董红业, 刘胜利, 柳延涛, 吕增帅, 段 维, 王 鹏

(1.新疆农垦科学院作物研究所, 新疆 石河子 832000;2.谷物品质与遗传改良兵团重点实验室, 新疆 石河子 832000)

向日葵(HelianthusannuusL.)为菊科向日葵属植物,是世界四大油料作物之一,也是我国重要的油料作物,种植面积仅低于大豆、油菜和花生[1]。向日葵籽仁中含有8种必需氨基酸,除赖氨酸外,其他7种必需氨基酸含量均比世界卫生组织(WHO)与联合国粮农组织(FAO)公布的标准高,且其蛋白质结构的平衡性好,是人类蛋白质的重要来源之一[2]。向日葵作为世界第四大油料作物[3],其籽油中不饱和脂肪酸含量丰富,尤其是亚油酸含量高达60%左右[4-5],是人体必需的不饱和脂肪酸,有益于预防心血管疾病[6];此外,向日葵籽油中α-生育酚含量较高[7-8],是一种对人体非常有益的食用植物油[9],近年来,人们对于向日葵籽油的需求量越来越大。

新疆从20世纪70年代中期开始发展油葵,油葵目前已成为新疆主要的油料作物,占油料作物播种面积的50%。国内油葵新品种不断增多,但品质参差不齐,大多以国外进口品种为主,加大油葵育种工作迫在眉睫。目前,对品种的评价多以产量性状为主,忽略了如花盘直径、含油率、百粒重等主要经济性状的综合评价,不能客观全面地评判所有参试品种,造成品种评价的片面性,导致一些综合性状优良的品种丧失了参与推广应用的机会。一直以来,育种工作者对不同作物产量与主要农艺性状的相关性进行了大量研究,如大豆[10-11]、谷子[12]、小麦[13-14]、玉米[15]、水稻[16-17]、甘蔗[18]、食用向日葵[19]等,但由于试验材料、试验地点、性状变异范围的不同,对产量和性状之间的关系研究结果也不尽一致[20-28],油葵和食用葵的研究结果也存在一定分歧[29-38]。

本研究通过对新疆农垦科学院作物研究所近年来选育的24份油葵品系和2个对照品种的产量及主要农艺性状进行相关性分析[29-40]、灰色关联度分析[41-46,52-53]和聚类分析,对每个参试的品系做出客观、全面的评价,以提高试验资料分析的科学性和准确性,克服亲本配置的盲目性,提高育种效率,为选育适应新疆推广应用的油葵新品种提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试油葵材料为新疆农垦科学院作物研究所近年选育的24个品系,分别为:AR19-0208、AR19-0309、AR19-0301、AR19-1106、AR19-1104、AR19-1100、AR19-1001、AR19-1101、AR19-1004、AR19-0501、AR19-0405、AR19-0601、AR19-0500、AR19-0407、AR19-0700、AR19-0704、AR19-0701、AR19-0406、AR19-0401、AR19-0900、AR19-0801、AR19-1201、AR19-1202、AR19-0800,以及2个对照品种S606(ck1)和567D(ck2)。

1.2 试验设计

试验于2020—2021年在新疆维吾尔自治区石河子市新疆农垦科学院作物研究所试验地进行,前茬作物为小麦。采用随机区组设计,3次重复,每区行长6 m,4行区,宽窄行距为0.4 m+0.7 m,平均行距0.55 m,小区面积13.2 m2,密度4 500株/667 m2。重复间设步道,四周设保护行。

1.3 性状测定

收获时每个小区随机取样10株,测定株高(X1)、茎粗(X2)、花盘直径(X3)、单盘籽粒数(X4)、单盘总粒重(X5)、结实率(X6)、百粒重(X7)、籽仁率(X8);收获时选取中间2行进行测产,自然风干后称重,根据收获面积折算产量(Y)。

1.4 分析方法

采用Excel2007软件计算供试材料数量性状的平均值,利用DPS软件进行相关性分析、灰色关联度分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 26份油葵品种(系)产量和农艺性状表现

26份油葵品种(系)产量和农艺性状表现见表1。ck1平均产量为332.76 kg/667 m2,ck2平均产量为301.28 kg/667 m2,AR19-0501平均产量为349.93 kg/667 m2,比ck1产量高5.16%,比ck2产量高16.15%,排在第1位;AR19-0500、AR19-0309、AR19-0301和AR19-0900平均产量比ck1低,但比ck2高,分别为322.26 kg/667 m2、315.86 kg/667 m2、306.10 kg/667 m2、303.57 kg/667 m2,其余17个品系平均产量都比对照低,其中AR19-0704平均产量最低,只有220.07 kg/667 m2。

表1 26份油葵品种(系)产量和农艺性状表现

2.2 26份油葵品种(系)主要农艺性状的相关性分析

9个性状间的相关系数(表2)显示,油葵的株高、花盘直径、单盘总粒重和结实率都与产量呈极显著正相关。油葵花盘直径与株高、单盘籽粒数、单盘总粒重的相关系数呈极显著正相关,相关系数分别为0.49,0.75和0.91。说明花盘直径越大单盘籽粒数就越多,单盘总粒重越重,其产量也就越高。另外,单盘总粒重与株高、花盘直径、单盘籽粒数和百粒重呈极显著正相关。因此,生产上可以根据油葵品种特性适当改变栽培管理措施增加单盘总粒重,以增加产量。油葵结实率与产量呈极显著正相关,说明结实率越高,产量越高。油葵的单盘籽粒数与产量的相关系数达0.44,呈显著正相关;茎粗和籽仁率与产量呈负相关,相关系数分别为-0.06和-0.40。产量与其他几个农艺性状的相关性依次为结实率>株高>单盘总粒重>花盘直径>单盘籽粒数>百粒重>茎粗>籽仁率,表明结实率、株高、单盘总粒重和花盘直径对产量的影响最大。所以,选育高产品种,应以结实率、株高、单盘总粒重和花盘直径为首选目标性状,同时选择结实率较高、株高合适、单盘总粒重高、花盘直径大的品种。

