鮮食與綠肥兼用型蠶豆表型綜合評價選擇

杜成章，龍玨臣，黃 祥，劉 偉，肖若余，王學軍，李真熠，張繼君*

（1.重慶市農業科學院，重慶 402160；2.重慶市農業技術推廣總站，重慶 401121；3.江蘇沿江地區農業科學研究所，江蘇南通 226541；4.重慶市農業生態與資源保護站，重慶 401121）

目前蠶豆（Vicia fabaL.）在中國種植面積約86.7×104hm2，干籽粒年產量約180×104t，其中鮮食蠶豆面積約66.7×104hm2，鮮籽粒年產量約600×104t[1]。傳統蠶豆按功能可分為糧食、蔬菜、飼草、綠肥四類[2]。綠肥蠶豆歷史悠久，但隨著鮮食蠶豆出現，其綠肥作用逐漸被淡化[3]。鮮食與綠肥兼用型蠶豆是隨著農業產業結構調整及農業供給側改革發展出現的蠶豆產業新類型，尤其適合我國南方地區發展，其優越性如下：1）蠶豆是冷季作物，不與熱季作物爭地[4]；2）蠶豆能為后茬作物提供綠肥，使土地達到用養結合的效果；3）能收獲產量可觀的鮮豆莢，提升生產者收益[5]。有研究表明，蠶豆根瘤固氮量為150～350 kg·hm-2[6]，平均固氮量是大豆的2 倍[7]，且高于多種豆科植物[8]。蠶豆根部的復合生態系統還能提升土壤K、P 的有效性，減少土壤污染[9]；另外，蠶豆鮮稈的N、K 含量都超過了“牧草之王”紫花苜蓿，更遠超紫云英[10]。因此，開展鮮食與綠肥兼用型蠶豆育種對于促進農業可持續發展具有重要意義。但鮮食與綠肥兼用型蠶豆屬新事物，目前尚未建立起相關評價體系。AHP 分析法是一種用于研究多因素問題系統化、層次化的科學分析方法[11]，可將定量與定性因素結合，客觀而有效反映各因素的影響效果，在植物功能評價領域被廣泛應用[12]。本文以86 個蠶豆品種和品系為研究對象，以蠶豆赤斑病抗性、鮮莢產量、去除莢果后地上部分鮮稈生物量、鮮籽粒百粒重、單莢粒數、鮮莢長、出苗至鮮莢采收時間和鮮莢出籽率8 個表型為評價因子，利用層次分析法建立綜合評價體系，以期能為鮮食與綠肥兼用型蠶豆品種選育提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試83個蠶豆品種（系）由重慶市農業科學院提供，以川渝地區常見品種成胡10 號(CK1)、飼草蠶豆新品系渝飼1 號(CK2)及鮮食蠶豆品種通蠶鮮8 號（CK3）為對照。

1.2 試驗設計

隨機區組設計，3 次重復，小區面積17.5 m2，2020 年10 月底播種，株行距70 cm×15 cm。于鮮莢采收期觀測表型數據，每小區隨機取10 株觀測，取平均值。

1.3 表型選擇

參考蠶豆種質資源描述規范和數據標準[13]，經征詢市場需求調研及專家意見，最終確定百粒重、生育期、鮮莢長、鮮莢產量、出籽率、赤斑病抗性、鮮稈生物量7個表型為評價因子。

