烤煙高鉀新品系主要性狀的優勢分析及灰色關聯分析

吳成林，鐘 軍，潘 著，戴林建

(湖南農業大學農學院，長沙410128)

品種是煙葉產質量的遺傳基礎，優良的品種是煙葉生產的重要條件，是獲得優質煙葉的內在因素。雜種優勢的利用已成為提高作物產量和品質的一條重要途徑［1］。目前雜種優勢在小麥、玉米、水稻等主要糧食作物上應用廣泛，在煙草上雜種優勢的利用雖然起步較早，但由于其特殊性，發展相對緩慢［2］。目前對烤煙雜種優勢的研究多集中在成熟期的農藝性狀和烤后煙葉產量、質量等方面，而對生長過程中農藝性狀雜種優勢的動態變化等的研究尚少［4，5］。研究烤煙雜種優勢在不同時期的變化規律，對植物雜種優勢機理的研究有一定參考意義，也能為改進烤煙大田管理措施，突出烤煙雜種優勢提供一定參考。

灰色關聯分析是描述系統發展過程中因素間相對變化的情況，也就是變化大小、方向及速度等指標的相對性，是對于一個系統發展變化態勢的定量描述和比較［6］。本文以高鉀烤煙新品系為材料，分析高鉀品種與普通品種的雜交優勢，并運用灰色關聯分析法對烤煙鉀含量與主要性狀的關系進行分析與評價，以為高鉀品種的利用提供科學依據。

1 材料

父本:GK5，系戴林建等利用花粉管通道法將空心蓮子草等高鉀作物的DNA導入K326煙草獲得的高鉀烤煙新品系［7］，其遺傳穩定，吸鉀能力顯著高于受體。表現農藝性狀穩定，質量優于K326，鉀含量高于普通烤煙品種，產量適中，但抗病性較低。

母本:中煙86，表現農藝性狀穩定，高抗黑脛病，較耐花葉病。

對照品種:K326。

2 試驗設計及方法

2.1 試驗設計

試驗在中國煙草中南農業試驗站湖南農業大學基地進行。于2009年以中煙86為母本，以高鉀新品系GK5為父本，雜交得F1，選健株收種。2010年12月播種F2，漂浮育苗，2010年3月27日移栽。田間設計為母本、父本、F1和對照各3個小區，F25個小區，F1取30單株，F2取150單株進行試驗，株行距60 cm×120 cm，每小區3行 ×10株。煙地為煙—稻輪作田，土壤肥力中等，田間管理按當地優質烤煙栽培技術實施，以小區為單位采用三段式烘烤工藝掛牌烘烤。

考查組合及親本的農藝性狀、田間感病率，測定各時期的鉀含量，分析調制后煙葉常規化學成分指標，并與親本對比分析。

2.2 試驗方法

2.2.1 主要生育期記載

調查播種期、出苗期、移栽期、團棵期、現蕾期、開花期、腳葉成熟期、頂葉成熟期、大田生育期等。按煙草行業標準(Yc/TI42－1998)要求進行。

2.2.2 田間自然發病情況調查

在全生育期內，按病害發生的不同時期分別調查青枯病、普通花葉病、黑脛病、氣候斑病、青枯病等病害。按煙草行業標準(Yc/TI42－1998)要求進行。

2.2.3 農藝性狀考察

從移栽開始，每周測量1次，共測量10次。每次測量每小區均隨機選5株長勢基本一致的煙株，考查親本、對照及F1株高、葉數、葉長、葉寬、節距及莖圍6個常用農藝指標［8］。

2.2.4 常規化學成分分析

選取中部桔黃3級原煙(C3F)，按文獻［9］所述方法測定其總糖、還原糖、總氮、煙堿和氯含量。

2.2.5 鉀含量測定

調制完成后，分別選取10～11葉位成熟鮮煙葉和中部桔黃3級原煙(C3F)，去掉主脈及一級支脈，65℃恒溫烘干，粉碎，60目篩過篩，0.5 mol/L鹽酸提取，利用火焰光度計測定鉀含量，3次重復［9］。

2.3 優勢分析方法

基于以上測量結果，求出各時期、各性狀的平均值。雜種優勢及對照優勢按如下公式計算:

式中:F1為雜種F1性狀表現值均值，MP為雙親性狀表現值平均值，CK為對照品種(本試驗以K326為對照品種)的性狀表現值平均值［10］。

2.4 數據統計與分析

利用灰色系統理論中的灰色關聯分析方法對參試烤煙品種有關的農藝性狀、抗病性和品質(內在化學成分)等進行多性狀的綜合評判，并對其進行關聯系數和關聯度分析［11］。

設鉀含量為參考數列(母序列)X0，其它為比較數列(子序列)Xi，由公式(1)計算鉀含量與其它評價指標間的灰色關聯系數:

