曹宇嘉， 刘景辉， 米俊珍， 王 英

(内蒙古农业大学农学院/内蒙古杂粮工程技术研究中心， 呼和浩特 010019)

在干旱和半干旱地区选择耐旱作物及品种是发展生产、开发利用旱脊土地的有效措施之一[1]。黍子是我国北方旱作农业区主要杂粮作物之一，主要种植在甘肃、内蒙古、黑龙江等省(自治区)，具有生育期短、耐旱、耐瘠薄等特性[2]，其秸秆是优质的青、干饲草，能为当地畜牧业发展提供较好的饲料供应，同时也是我国重要的粮食作物和经济作物，在粮食生产和农民生活中具有不可替代的作用[3]。黍子是一种具有食疗功能的小杂粮，营养丰富且种类齐全，具有预防肝损伤、抗癌作用、降血糖和抗氧化作用等生理功能，是亚洲、非洲等干旱、半干旱地区的主食及主要营养来源[4-5]。黍子粗蛋白质和粗脂肪的营养价值优于其他谷类作物，黍子蛋白质有益胆固醇代谢和提高血浆高密度脂蛋白，不增加低密度脂蛋白[6]，在保健食品研究中有着不可替代的作用。刘勇等[7]、晁桂梅[8]研究表明，糜子中淀粉和粗蛋白含量显著高于小麦、大米。

近年来，随着人们生活水平提高以及畜牧业的迅速发展，黍子作为优质杂粮和优质饲料需求日益增加。内蒙古自治区是典型农牧交错带，该区域黍子的籽粒产量和品质及生物产量远不能满足市场需要。同燕麦、荞麦等杂粮相比，黍子栽培管理比较落后，拥有的营养价值没有受到足够的重视，未体现出其应有的价值。黍子品种繁多，生长环境不同，导致其品质和产量会有所不同，从大量黍子品种资源中筛选抗旱性强且适宜长城沿线旱作区全覆膜微沟穴播种植的品种直接推广种植，是提高北方旱作农业区经济效益的一项有效措施。为此，本研究对北方地区大面积种植的10个黍子品种进行品种比较，同时对其籽粒产量与主要性状进行相关分析和通径分析，探讨影响黍子籽粒产量的主要因素，旨在为长城沿线旱作丘陵区黍子高产优质品种的筛选及进一步育种工作的开展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

供试材料为10个不同的黍子品种，详见表1。10个品种分区种植，试验小区面积8 m×28 m=224 m2，重复3次，共30个小区，随机区组设计。以复合肥(N+P2O5+K2O≥48%)为底肥，机械播种，播种大行距80 cm，小行距40 cm，穴距23 cm，播深约3 cm，播量为7.5 kg/hm2。其他农艺措施与当地相同。

表1 供试材料

1.2 试验地点概况

本试验在内蒙古清水河县一间房村(39°57′N，111°39′E)进行，该地区是长城沿线典型的旱作丘陵地区，丘陵山地占90%以上，平均海拔1 374 m。年平均气温7.1 ℃，≥10 ℃积温2 370 ℃，无霜期140 d，年日照时数为2 914 h，年平均大风(指瞬间风速达17 m/s，即八级以上)日数达19 d，年总辐射量570.6 kJ/cm2，干燥度3.94，年蒸发量2 577 mm，年均降雨量365 mm，降雨主要集中在7、8、9月，春旱尤为严重，属于典型的中温带半干旱大陆性季风气候。试验地土壤类型为黄绵土，土壤有机质含量为10.45 g/kg，全氮1.90 g/kg，全磷1.13 g/kg，全钾24.50 g/kg，碱解氮38.80 mg/kg，速效磷16.70 mg/kg，速效钾143.62 mg/kg，pH=7.87。