1.4 觀測標準與方法

百粒重：鮮莢采收期100 粒飽滿鮮籽粒的重量（g）。

生育期：出苗至鮮莢采收時間（d）。鮮莢長：鮮莢采收期莢果長度（cm）。鮮莢產量：鮮莢采收期單位面積上的蠶豆鮮莢總產量（kg·hm-2）。

出籽率：鮮莢采收期鮮籽粒產量與鮮莢產量之比（%）。

赤斑病抗性：鮮莢采收期植株對蠶豆赤斑病的抗性水平，分為高抗（HR）、抗（R）、中抗（MR）、感（S）、高感（HS）。

鮮稈生物量：鮮莢采收期單位面積上的去除莢果后地上部分鮮稈生物量（kg·hm-2）。

1.5 統計與評價

1.5.1 鮮食與綠肥兼用型蠶豆品系綜合評價結構模型的建立

參考市場需求和專家意見，將鮮食與綠肥兼用型蠶豆的評價指標分為抗逆性（C1）、鮮食產量表型（C2）、綠肥產量表型（C3）和外觀品質表型（C4）4個約束層。根據各評價因子間的相互關系，構建了鮮食與綠肥兼用蠶豆品系綜合評價層次結構（見表1），包括目標層（T）、約束層（C）、標準層（P）。運用SPSSAU 軟件對各表型觀測數據進行整理和統計，參考鄧雪[14]的方法計算各評價因子權重值；采用層次分析法構建鮮食與綠肥兼用蠶豆品系綜合評價體系，并對參試品系進行等級劃分。

表1 鮮食與綠肥兼用型蠶豆表型評價因子的層次結構

1.5.2 判斷矩陣及一致性檢驗

根據各評價因子對蠶豆鮮食與綠肥兼用性能貢獻度，采用1-9 比率標度法[15]，逐項對任意2 個評價指標進行重要程度對比，構造出T-C、C-P 矩陣。一致性檢驗結果表明，隨機一致性比率CR 值均小于0.1（見表2），表明構建的判斷矩陣符合數學理論要求，各評價因子相互關系合理，具有滿意的一致性。

表2 判斷矩陣及一致性檢驗

2 結果與分析

2.1 評分標準的制訂

以2009—2021年在重慶市農業科學院和青海大學創制的各類鮮食與綠肥兼用型蠶豆遺傳群體和本研究的蠶豆品系表型觀測結果，以及專家意見為依據，為了便于明顯區別鮮食與綠肥兼用性能好與差的品種，制訂此評分標準（見表3），并按標準對各品系觀測結果進行分值轉換（見表4）。

表3 鮮食與綠肥兼用型蠶豆各評價因子的評分標準

表4 蠶豆品種（系）表型觀測結果與分值

（續表4）

（續表4）

2.2 鮮食與綠肥兼用型蠶豆各評價指標的權重確定

根據表2判斷矩陣及一致性檢驗，計算得到各影響因子（Pi）相對于總目標層（T）的最終權重（見表5），結果表明百粒重對蠶豆鮮食與綠肥兼用性能影響最大，權重為25.04%，其次為鮮莢產量，權重為18.74%；生育期第3，權重為16.69%；出籽率第4，權重為14.62%；接下來依次為蠶豆赤斑病抗性（9.22%）、鮮莢長（8.31%）、鮮稈生物量（7.38%）。其中，百粒重、生育期、鮮莢產量3 個評價指標占總排序權重值的60.48%，說明這3 個指標是品系篩選決定性因素，符合鮮食與綠肥兼用型蠶豆新品種選育目標。