式中:Loi(k)為在時刻t=k時母序列X0與子序列Xi的關聯系數;voi(k)表示k時刻兩比較序列的絕對差，即voi(k)=|x0(k)－xi(k)|(1≤i≤m);vmax與vmin分別表示所有比較序列各個時刻絕對差中的最大值與最小值。通常比較序列相交，一般取vmin=0;Q為分辨系數，其意義是盡量避免最大絕對差值太大引起的失真，提高關聯系數之間的差異顯著性，Q一般可取0.1～0.5。綜合各點的關聯系數，由公式(2)求出子序列與母序列的關聯度roi:

按照灰色關聯分析原則，灰色關聯系數大的數列與參考數列的關系最為密切，灰色關聯系數小的數列與參考數列的關系為疏遠，以此建立關聯序。

所有試驗數據采用DPS數據處理系統進行處理和分析［12，13］。

3 結果與分析

3.1 主要性狀表現

3.1.1 生育期表現

從表1可以看出，各品種的出苗期基本一致，從播種到出苗時間為31 d。在大田生長過程中，各品種從移栽到團棵時間為25～29 d，中煙86比GK5晚4 d達到團棵期，GK5最早達到現蕾期，比中煙86早5 d，F1與K326 接近。GK5、F1、K326 進入成熟期的時間相同。各品種的大田生育期為114～122 d，GK5最短，為114 d，中煙86最長，為122 d，F1與 F2均比對照K326短1～2 d。

表1 各品種的主要生育期

3.1.2 自然發病情況調查

田間自然發病情況調查結果表明，不同品種田間不同病害的抗性表現存在明顯差異，普通花葉病、青枯病參試品種的發病率為100%，其中中煙86表現出較強的抗性，其發病株率僅為10%，抗性最差的是GK5和GK5×中煙86品種，發病株率達到63.33%和30.00%(表2)。

表2 各品種的自然發病率

3.1.3 主要農藝性狀

平均株高以GK5最高，依次為F1＞F2＞K326＞中煙86;平均葉長以GK5最長，依次為F1＞F2＞K326＞中煙86;平均葉寬以K326最寬，依次為GK5＞F1＞F2＞中煙86;平均莖圍以GK5最粗，依次為F1=F2＞中煙86＞K326;平均節距以GK5最長，依次為F2＞F1＞K326＞中煙86;平均葉片數以K326最多，依次為GK5＞F1＞F2＞中煙86(表3)。

除了平均葉片數比K326少，GK5在所有農藝性狀中表現都是最佳的，中煙86農藝性狀表現最差。F1、F2葉寬和葉片數比K326低，其它均高于K326?？傮w上F1、F2在農藝性狀表現方面優于母本中煙86，次于父本GK5。

表3 各品種農藝性狀

3.1.4 主要內在化學成分

平均總糖含量以K326最高，依次為F1＞GK5＞中煙86;平均還原糖以F1最高，依次為GK5＞中煙86＞K326;平均總氮含量GK5＞K326＞F1=中煙86;平均煙堿含量GK5＞K326＞F1＞中煙86;平均鉀含量以GK5最高，依次為F1＞K326＞中煙86;平均氯含量以K326最高，依次為GK5＞F1＞中煙86。糖堿比大小順序為中煙86＞F1＞K326＞GK5;氮堿比大小順序為中煙86＞F1=K326＞GK5;鉀氯比大小順序為GK5＞F1＞中煙86＞K326(表4)。

GK5總氮、煙堿、鉀含量均最高，鉀氯比最高，尤其鉀含量明顯優于其它品種。F1鉀含量雖然低于GK5，但也高于K326和中煙86，煙堿含量比父本GK5明顯降低，還原糖最高為19.81%。總體上F1在化學成分方面介于兩親本之間。

表4 中部葉主要化學成分含量

3.2 雜種優勢分析

3.2.1 農藝性狀表現及雜種優勢

從雜種一代農藝性狀雜種優勢的分析結果來看，GK5×中煙86的F1平均優勢以株高和葉長為正，而其它均為負。其中株高最高，達32.28%，葉長優勢為5.97%。另外葉寬、莖圍、葉片數、節距均為小于1%的負優勢。