1.3 测定指标与方法

每小区选择长势均匀一致的植株进行标记，在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期测定株高，选择生长均匀黍子，每小区选择具有代表性的植株10株测定株高、鲜干重和叶片叶绿素的相对含量(SPAD值)。株高采用尺量法；植株地上部和地下部鲜干重采用称重法测定，根据地上部干物质量和根干重计算根冠比。采用(SPAD-502)叶绿素测定仪通过测量叶子对两个波长段里的吸收率，来评估当前叶子中的叶绿素的相对含量。测定旗叶叶绿素的相对含量(SPAD值) 。

收获期取20株具有代表性植株测定穗长、千粒重、籽粒产量；测产时，除去边行、未进行取样的黍子测实产及生物产量。

黍子籽粒粗蛋白、粗脂肪和水分含量采用Instable 700近红外品质分析仪测定。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2007软件整理，用SAS 9.0软件进行聚类分析和方差分析，并用SPSS 17.0软件进行通径分析。

2 结果与分析

2.1 不同黍子品种株高变化

全生育时期不同品种黍子株高均呈灌浆前逐步升高、灌浆后趋于平缓的变化趋势(表2)。苗期不同品种黍子株高在4.58～7.14 cm之间，最高为YS 1(7.14 cm)、其次为QS 1(6.85 cm)和YS 7(6.82 cm)，均极显著高于其他品种，最低为JS 8(4.73 cm)和JS 9(4.58 cm)；在黍子生长最迅速的拔节期，YS 1(56.98 cm)和QS 1(53.42 cm)株高均极显著高于其他品种；灌浆之后，黍子生长变缓，YS 1(138.74 cm)与其余9个品种均存在极显著差异，JS 1(121.96 cm)、JS 3(121.13 cm)和JS 7(119.78 cm)间差异不明显，但均极显著高于YS 7(102.26 cm)、JS 8(98.45 cm)和JS 9(88.62 cm)；成熟期YS 1与其余9个品种均存在极显著差异，JS 1、JS 3、JS 5、JS 6、JS 7、YS 7间差异不显著，均与QS 1、JS 9和JS 8差异极显著。比较各生育时期株高平均值，YS 1、JS 1、JS 7、YS 7和JS 3株高较高，与株高最低的JS 9相比，分别提高52.07%、33.87%、31.32%、26.53%和26.50%。株高是反映作物生长的重要性状之一。由表2可知，不同品种株高差异明显，同为晋黍系列不同品种间株高也存在极显著差异，表明黍子株高更多与品种有关，而与所属产地无明显关系。

表2 不同黍子品种株高表现

2.2 不同黍子品种根冠比的变化

根冠比是作物地下部与地上部的干重或鲜重比值，它能反映作物的生长状况。根冠比是反映作物干物质协调积累状况的重要指标[9-11]。由表3可知，苗期10个品种根冠比均大于1，说明苗期根系生长明显优于地上部生长；拔节期根冠比有一定降低，此时根冠比小于1，说明地上部生长高于地下部根系生长；抽穗期和灌浆期根冠比保持稳定，说明此时地上和地下部都保持稳定增长；成熟期根冠比显著降低，说明此时期地下根系已经停止生长，地上部干物质积累量还在增加，有利于籽粒增加和产量提高。全生育时期平均，不同品种根冠比表现为JS 8>YS 7>JS 9>QS 1>YS 1>JS 6>JS 3>JS 5>JS 1>JS 7。同一产地和同一系列JS 8根冠比最大，而同一系列JS 7根冠比较小，且两者间存在极显著差异。

表3 不同黍子品种根冠比变化

2.3 不同黍子品种叶片叶绿素SPAD值的变化

叶片是进行光合作用的主要部位，测定叶片SPAD值可以反映光合作用的强弱[11-12]。由表4可知，不同黍子品种旗叶叶绿素含量呈先增加后降低的趋势。不同黍子品种叶片SPAD值均不相同。苗期JS 5、YS 1、QS 1、YS 7和JS 1的叶片SPAD值较高，并且与其他品种存在极显著差异；拔节期YS 1、YS 7和JS 9叶片SPAD值极显著高于其他品种，其余6个品种间差异不显著；抽穗期和灌浆期各品种叶片SPAD值间差异不显著；成熟期JS 5、YS 1、JS 1、JS 6和JS 7叶片SPAD值极显著高于其他品种，彼此间差异不显著。综合分析，相同播种时间和生长环境下，尤以YS 1、JS 5、JS 1和JS 7的叶片SPAD值较高，较其他品种提高4.34%～7.82%、2.64%～6.06%、0.81%～4.17%和0.51%～3.86%。

