救荒野豌豆品種DUS測試主要數量性狀篩選與評價

單飛彪 閆文芝 杜瑞霞 王永行 楊欽方 劉春暉 白立華 苗 雨 賴運平

（1巴彥淖爾市農牧業科學研究院，內蒙古臨河 015000；2農業農村部植物新品種測試（巴彥淖爾）分中心，內蒙古臨河 015013；3成都農業科技職業學院，四川成都 611130）

救荒野豌豆（Vicia sativa）屬豆科野豌豆屬[1]，又名箭筈豌豆、大巢菜，為一年生閉花授粉植物，偶數羽狀復葉，普遍種植于我國的長江中下游、華北和西北等地區[2]，是野豌豆屬（Vicia）中最多變的物種之一[3]。作為優良的牧草和綠肥作物，救荒野豌豆適應性廣，具有固氮、改善土壤結構的能力，營養價值和經濟效益較高，可以用作飼料、干草、綠肥、青貯或農田覆蓋物，在我國草地農業系統中發揮著重要的作用[4-5]。

植物品種特異性（Distinctness）、一致性（Uniformify）和穩定性（Stability）測試（簡稱DUS測試），是品種管理的重要技術支撐，是農作物授予新品種權和通過審定、登記的必要條件之一。植物品種DUS測試指南是判定育種人選育的植物群體/類群是否達到品種標準的重要依據，是DUS測試的基礎。

形態特征是植物分類的重要依據，對救荒野豌豆資源多采用葉片、產量、株高、生育期等進行評價[5-6]，但各形態性狀在品種內的一致性及品種區分能力未見研究報道。在國際植物新品種保護聯盟（UPOV）相關技術文件中，性狀（Characteristic）是指可遺傳表達的、能準確識別、區分和描述的植物的特征或特性[7]。2013年UPOV公布了救荒野豌豆品種DUS測試指南（TG/32/7），包括23個測試性狀，介紹了品種區分方法[8]。

為了促進救荒野豌豆列入我國農業農村部植物新品種保護名錄，更好地在草地農業中發揮作用，農業農村部植物新品種測試（巴彥淖爾）分中心承擔了救荒野豌豆品種DUS測試指南研制任務。本研究旨在對測試候選數量性狀進行篩選與評價，為科學制定救荒野豌豆品種DUS測試指南指供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況試驗地點設在巴彥淖爾市農牧業科學研究院DUS測試田（40.47°N，107.17°E）。土壤全氮1.02g/kg，速效鉀280mg/kg，有效磷37mg/kg，有機質17.3g/kg，pH值8.7，全鹽1.2g/kg。

1.2 試驗設計每份種質選取80粒飽滿的種子，種植于4.5m×2.8m的小區，每小區4行，行距70cm，每行20粒種子，穴播，株距50cm，待出全苗后進行間苗，其他田間管理條件相同。每個小區設2個重復。

1.3 供試材料共收集救荒野豌豆種質資源29份，見表1。

1.4 候選數量性狀按照TG/32/7規定的方法對性狀進行觀測，在其基礎上參考了綠肥和牧草種質資源描述規范[9-10]，增加了部分候選性狀（表2）。

表2 候選數量性狀

1.5 數量性狀評價方法利用萬深LA-S植物圖像分析儀系統測量植株中部1/3葉片相關性狀，莢果性狀通過游標卡尺進行測量。通過Excel軟件的數據分析功能計算出各數量性狀的最小值、最大值、平均值和標準差，按照級差≥2倍平均標準差的要求，對各數量性狀進行分級；使用SPSS25進行相關性和主成分分析。

其中：極差=最大值-最小值；

級數1=極差/（標準差平均值×2）；

級數2是級數1按照1、3、5、7、9的就小取值；

級差=極差/級數2；

分級數是根據中值和級差而確定的、連續的不同數據分布范圍的數量。

2 結果與分析

2.1 數量性狀篩選通過表3可以看出，幼苗：第二復葉長寬比、葉軸：長度、復葉：寬度、復葉：小葉數、莢果：長度（喙除外）、莢果：寬度、莢果：胚珠個數、種子：百粒重8個性狀變異系數變化范圍為8.38%～24.04%，其中復葉：小葉數變異系數最小，為8.38%，幼苗：第二復葉長寬比變異系數最大，為24.04%。以變異系數為判斷標準時，一般以變異系數均值小于15%作為其品種內一致性符合要求的標準[11]。由于救荒野豌豆是野豌豆屬中最多變的物種之一，建議將標準適當放寬，將上述8個性狀納入救荒野豌豆品種DUS測試性狀，小葉：長度和小葉：寬度變異系數分別為43.45%和49.21%，由于變異系數較大，不建議納入救荒野豌豆品種DUS測試性狀。

表3 29份救荒野豌豆10個數量性狀變異系數分布情況

2.2 數量性狀相關性分析從表4可以看出，性狀幼苗：第二復葉長寬比（Chr1）與莢果：胚珠個數（Chr9）呈極顯著負相關，相關系數為-0.522，葉軸：長度（Chr2）與復葉：寬度（Chr3）呈極顯著正相關，相關系數為0.851，復葉：小葉數（Chr4）與種子：百粒重（Chr10）呈顯著負相關，相關系數為-0.411，莢果：長度（喙除外）（Chr7）與莢果：寬度（Chr8）、莢果：胚珠個數（Chr9）呈極顯著正相關，相關系數分別為0.739、0.521。對相關系數達到0.7以上的性狀進行回歸分析，發現性狀葉軸：長度（Chr2）與復葉：寬度（Chr3）、莢果：長度（喙除外）（Chr7）與莢果：寬度（Chr8）均符合線性回歸，線性回歸方程分別為Chr2=1.1352*Chr3+32.411（R2=0.7239）（圖1），Chr7=4.1906*Chr8+16.425（R2=0.5457）（圖2）。由于R2值較小，無法用某一性狀表達狀態準確推測另一性狀表達狀態，建議將此8個性狀均列為救荒野豌豆品種DUS測試指南性狀。