與K326相比的對照優勢結果顯示，F1中株高、葉長、節距、莖圍優勢明顯，對照優勢均值分別達到36.42%，5.38%，8.61%和6.37%。與K326相比，F1葉寬、葉片數優勢以負向為主。

綜合來看，F1表現為株高較高，葉片較長，但葉數明顯偏少，葉片有小幅偏短闊的趨勢。

表5 農藝性狀表現(cm)及優勢分析

3.2.2 主要化學成分的雜種優勢

一般認為優質煙總糖含量要求達到18%～22%，還原糖含量16% ～18%，還原糖與總糖的比值≥0.9，總氮含量1.5% ～3.5%，蛋白質8% ～10%，煙堿1.5% ～3.5%，鉀2%以上，氯1%以下是比較適宜的范圍。其相對比值:水溶性總糖/蛋白質以2～2.5、水溶性總糖/煙堿以8～12、總氮/煙堿以1或者略小于1為宜，鉀/氯以大于4為宜。

從表6中可以看出，F1中部葉總糖、還原糖、氯正向平均優勢較明顯，其平均優勢分別為5.39%，7.12%，6.20%，糖堿比、氮堿比、鉀氯比均呈正優勢，但總氮、煙堿、鉀等為負向平均優勢，總氮和煙堿較為明顯。對照優勢以還原糖、鉀為正向優勢，分別為17.56%，5.37%。糖堿比、氮堿比、鉀氯比的平均優勢和對照優勢都呈正方向。綜合來看，F1中部葉常規化學指標與雙親平均值相比主要表現在，總糖、還原糖、氯較高，其它均低于雙親平均值。與K326相比，F1表現為總糖、總氮、煙堿、氯等含量低，還原糖、鉀含量高。糖堿比、氮堿比、鉀氯比均比雙親平均值和K326高。由此來看，雜種烤煙有增加鉀含量降低含氮化合物(如煙堿)的趨勢，另外，F1鉀含量高于對照K326及母本中煙86，但與父本GK5有一定差距，可能主要是因為試驗所選親本之一為鉀高效基因型品系。

表6 中部葉化學成分及其優勢分析

3.2.3 F1代農藝性狀的雜種優勢動態

(1)F1株高優勢動態

圖1 株高優勢動態

從圖1看，株高的平均優勢在整個生育過程中都較為明顯，最低為第3周的15.49%，前3周有降低的趨勢，從第3周到第8周穩步上升，最高可達66.38%，后逐漸下降，第10周時為32.28%。對照優勢總體趨勢基本跟平均優勢相同，在第3周最低，為2.95%，上升到第5周的40.12%，后基本穩定。

(2)F1葉長優勢動態

圖2 葉長優勢動態

從圖2可以看出，不管是平均優勢還是對照優勢，葉長在整個生育過程中都顯示正優勢。葉長的平均優勢在前5周相對穩定，為平緩降低的趨勢，在第5周達到最低0.15%，但第5周開始，葉長平均優勢增至最高的22.24%，之后平緩降低。對照優勢前4周比較穩定，從第4周開始增長到第6周，最高為60.45%，后逐漸下降，第10周的5.38%為整個時期最低。

(3)F1葉寬優勢動態

圖3 葉寬優勢動態

從圖3可以看出，葉寬的平均優勢在移栽后前3周呈下降趨勢，在第3周達到最小的－3.63%，然后開始上升，到第9周都呈正優勢，并在第8周達到最高的18.84%。對照優勢在調查期內變化較大，第3周最小為 －3.70%，第 5周達到最大的36.59%，優勢顯著，第5周過后優勢逐步降低。

(4)F1節距優勢動態

圖4 節距優勢動態

從圖4可以看出，節距的平均優勢在第1周最大，為123.74%，但是到第2周就開始下降，到第5周最低為－1.90%，為負優勢，之后優勢平穩，在第8周為78.22%，優勢顯著，但到第10周后為 －0.05%，優勢為負。對照優勢也以第1周最大為76.78%，之后逐步降低，直到第5周成為負優勢，從第8周開始又變成正優勢。

(5)F1葉片數優勢動態

圖5 葉片數優勢動態

從圖5可以看出，葉片數的平均優勢在第1周最大，但前期下降幅度較大，第6周達到最小。對照優勢波動幅度相對較小，也是第1周最大，第6周最小。

(6)F1莖圍優勢動態

圖6 莖圍優勢動態

從圖6可以看出，莖圍平均優勢在整個調查期內表現較為平穩，在第7周達到最大為19.97%，但在第10周出現負優勢，為－0.98%。對照優勢在第6周最大為28.19%，之后雖然有所下降，但均為正優勢。