表4 不同黍子品种叶片SPAD值的变化

2.4 不同黍子品种品质变化

不同黍子品种籽粒的粗蛋白质和粗脂肪的含量均不同(见表5)。黍子粗蛋白含量品种间也存在显著性差异，其中，QS 1和YS 1粗蛋白质含量最高，分别为18.33%和17.80%，显著高于其他黍子品种，JS 5的粗蛋白含量最低，为12.80%。黍子粗脂肪含量品种间差异也存在显著性，粗脂肪含量最高的是JS 1，为4.63%。粗脂肪含量较低的是JS 3、JS 7和JS 9，分别为3.23%、3.04%和3.09%。所有品种粗蛋白质和粗脂肪平均含量分别为15.01%和3.81%。上述结果表明，黍子中营养组分的含量因为品种的不同而存在明显性差异，且粗蛋白差异大于粗脂肪。不同黍子品种中水分含量范围在9.96%～11.44% 之间(表 5)。不同品种黍子中水分含量均存在差异，JS 7水分含量最高(11.44%)，与JS 6(11.00%)和QS 1(11.00%)差异不显著，但极显著高于其他品种。JS 1(9.96%)和JS 5(10.00%)水分含量最低，与其他品种相比分别降低了0.48%、1.04%、1.48%、0.52%、0.88%、0.28%、1.04%和0.72%、0.44%、1.00%、1.44%、0.48%、0.84%、0.24%、1.00%和0.68%。本研究表明，水分含量以JS 7、QS 1、JS 6、JS 9和YS 1较高，分别达11.44%、11.00%、11.00%、10.84%和10.68%。

表5 不同品种黍子的粗脂肪、粗蛋白和水分含量

2.5 不同黍子品种产量构成

由表6可知，不同品种黍子的穗长、穗重、千粒重和籽粒产量差异显著。JS 5(7 211.54 kg/hm2)和YS 1(6 646.39 kg/hm2)产量最高，其次是QS 1(6 437.23 kg/hm2)、JS 6(6 343.85 kg/hm2)、JS 7(6 371.62 kg/hm2)和JS 1(6 363.28 kg/hm2)；产量最低为JS 8(5 248.56 kg/hm2)和JS 9(5 797.00 kg/hm2)。不同黍子品种籽粒产量表现为：JS 5>YS 1>QS 1>JS 6>JS 7>JS 1>YS 7>JS 3>JS 8>JS 9。以籽粒产量为目标的适宜黍子品种JS 5、YS 1、QS 1、JS 7和JS 1，籽粒产量分别高达7 211.54 kg/hm2、6 646.39 kg/hm2、6 437.23 kg/hm2、6 371.62 kg/hm2和6 363.28 kg/hm2。各黍子品种生物产量差异明显，YS 1和JS 1的生物产量最高，分别为15 026.09 kg/hm2和14 962.05 kg/hm2，极显著高于其他品种，与JS 7无极显著差异；JS 7其生物产量可达14 651.76 kg/hm2。JS 9生物产量最低，仅为12 219.06 kg/hm2，与JS 8和 JS 3无显著差异，但极显著低于其他品种；其次为JS 8和JS 3，生物产量分别为12 533.63 kg/hm2和12 808.94 kg/hm2。

