基于隶属函数值法评价大豆种质资源耐荫性

孙旭刚,李盛有,曹永强,张立军,王昌陵,王文斌,董丽杰

(辽宁省农业科学院作物研究所,辽宁 沈阳 100161)

玉米—大豆间套作是增加土地利用率和提高作物产量的重要种植模式。但受高位作物遮荫的影响,间套作配置中大豆群体所受的光、气、温等条件不利于生长发育,从而降低了品种产量和品质。耐荫性是影响间套作大豆产量的重要因素,影响大豆间套作模式的应用与推广[1]。对东北大豆种质资源耐荫进行鉴定,为东北地区耐荫性育种及大面积推广大豆间套作种植技术提供理论依据。

前人对耐荫大豆品种的鉴定、筛选与评价进行了大量研究[2～5]。陈怀珠等选择与荫蔽相关性显著的株高、底荚高度、生物产量、单株荚数、单株粒数、百粒重、单株粒重等7 个性状为指标性状,以综合耐荫系数为指标评价大豆种质的耐荫性[4]。武晓玲等认为,叶片干重、气孔导度、株高、暗下最大荧光产量等4 个性状可进行大豆苗期耐荫性强弱的快速鉴定和预测[5]。本研究团队前期通过隶属函数法计算综合耐荫评价值,筛选出5 个鉴定指标,分别是主茎节数、节间长度、单株荚数、单株粒重和百粒重[6]。本研究通过测量成熟期株高、底荚高度、主茎节数、有效分枝数、单株荚数、单株粒数、百粒重和单株粒重,基于隶属函数值对90 份大豆种质资源进行耐荫性评价,以期筛选出耐荫性较强的大豆材料,为大豆耐荫育种及种质材料创新提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用东北地区大豆种质资源材料,均为早熟或极早熟品种,共计90 份。

1.2 试验方法

2019 年于辽宁省农业科学院院内盆栽场开展大豆种质资源耐荫性鉴定试验。试验采用盆栽方法,分自然光照处理(对照)和遮光处理,采用随机区组,每处理3 盆。每盆15 kg 干土。5 月20 日播种,每盆播种 5～6 粒,出苗后每盆保健壮苗 2 株。出苗后30 d 开始采用消光率为30% 的针织尼龙网进行遮光处理,直至成熟。

1.3 测定项目

于成熟期,测定大豆植株的株高、底荚高度、主茎节数、有效分枝数、单株荚数、单株粒数、百粒重和单株粒重。

1.4 统计分析

采用Excel 2010 计算各品种的平均株高、底荚高度、主茎节数、有效分枝数、单株荚数、单株粒数、百粒重和单株粒重,并计算遮光胁迫与正常光照条件下的比值,依下式计算耐荫隶属函数值:RIij=Xij/CKij(比值大于1 时,公式为:RIij=1-Xij/CKij);RIi=1/n(∑RIij)。其中,RIij为第i个材料第j个性状遮光条件对自然条件的比值,RIi为第i个品种该性状的隶属值。最后将各材料各性状的隶属值平均,得平均隶属函数值。利用SPSS19.0 对耐荫隶属函数值进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 遮光处理对大豆品种(系)株型性状的影响

由表1 可知,遮光胁迫处理使大豆主茎节数和有效分枝数分别极显著降低了10.4%、和51.4%,使株高和底荚高度无显著变化。

表1 正常光照和遮光胁迫下不同大豆品种(系)株型性状的比较

在对照条件下,参试大豆品种(系)株高平均值为46.0 cm,最低值23.8 cm,最大值为99.5 cm,变异系数为29.3;底荚高度平均值为 7.4 cm,最低值为3.3 cm,最大值为14.2 cm,变异系数为28.1;主茎节数平均值为12.2 个,最低值为6.0 个,最大值为22.3 个,变异系数为23.9;有效分枝数平均值为 1.8 个人,最低值为0.2 个,最大值为7.8 个,变异系数为79.2。

在遮光胁迫处理条件下,叁试大豆品种(系)株高平均值为45.9 cm,最低值16.0 cm,最大值为88.3 cm,变异系数为27.9;底荚高度平均值为 8.9 cm,最低值为3.5 cm,最大值为16.7 cm,变异系数为26.6;主茎节数平均值为10.9 个,最低值为3.5 个,最大值为18.8 个,变异系数为25.4;有效分枝数平均值为0.9 个,最低值为0.1 个,最大值为4.8 个,变异系数为111.7。