表4 8個數量性狀間相關性分析

2.3 8個數量性狀主成分分析主成分分析可以將相關的隨機變量轉換成少量的綜合指標，而且能反映出原來較多變量的信息，從而使研究的問題得以簡單化，有助于抓住主要研究對象，在植物的性狀選擇方面具有重要的意義。對救荒野豌豆幼苗：第二復葉長寬比、復葉：小葉數、復葉：寬度、葉軸：長度、莢果：長度（喙除外）、莢果：寬度、莢果：胚珠個數和種子：百粒重8個性狀進行主成分分析，能更加清楚地顯示出各性狀在救荒野豌豆性狀多樣性構成中的作用。主成分分析結果表明：通過分析提取了4個主成分，累計貢獻率為84.427%（表5），第1主成分中葉軸：長度（Chr2）、復葉：寬度（Chr3）、莢果：長度（喙除外）（Chr7）、莢果：寬度（Chr8）、莢果：胚珠個數（Chr9）等性狀具有較大的載荷值，分別為0.619、0.676、0.740、0.630、0.654，是救荒野豌豆葉片和莢果性狀的綜合反映；第2主成分中種子：百粒重（Chr10）性狀具有較大的載荷值，為0.599，是救荒野豌豆籽粒性狀的綜合反映；第3主成分中復葉：小葉數（Chr4）性狀具有較大的載荷值，為-0.819，是對救荒野豌豆葉片性狀的補充；第4主成分幼苗：第二復葉長寬比（Chr1）具有較大的載荷值為0.557，是對幼葉性狀的綜合反映（表6）。

表5 主成分的根特征、貢獻率和累計貢獻率

表6 各性狀主成分分析

2.4 數量性狀分級通過對10個數量性狀的篩選與評價，對符合DUS測試性狀要求的8個數量性狀進行分級（表7，表8），其中復葉：小葉數（Chr4）平均變異系數較小，可分為5級，而幼苗：第二復葉長寬比（Chr1）由于變異系數較大僅分成3級，葉軸：長度（Chr2）、復葉：寬度（Chr3）、莢果：長度（Chr7）、莢果：寬度（Chr8）、莢果：胚珠個數（Chr9）、種子：百粒重（Chr10）由于極差不大，也分成3級。

表7 8個數量性狀的分級數

表8 8個數量性狀的分級標準

3 結論與討論

數量性狀一致性評價方法有多種，包括建立方差分析數學模型法、符合系數法、t檢驗法等。而變異系數由于可以消除測量尺度和量綱對2個或多個材料變異程度比較的影響，是評價數量性狀一致性較為常用的統計方法[12-13]。劉青林等[14]和賀晨幫等[15]利用變異系數分析方法分別對百合和豌豆的DUS測試性狀的一致性進行了分析，均認為以品種內變異系數小于15%作為性狀一致性的評價標準比較合適。褚云霞等[16]利用變異系數對朱頂紅的數量性狀做了一致性評價，認為朱頂紅的數量性狀不僅受環境影響，而且還受種球大小及種球內養分積累等因素影響，建議以變異系數小于20%作為朱頂紅性狀一致性的評價標準。盧秉林等[17]對箭筈豌豆株高、單株莢數和單株粒數等3個指標的變異系數進行了分析，變異系數在25%左右；張愛華等[18]對79份箭筈豌豆材料的15個性狀變異系數進行了分析，10個性狀的變異系數超過了20%。由于救荒野豌豆是野豌豆屬中在遺傳和表型上變異比較大[19-21]，因此建議以變異系數小于25%作為救荒野豌豆性狀一致性的評價標準，比較符合我國當前救荒野豌豆的育種水平。本研究初步篩選了10個測試性狀，由于小葉：長度（Chr5）和小葉：寬度（Chr6）這2個性狀變異系數超過40%，不符合DUS測試性狀要求，未對其進行分級，不建議納入救荒野豌豆DUS測試指南中。對其他8個測試性狀進行了分級。

在DUS測試過程中，測試人員只能逐一測試每個性狀以對作物進行描述和區別。本研究利用主成分分析了救荒野豌豆的幼苗：第二復葉長寬比（Chr1）、葉軸：長度（Chr2）、復葉：寬度（Chr3）、復葉：小葉數（Chr4）、莢果：長度（喙除外）（Chr7）與莢果：寬度（Chr8）、莢果：胚珠個數（Chr9）、種子：百粒重（Chr10）8個數量性狀，篩選出4個主成分，葉片大小、莢果、種子：百粒重、幼苗：第二復葉長寬比是4個主成分的主導因子。因此在救荒野豌豆測試過程中，可以將上述4個主導因子作為綜合指標對作物進行總體把握，從而使測試工作更加高效和便捷。

本研究開展的救荒野豌豆DUS測試數量性狀篩選與評價種質資源量較少，只是救荒野豌豆DUS測試指南研究的一部分，還需要進一步豐富救荒野豌豆資源量，深入研究救荒野豌豆目測性狀和生理性狀的多樣性，以期為救荒野豌豆測試指南研制提供更加完善的基礎資料。