表5 各評價因子的權重值

2.3 鮮食與綠肥兼用型蠶豆品種（系）的綜合評價

將表4 各品種（系）各表型分值與表5 相對于目標層權重值的乘積相加后得出各品系綜合得分（見表6）。將得分＜4 的記為1 級（差），得分在4～4.999的記為3 級（中），得分在5～5.999 的記為5 級（良），得分在6～6.999的記為7級（優），得分≥7的記為9級（特）。結果表明，特等級品種（系）有2 個，占品種（系）總數的2.33%，表現為大粒、生育期較短、鮮莢產量高、鮮莢長適中、蠶豆赤斑病抗性較好、鮮稈生物量較大，能很好地兼顧鮮食性和綠肥性；其中，CDPX-16 評分最高，為7.857，鮮籽粒百粒重467.3 g，生育期162 d，鮮莢長19.5 cm，出籽率42.9%，中抗蠶豆赤斑病，鮮莢產量23 840 kg·hm-2，鮮稈產量44 619 kg·hm-2；渝蠶5號評分第二高，為7.420，鮮籽粒百粒重452.5 g，生育期160 d，鮮莢長17.5 cm，出籽率35.7%，中抗蠶豆赤斑病，鮮莢產量19 881 kg·hm-2，鮮稈產量42 356 kg·hm-2。優等級品種（系）有13 個，占15.12%，表現為蠶豆赤斑病抗性較好、生育期較短、鮮莢產量較高、鮮稈生物量較高，但鮮莢長、百粒重、出籽率中有至少有1 項評分明顯偏低。良等級品種（系）有32 個，占37.21%，表現為生育期較短，但鮮莢產量、鮮稈生物量，鮮莢長、百粒重、出籽率、蠶豆赤斑病抗性中至少有2 項評分極低或有3 項評分明顯偏低。中等級品種（系）有22 個，占25.58%，表現為生育期較短，但鮮莢產量、鮮稈生物量、鮮莢長、百粒重、出籽率、蠶豆赤斑病抗性中至少有2 項評分極低，同時有2 項評分明顯偏低。本次觀測結果，生產常用品種成胡10 號(CK1)的鮮莢和綠肥產能都較小，蠶豆赤斑病抗性亦較差，其評價結果為差，說明該品種既不適合用作鮮食也不適合用作綠肥；飼草蠶豆新品系渝飼1 號(CK2)雖具有最高的鮮稈生物量（70 833 kg·hm-2），但百粒重、鮮莢長和鮮莢產量小，生育期長，其評價結果為差，說明飼草專用品種適合用作綠肥，但不適合用作鮮食；鮮食專用蠶豆品種通蠶鮮8 號（CK3）具有較大的百粒重、鮮莢產量和鮮稈生物量，具備較好的鮮莢長和蠶豆赤斑病抗性，還具備較短的生育期，但出籽率相對較小，其評價結果為良，這說明鮮食專用品種相對于生產常用品種和飼草專用品種來說，能較好地兼顧鮮食與綠肥功能。

表6 鮮食與綠肥兼用型蠶豆品種（系）綜合得分和等級

3 討論

本研究運用層次分析法確定了7 個鮮食與綠肥兼用型蠶豆相關表型，明確了品種（系）篩選決定性因素，其中百粒重權重最大，其次為生育期、鮮莢產量和出籽率；將83 個鮮食與綠肥兼用型蠶豆品種（系）和3 個對照品種分為5 個等級，最終選出綜合性狀優良，能很好地兼顧鮮食和綠肥功能的蠶豆新品種（系）2個，較好地兼顧鮮食和綠肥功能的蠶豆新品種（系）13 個。這說明本文構建的綜合評價體系能對鮮食與綠肥兼用型蠶豆新品種（系）進行有效選擇，可為育種家選種決策提供科學依據。

除了本研究確定的7 個鮮食與綠肥兼用型蠶豆相關表型外，還有鮮莢光澤度、種皮顏色、子葉顏色、鮮籽粒感官品質、莖葉比、秸稈營養素與功能性物質含量等相關表型因子影響著育種家對品種的選擇，但這些表型與本研究確定的7 個表型相比，重要程度相對較低，因此為了降低干擾，本研究排除了這些因子，但在目標品種確定后仍需對這些表型開展進一步的觀測，以篩選出更優良或有特殊用途的新品種。

本研究對鮮莢長為17.0～20.0 cm 給予最高評分，鮮莢過長或過短評分則相對較低，其依據是：若蠶豆鮮莢過長，出籽率會降低，且運輸中鮮莢易受損；若蠶豆鮮莢過短，則粒小且外觀品質不佳，較難銷售。筆者在進行市場調研中發現，鮮莢長度在17.0～20.0 cm的蠶豆最受市場歡迎，因此將這個數值區間作為最高評分標準。

本研究將蠶豆赤斑病抗性水平作為評價因子之一，原因是赤斑病的發生與流行嚴重制約筆者所處地區蠶豆產業發展。一旦蠶豆發生中度以上的赤斑病，其葉片就會呈焦糊狀態，嚴重影響生長發育，進而導致產能大幅度降低。因此提高赤斑病抗性水平一直是筆者所在地區最重要的蠶豆育種目標之一[16]。其他地區開展鮮食與綠肥兼用蠶豆育種工作，可根據當地實際情況適當選擇和調整病蟲害抗性水平的重要級別。本研究赤斑病抗性權重值計算結果為9.22%，其優先級別高于鮮稈生物量，這保證了在本研究條件下選擇出的2 個鮮食與綠肥兼用型蠶豆優良品系具有較好的赤斑病抗性水平。