表6 不同品种黍子产量及其构成因素

2.6 不同黍子品种聚类分析

田间农艺性状和营养成分等指标都是粮饲生产的重要指标。本试验利用株高、生物产量、籽粒产量和粗蛋白及粗脂肪等5个关键指标，聚类分析表明，阈值(不同品种间的亲密程度)为2.48时，可将10个黍子品种聚为3类(图1)。第一类仅有QS 1，其特征为粗蛋白和粗脂肪含量较高；第二类包括JS 8、JS 9、JS 5、JS 7、YS 7、JS 6和JS 3等7份材料，其特征为生物产量、株高较低、粗蛋白及粗脂肪含量较低；第三类包括YS 1和JS 1两份材料，表现为产量较高、粗蛋白含量最高、粗脂肪较高等特点。聚类分析表明，同一产地和同一系列品种不在同一类别下，性状表现有很大差异性。

图1 不同品种黍子聚类图

2.7 黍子产量与主要性状的相关性分析

不同黍子品种籽粒产量与主要农艺性状及叶片SPAD值的相关分析(表7)表明，黍子产量与穗重和叶片SPAD值呈极显著正相关关系，黍子叶片叶绿素SPAD值反映了叶片含量和植株同化能力，穗重直接反映黍子籽粒产量。黍子产量与株高、生物产量呈极显著正相关，株高反映了黍子生长状况，一定程度影响了黍子产量形成。黍子籽粒产量与根冠比呈显著负相关关系，根冠比是植株地上部与地下部干鲜比，说明黍子地上部对籽粒产量贡献大。

表7 黍子产量与主要性状的相关性分析

2.8 黍子籽粒产量与主要性状的通径分析

相关系数是表明各性状间的相关程度，而通径系数是说明相关性状的因果关系及各性状对产量提高的相对重要性大小。以籽粒产量为因变量，以生物产量、穗长、穗重、千粒重、株高、根冠比和SPAD值为自变量进行通径分析(见表8)。结果表明，7个性状对黍子产量的直接效应从大到小顺序为：穗重、SPAD值、根冠比、穗长、千粒重、株高、生物产量。黍子籽粒产量的影响因素主要是穗重和叶片SPAD值(p<0.01)。穗重主要受叶片SPAD值影响，穗长和千粒重对穗重间接通径系数均为正值，说明穗重受千粒重和穗长影响，从而影响产量；生物产量、根冠比和株高对穗重间接通径系数均为负值，说明穗重增多不能导致生物产量、根冠比和株高增加从而对籽粒产量做出贡献。其次是生物产量和株高(p<0.05)，生物产量和株高主要是通过穗重起作用，而千粒重受其他因素影响作用被削弱。可见，各种性状不仅直接影响籽粒产量的大小，还通过相互之间的作用间接调控籽粒产量。所以，要提高种子产量，在保持一定密度的前提下，应首先考虑增加单穗重。根冠比与籽粒产量的相关系数为负值，说明根冠比越高，产量越低。因此，在实际生产中，既要增加单穗重，又要注意合理施肥与浇水，控制植株根冠比。其中决定系数(R2)为0.994，则剩余通径系数(Rey)为0.077 5，该值较小，说明对籽粒产量有影响的自变量考虑得较全面。

表8 黍子产量与主要性状的通径分析

3 讨论与结论

3.1 讨 论

植株高度和根冠比既是衡量其生长发育状况的重要指标，也是反映黍子生产力的重要指标。株高是反映作物生长的重要性状之一，作物地下与地上部是一个相互作用的整体，根系的生长发育状况直接影响地上部的生长，根冠比是反映作物干物质协调积累状况的重要指标，干物质积累是提高作物产量的关键，叶片是进行光合作用的主要部位，测定叶片SPAD值可以反映出光合作用的强弱[9-13]。因此，在黍子品种筛选过程中，应选择株高和SPAD值较高的品种。从试验数据也可以看出，YS 1、JS 1、JS 7和YS 7株高要显著高于其他6个品种；JS 3、JS 5、JS 1和JS 7根冠比显著低于其他品种；叶片SPAD值以YS 1、JS 5、JS 1和JS 7较高。综合以上分析，初步筛选出YS 1、JS 1、JS 7和JS 5等4个品种。