2.2 遮光处理对大豆品种(系)产量性状的影响

由表2 可知,遮光胁迫处理使大豆单株荚数、单株粒数、百粒重和单株粒重分别极显著降低了50.2%、55.8%、11.7%和60.1%。在对照条件下,参试大豆品种(系)单株荚数平均值为 40.9 个,最低值11.2 个,最大值为146.8 个,变异系数为63.6;单株粒数平均值为 91.3 个,最低值为13.7 个,最大值为270.8 个,变异系数为61.6;百粒重平均值为 17.2 g,最低值为7.3 g,最大值为23.2 g,变异系数为15.4;单株粒重平均值为 15.3 g,最低值为1.57 g,最大值为48.8 g,变异系数为56.6。在遮光胁迫处理条件下,参试大豆品种(系)单株荚数平均值为20.4 个,最低值6.0 个,最大值为83.2 个,变异系数为57.4;单株粒数平均值为 40.4 个,最低值为11.5 个,最大值为160 个,变异系数为60.1;百粒重平均值为15.2 g,最低值为8.81 g,最大值为23.5 g,变异系数为17.7;单株粒重平均值为 6.1 g,最低值为0.64 g,最大值为19.3 g,变异系数为55.2。

表2 正常光照和遮光胁迫下不同大豆品种(系)产量性状的比较

2.3 参试大豆品种(系)的耐荫隶属函数值

90 份大豆种质资源的耐荫隶属函数值的平均值0.7,最小值0.45,最大值0.9。经聚类分析将大豆种质耐荫等级分为3 类,分别为不耐荫型、中间型和强耐荫型(表3)。其中,不耐荫型种质资源15 份,耐荫隶属函数值为0.5～0.6;中间型种质资源60 份,耐荫隶属函数值为0.6～0.7;强耐荫型种质资源15 份,耐荫隶属函数值为0.7～0.9。

表3 参试大豆品种(系)耐荫等级划分

3 结论与讨论

本研究借鉴前人耐荫性鉴定方法[4],选择与荫蔽密切相关的株高、底荚高度、生物产量、单株荚数、单株粒数、百粒重、单株粒重等7 个指标性状,并对指标性状的耐荫系数进行累加,获得各品种(系)加权耐荫隶属函数值,按照隶属函数值的排名,判断其耐荫性强弱,隶属函数值大,则耐荫性强,反之则耐荫性弱。

前人研究发现,大豆与高秆的玉米等作物间种,随生育期的推进大豆受荫蔽影响逐渐加重,鼓粒期到成熟时大豆受荫蔽程度一般在30%左右[4],本研究选用的遮光强度为消光30%较接近生产实际。以往研究表明,弱光胁迫后大豆植株高度、节间长、最低分枝高度、子叶节高度极显著增加,而茎粗、有效分枝数、主茎节数极显著降低[7～8]。本研究发现,遮光胁迫后,大豆种质株高和主茎节数总体上无显著变化,可能与本研究采用的遮光处理与供试材料有关。本研究设置的遮光处理为出苗后30 d开始遮光处理,而参试品种(系)均为早熟或极早熟材料,出苗后30 d 至成熟期较短,导致遮光处理对株高和底荚高度的影响并不明显。然而,本研究发现,遮光胁迫处理使大豆主茎节数、有效分枝数、单株荚数、单株粒数、百粒重和单株粒重分别极显著降低,但不同大豆品种(系)对遮光处理响应程度存在差异,该研究结果与前期结果基本一致[6]。本研究利用隶属函数值法将90 份大豆种质资源分为3 类,分别为15 份不耐荫型、60 份中间型和15份强耐荫型。其中,强耐荫型品种包括HLT8、合丰29 号、黑 河 33、黑 河 24、东 大 2 号、黑 农 37、哈 12-4891、YZY2004、黑河1 号、疆莫豆1 号、哈12-3510、黑河50、合丰41、黑河10 号、阿旗满仓金,均来自于黑龙江省。该研究结果表明,在开展玉米—大豆间套作种植,选用生育期较短的大豆品种能够使大豆在高位作物严重遮光前,完成干物质生产与积累,从而获得较高的产量。

综上所述,中国东北大豆耐荫性存在较为丰富的变异,基于隶属函数值法筛选出的15 份强耐荫型大豆种质资源,为解决套作种植模式下大豆品种严重匮乏提供了重要的种质资源。