基于隸屬函數值法評價大豆種質資源耐蔭性

孫旭剛,李盛有,曹永強,張立軍,王昌陵,王文斌,董麗杰

(遼寧省農業科學院作物研究所,遼寧 沈陽 100161)

玉米—大豆間套作是增加土地利用率和提高作物產量的重要種植模式。但受高位作物遮蔭的影響,間套作配置中大豆群體所受的光、氣、溫等條件不利于生長發育,從而降低了品種產量和品質。耐蔭性是影響間套作大豆產量的重要因素,影響大豆間套作模式的應用與推廣[1]。對東北大豆種質資源耐蔭進行鑒定,為東北地區耐蔭性育種及大面積推廣大豆間套作種植技術提供理論依據。

前人對耐蔭大豆品種的鑒定、篩選與評價進行了大量研究[2～5]。陳懷珠等選擇與蔭蔽相關性顯著的株高、底莢高度、生物產量、單株莢數、單株粒數、百粒重、單株粒重等7 個性狀為指標性狀,以綜合耐蔭系數為指標評價大豆種質的耐蔭性[4]。武曉玲等認為,葉片干重、氣孔導度、株高、暗下最大熒光產量等4 個性狀可進行大豆苗期耐蔭性強弱的快速鑒定和預測[5]。本研究團隊前期通過隸屬函數法計算綜合耐蔭評價值,篩選出5 個鑒定指標,分別是主莖節數、節間長度、單株莢數、單株粒重和百粒重[6]。本研究通過測量成熟期株高、底莢高度、主莖節數、有效分枝數、單株莢數、單株粒數、百粒重和單株粒重,基于隸屬函數值對90 份大豆種質資源進行耐蔭性評價,以期篩選出耐蔭性較強的大豆材料,為大豆耐蔭育種及種質材料創新提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用東北地區大豆種質資源材料,均為早熟或極早熟品種,共計90 份。

1.2 試驗方法

2019 年于遼寧省農業科學院院內盆栽場開展大豆種質資源耐蔭性鑒定試驗。試驗采用盆栽方法,分自然光照處理(對照)和遮光處理,采用隨機區組,每處理3 盆。每盆15 kg 干土。5 月20 日播種,每盆播種 5～6 粒,出苗后每盆保健壯苗 2 株。出苗后30 d 開始采用消光率為30% 的針織尼龍網進行遮光處理,直至成熟。

1.3 測定項目

于成熟期,測定大豆植株的株高、底莢高度、主莖節數、有效分枝數、單株莢數、單株粒數、百粒重和單株粒重。

1.4 統計分析

采用Excel 2010 計算各品種的平均株高、底莢高度、主莖節數、有效分枝數、單株莢數、單株粒數、百粒重和單株粒重,并計算遮光脅迫與正常光照條件下的比值,依下式計算耐蔭隸屬函數值:RIij=Xij/CKij(比值大于1 時,公式為:RIij=1-Xij/CKij);RIi=1/n(∑RIij)。其中,RIij為第i個材料第j個性狀遮光條件對自然條件的比值,RIi為第i個品種該性狀的隸屬值。最后將各材料各性狀的隸屬值平均,得平均隸屬函數值。利用SPSS19.0 對耐蔭隸屬函數值進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 遮光處理對大豆品種(系)株型性狀的影響

由表1 可知,遮光脅迫處理使大豆主莖節數和有效分枝數分別極顯著降低了10.4%、和51.4%,使株高和底莢高度無顯著變化。

表1 正常光照和遮光脅迫下不同大豆品種(系)株型性狀的比較

在對照條件下,參試大豆品種(系)株高平均值為46.0 cm,最低值23.8 cm,最大值為99.5 cm,變異系數為29.3;底莢高度平均值為 7.4 cm,最低值為3.3 cm,最大值為14.2 cm,變異系數為28.1;主莖節數平均值為12.2 個,最低值為6.0 個,最大值為22.3 個,變異系數為23.9;有效分枝數平均值為 1.8 個人,最低值為0.2 個,最大值為7.8 個,變異系數為79.2。

在遮光脅迫處理條件下,叁試大豆品種(系)株高平均值為45.9 cm,最低值16.0 cm,最大值為88.3 cm,變異系數為27.9;底莢高度平均值為 8.9 cm,最低值為3.5 cm,最大值為16.7 cm,變異系數為26.6;主莖節數平均值為10.9 個,最低值為3.5 個,最大值為18.8 個,變異系數為25.4;有效分枝數平均值為0.9 個,最低值為0.1 個,最大值為4.8 個,變異系數為111.7。

