步验证了农家种开展抗逆性鉴定，尤其是耐瘠性鉴定更有意义。

3.3 高粱耐瘠材料的分类评价

该研究选用综合耐瘠系數和耐瘠指数对供试材料进行分类，虽然能区分供试材料的耐瘠性，但仍存在一些问题。因此，应结合生理、分子研究来综合评价耐瘠性，该研究为进一步研究耐瘠基因标记、克隆提供了理论依据。

参考文献

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基金项目 现代农业产业技术体系建设专项（CARS-06）;国家重点研发计划项目（2018YFD1001000）;酿造专用高粱育种及利用山西省科技创新重点团队运行补助（201805D131012-6）;山西省科技基础条件平台项目（201605D121018）;山西省农业科学院优势课题组项目（YCX2018D2YS11）;山西省农业科学院农业科技创新研究课题（YCX2020YQ38）;高粱遗传育种与种质创新山西省重点实验室青年基金课题（2019Q-3）。

作者简介 王玉斌（1986—），男，山西平顺人，助理研究员，硕士，从事高粱遗传育种工作。*通信作者，研究员，硕士，从事高粱遗传育种工作。

收稿日期 2020-04-07