3.3 灰色關聯度分析

3.3.1 不同性狀表現與鉀含量的灰色關聯度分析

對性狀表現數據標準變化進行無量綱處理后，再與鉀含量進行關聯分析，取vmin=0，Q=0.1，結果與鉀含量關聯度最大的是葉寬(0.6243)，其次是葉片數(0.6035)，再往后依次是大田生育期(0.5523)、莖圍(0.5185)、葉長(0.5052)、節距(0.4750)、株高(0.3562)、發病率(0.3248)?？梢?，影響鉀含量的農藝性狀因素主要有葉寬、葉數，大田生育期對鉀含量也有較大的影響。

3.3.2 化學成分及復合指標與鉀含量的灰色關聯度分析

對化學成分數據標準變化進行無量綱處理后，再與鉀含量進行關聯分析，取vmin=0，Q=0.1，結果化學成分及復合指標中與鉀含量關聯度最大的是鉀氯比(0.4219)，其次是總糖(0.4122)，再往后依次是還原糖(0.3961)、氯(0.3763)、總氮(0.3569)、糖堿比(0.3490)、氮堿比(0.3435)、煙堿(0.3347)?？梢姡浡缺?、總糖、還原糖及氯含量與鉀含量的關聯度較高，總氮、糖堿比、氯堿比及煙堿與鉀含量的關聯度較低。

4 結論

通過烤煙高鉀品系GK5與普通品種中煙86雜交，對比親本及F1、F2的主要性狀分析結果來看，F1多表現為株高較高，葉片較長，但葉數明顯偏少，葉片有小幅偏短闊的趨勢?？傮w上F1、F2在農藝性狀表現方面優于母本中煙86，次于父本GK5。在化學成分方面介于兩個親本之間，優于母本中煙86，次于父本GK5。但F1、F2在抗病性方面要明顯優于父本GK5，略次于母本中煙86。因此，GK5與中煙86雜交，能在農藝性狀、化學品質及抗病性方面找到較好的平衡點?；疑P聯度分析表明，大田表現性狀與鉀含量的關聯程度大于化學成分與鉀含量的關聯程度，而影響鉀含量的主要大田表現性狀因素有葉寬、葉數和大田生育期，發病率對鉀含量的影響最低。筆者認為，高鉀品系的抗病性差跟鉀含量高的關聯程度不大，高鉀品系可試圖通過與抗病性強的品種雜交，進而解決抗病性差的問題。

［1］陳明凱.作物雜種優勢及其預測研究進展［J］.科技經濟市場，2010，(8):5 －6.

［2］王紹美，許立峰，付憲奎，等.我國烤煙雜種優勢利用現狀與展望［J］.中國煙草科學，2005，(1):6－9.

［3］耿如林，王湘生，黃宏武.雜種優勢遺傳機理的研究進展［J］.中國畜牧獸醫，2007，34(11):46－48.

［4］趙松義，高春陽，胡日生，等.烤煙農藝性狀的雜種優勢表現［J］.湖南農業大學學報，2007，33:193－197.

［5］謝玲玲，劉 峰，顏合洪.我國煙草雜種優勢利用概括［J］.作物研究，2006，20(5):494－497.

［6］譚學瑞，鄧聚龍.灰色關聯分析:多因素統計分析新方法［J］. 統計研究，1995，(3):46.

［7］戴林建，徐雙紅，朱列書，等.高鉀植物DNA導入栽培煙草引起后代性狀變異研究［J］.作物研究，2010，24(1):109－111.

［8］巫升鑫，潘建菁，陳順輝，等.烤煙若干農藝性狀的雜種優勢及其遺傳分析［J］.中國煙草學報，2001，7(4):17－21.

［9］王瑞新.煙草化學［M］.北京:中國農業出版社，2003.147，250 －274.

［10］張晨東，張燕春，肖炳光.烤煙親本配合力及雜種優勢［J］.河南農業大學學報，1999，33(4):389－391.

［11］謝小丹，陳順輝，巫升鑫.烤煙新引品種的模糊綜合評判和灰色關聯度分析［J］.福建農林大學學報:自然科學版，2002，(6):160

［12］唐啟義，馮明光.實用統計分析及其DPS數據處理系統［M］.北京:科學出版社，2002.289.

［13］胡建軍，馬 明，李耀光，等.煙葉主要化學指標與其感官質量的灰色關聯分析［J］.煙草科技，2001，(1):3.