表2 26份油葵品种(系)相关性分析

2.3 26份油葵品种(系)产量与主要农艺性状的灰色关联度分析

由表1可知,将26份油葵品种(系)以及8个主要农艺性状视为一个整体,即灰色系统,各个农艺性状为系统中的一个因素。设油葵产量为参考数列Y,株高、茎粗、葵盘直径、单盘籽粒数、单盘总粒重、结实率、百粒重、籽仁率分别为比较数列X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8。为了便于分析,需要对原始数据消除单位,转化为可进行比较的数列,以便于求出各农艺性状与产量之间的相关性。

利用标准化数据求参考性状Y与比较性状Xi间的绝对差值,计算结果见表3。根据灰色关联度分析的方法,利用下列公式和表3中的数据求关联系数ζi=(△min+ρ△max=)△Xi+ρ△max,公式中:△min和△max分别表示所有比较序列绝对差值中的最小值和最大值,ρ表示分辨系数,取值为0.5。将表3中相应的数据代入公式,即可得到产量与各性状的关联系数,再通过关联系数求出油葵产量和各性状之间的关联度,并按照关联度的大小排序,结果见表4。

表3 产量与其他因子性状的绝对差值

表4 26份油葵品种(系)产量与各性状之间的关联度及排序

由表4可知,油葵产量与各性状之间的关联度按从大到小的顺序排列,依次为单盘总粒重、花盘直径、株高、结实率、单盘籽粒数、百粒重、茎粗、籽仁率。根据灰色关联度分析原则,关联度大的数列与参考数列的关系密切,关联度小的数列与参考数列的关系疏远。从表4关联度排序可以看出,单盘总粒重、花盘直径、株高、结实率和单盘籽粒数与产量的关联度高,说明这几个性状与产量关系密切,对产量影响较大。根据灰色关联度分析结果可知,对于新疆地区需要注重单盘总粒重、花盘直径、株高、结实率和单盘籽粒数等指标的选取,从而有效提高油葵产量。

2.4 不同油葵品种(系)农艺性状聚类分析

通过对26份油葵品种(系)株高、茎粗、葵盘直径、单盘籽粒数、单盘总粒重、结实率、百粒重和籽仁率等8个指标进行聚类分析,按照相关性较高的单盘总粒重、花盘直径相似、相近的聚类到一起,利用欧式距离来表示聚类距离,聚类方法采用最短距离法。因此,将26份参试材料在欧氏距离5.66处可分为四大类,建立聚类树状图(如图1)。第Ⅰ类包括AR19-0208、AR19-0800、S606、AR19-0309、AR19-0500、AR19-0501共计6份材料,这类材料株高较高,花盘直径大;单盘总粒重大,结实率高,百粒重高,与ck1同属一类,产量较高,综合性状好;第Ⅱ类包括AR19-0301、AR19-0900、AR19-0801、567D、AR19-0405、AR19-0700、AR19-0401、AR19-1106、AR19-1201和AR19-0406 共计10份材料,这类材料株高、花盘直径、单盘总粒重、结实率、百粒重仅次于第Ⅰ类,与ck2同属一类;第Ⅲ类包括AR19-0407、AR19-0601、AR19-1202,AR19-1104、AR19-0701、AR19-1001、AR19-1100和AR19-1101共计8份材料,这类材料株高较低,花盘直径小,单盘籽粒数少,单盘总粒重低,产量较低;第Ⅳ类材料只有AR19-0704和AR19-1004两份材料,该类群株高较矮,结实率低,产量低。

图1 26份油葵品种(系)聚类分析

3 结论与讨论

本研究通过对26份油葵主要农艺性状与产量的相关性分析和灰色关联度分析,对各农艺性状对产量的相对重要性进行客观评价。相关性分析结果表明,结实率、株高、单盘总粒重和花盘直径与产量呈极显著正相关,单盘籽粒数与产量呈显著正相关,百粒重与产量呈不显著正相关,茎粗与产量呈不显著负相关,籽仁率与产量呈显著负相关。这与其他学者[29-34,36,38,47-49,52,53]的研究结果基本一致,与李素萍等[37]、王兴珍等[51]的研究结果不一致,可能是品种选择及试验点等因素造成的。本研究认为,通过栽培方法改善作物结实率的同时,选择自身结实率高的杂交组合对于选育高产油葵新品种至关重要,这样既可以减少人工成本,也可避免人工或虫媒授粉中导致混杂问题。

本研究灰色关联度分析结果表明,主要性状对产量的关联顺序依次为:单盘总粒重>花盘直径>株高>结实率>单盘籽粒数>百粒重>茎粗>籽仁率。这与相关性分析结果基本一致。相关性分析和灰色关联度分析结果表明,性状间的相互作用是复杂的,既相辅相成,又相互制约。某一性状的加强,常常伴随着一些性状作用的加强和另一些性状作用的削弱。本研究表明,为提高向日葵产量,应该注重单盘总粒重、花盘直径、株高、结实率等主要性状的选择和调控,同时兼顾单盘籽粒数、百粒重、茎粗、籽仁率等其他性状。协调好各个农艺性状之间的关系,从而发挥每个农艺性状对向日葵产量的最大作用。

聚类分析结果表明,第Ⅰ类和第Ⅱ类材料综合性状表现较好,有很大的研究价值和推广前景,而第Ⅲ类和第Ⅳ类材料综合性状差,可根据实际育种目标合理选择。