2.2 遮光處理對大豆品種(系)產量性狀的影響

由表2 可知,遮光脅迫處理使大豆單株莢數、單株粒數、百粒重和單株粒重分別極顯著降低了50.2%、55.8%、11.7%和60.1%。在對照條件下,參試大豆品種(系)單株莢數平均值為 40.9 個,最低值11.2 個,最大值為146.8 個,變異系數為63.6;單株粒數平均值為 91.3 個,最低值為13.7 個,最大值為270.8 個,變異系數為61.6;百粒重平均值為 17.2 g,最低值為7.3 g,最大值為23.2 g,變異系數為15.4;單株粒重平均值為 15.3 g,最低值為1.57 g,最大值為48.8 g,變異系數為56.6。在遮光脅迫處理條件下,參試大豆品種(系)單株莢數平均值為20.4 個,最低值6.0 個,最大值為83.2 個,變異系數為57.4;單株粒數平均值為 40.4 個,最低值為11.5 個,最大值為160 個,變異系數為60.1;百粒重平均值為15.2 g,最低值為8.81 g,最大值為23.5 g,變異系數為17.7;單株粒重平均值為 6.1 g,最低值為0.64 g,最大值為19.3 g,變異系數為55.2。

表2 正常光照和遮光脅迫下不同大豆品種(系)產量性狀的比較

2.3 參試大豆品種(系)的耐蔭隸屬函數值

90 份大豆種質資源的耐蔭隸屬函數值的平均值0.7,最小值0.45,最大值0.9。經聚類分析將大豆種質耐蔭等級分為3 類,分別為不耐蔭型、中間型和強耐蔭型(表3)。其中,不耐蔭型種質資源15 份,耐蔭隸屬函數值為0.5～0.6;中間型種質資源60 份,耐蔭隸屬函數值為0.6～0.7;強耐蔭型種質資源15 份,耐蔭隸屬函數值為0.7～0.9。

表3 參試大豆品種(系)耐蔭等級劃分

3 結論與討論

本研究借鑒前人耐蔭性鑒定方法[4],選擇與蔭蔽密切相關的株高、底莢高度、生物產量、單株莢數、單株粒數、百粒重、單株粒重等7 個指標性狀,并對指標性狀的耐蔭系數進行累加,獲得各品種(系)加權耐蔭隸屬函數值,按照隸屬函數值的排名,判斷其耐蔭性強弱,隸屬函數值大,則耐蔭性強,反之則耐蔭性弱。

前人研究發現,大豆與高稈的玉米等作物間種,隨生育期的推進大豆受蔭蔽影響逐漸加重,鼓粒期到成熟時大豆受蔭蔽程度一般在30%左右[4],本研究選用的遮光強度為消光30%較接近生產實際。以往研究表明,弱光脅迫后大豆植株高度、節間長、最低分枝高度、子葉節高度極顯著增加,而莖粗、有效分枝數、主莖節數極顯著降低[7～8]。本研究發現,遮光脅迫后,大豆種質株高和主莖節數總體上無顯著變化,可能與本研究采用的遮光處理與供試材料有關。本研究設置的遮光處理為出苗后30 d開始遮光處理,而參試品種(系)均為早熟或極早熟材料,出苗后30 d 至成熟期較短,導致遮光處理對株高和底莢高度的影響并不明顯。然而,本研究發現,遮光脅迫處理使大豆主莖節數、有效分枝數、單株莢數、單株粒數、百粒重和單株粒重分別極顯著降低,但不同大豆品種(系)對遮光處理響應程度存在差異,該研究結果與前期結果基本一致[6]。本研究利用隸屬函數值法將90 份大豆種質資源分為3 類,分別為15 份不耐蔭型、60 份中間型和15份強耐蔭型。其中,強耐蔭型品種包括HLT8、合豐29 號、黑 河 33、黑 河 24、東 大 2 號、黑 農 37、哈 12-4891、YZY2004、黑河1 號、疆莫豆1 號、哈12-3510、黑河50、合豐41、黑河10 號、阿旗滿倉金,均來自于黑龍江省。該研究結果表明,在開展玉米—大豆間套作種植,選用生育期較短的大豆品種能夠使大豆在高位作物嚴重遮光前,完成干物質生產與積累,從而獲得較高的產量。

綜上所述,中國東北大豆耐蔭性存在較為豐富的變異,基于隸屬函數值法篩選出的15 份強耐蔭型大豆種質資源,為解決套作種植模式下大豆品種嚴重匱乏提供了重要的種質資源。