蛋白质和脂肪作为人体必需的营养元素，其含量的高低直接影响着营养品质，粗蛋白和粗脂肪含量是决定黍子品种营养品质优劣的主要指标[14]。本研究表明，水分含量以JS 7、QS 1、JS 6、JS 9和YS 1较高，分别达11.44%、11.00%、11.00%、10.84%和10.68%；粗蛋白含量以QS 1、YS 1、JS 7和JS 1较高，分别达17.8%、18.3%、15.13%和15.13%。粗脂肪含量以JS 1、YS 1、JS 8和QS 1较高，分别达4.63%、4.33%、4.27%和4.24%。郑楠楠等[15]研究表明，黍子水分的含量为9.38%～12.39%，粗蛋白的含量为11.67%～15.24%，粗脂肪的含量为2.94%～5.36%，与本研究一致。综合以上分析，初步筛选出营养品质较好的YS 1、JS 1和QS 1三个品种。以籽粒产量为目标的适宜黍子品种JS 5、YS 1、QS 1、JS 7和JS 1，籽粒产量分别高达7 211.54 kg/hm2、6 646.39 kg/hm2、6 437.23 kg/hm2、6 371.62 kg/hm2和6 363.28 kg/hm2。生物产量最高的黍子品种为YS 1、JS 1和JS 7，分别达15 026.09 kg/hm2、14 962.05 kg/hm2和14 651.76 kg/hm2。黍子具有较高的营养价值，符合现代人追求健康饮食的要求，其秸秆是优质的青、干饲草，具有很好的开发价值和经济效益。因此，筛选出营养价值高和生物产量高的黍子品种非常重要。

解决黍子适应性和大面积高产稳产问题是发挥该类品种优势，带动黍子产量大幅度提高的关键。本研究将10个不同黍子品种种植在同地力全覆膜微沟条件下，产量和主要性状存在较大差异。构成籽粒产量的因素主要有穗长、穗粒数和穗粒重等，这些因素的变化均会影响产量的变化。由相关分析和通径分析可知，黍子产量与穗重和叶片SPAD值呈极显著相关关系，即穗重和叶片SPAD值的增加有助于提高黍子产量。郭兴燕等[16]研究表明，每小穗小花数和单穗重与单株种子产量呈极显著正相关， 而每小穗有效花数是决定每穗粒数的关键。刘彦明等[17]研究得出，千粒重对燕麦种子产量也起到一定作用，但不是产量的最终决定因素。本研究表明，黍子产量与千粒重呈正相关，但不显著，与刘彦明等[17]的研究结果类似。为了更加明确各性状对产量产生的直接和间接效应，从而明确各性状的相对重要性，以便更好地为增产做贡献。根据通径分析的原理，每个因子对产量的相关系数由该因子对种子产量的直接作用和间接作用组成[18]。本研究通过通径分析得出各指标的直接通径系数与间接通径系数，其中穗重和叶片SPAD值的直接通径系数较大，对产量的贡献率较大。而株高和生物产量对产量的直接通径系数为负效应，说明株高和生物产量越高，产量越低，这与郭兴燕等[16]研究结果相似。

3.2 结 论

同一产地同一系列品种黍子的农艺性状、产量及品质性状均不相同，存在显著差异。YS 1和JS 1两个品种整体表现最好，籽粒产量分别为6 646.39 kg/hm2和6 363.28 kg/hm2，生物产量分别为15 026.09 kg/hm2和14 962.05 kg/hm2，粗蛋白含量分别为17.8%和15.13%，粗脂肪含量为4.33%和4.63%。通过对10个黍子品种进行相关分析和通径分析表明，穗重、SPAD值、株高和生物产量与产量有密切相关。穗重和SPAD值2个指标的直接通经系数均较大，对产量的贡献率大，而生物产量和株高对产量具有负效应。由此可知，在选择高产品种的同时，应考虑到影响其产量的一些负效应，而在实际生产中应选择穗重和SPAD值高的黍子品种。综合考虑YS 1和JS 1两个品种适宜长城沿线旱作丘陵区全覆膜微沟穴播种植。