兵豆新品種DUS測試性狀多樣性分析與評價

焦雄飛， 于 晉， 馮樂勇， 周旭濤， 郭耀東， 樊麗生

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所，山西忻州 03400； 2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太原 030000)

兵豆(M.)別稱小扁豆、雞眼豆等，是豆科、兵豆屬一年生草本植物。在全球范圍內(nèi)，兵豆屬植物僅有6種，主要分布于地中海和西亞地區(qū)，在我國，兵豆原產(chǎn)于云南省，目前在河北、山西、陜西、甘肅、四川和西藏均有種植。兵豆的生長期較短，可與其他作物間作套種，在收獲后還可輪作其他生育期適當?shù)淖魑铮箍浦参镉捎诰哂辛己玫墓痰芰Γ斋@籽粒后其他部分可直接打碎翻進土中做綠肥使用。

我國對于兵豆的認識與研究較少，對兵豆種質(zhì)資源的保護與利用工作不足。自1996年以來，兵豆品種審定數(shù)目僅有8個，其中定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院2個(定選1號、定選2號)，寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院3個(寧扁1號、固扁1號、固扁2號)，山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所3個(晉扁豆1號、晉扁豆2號、晉扁豆3號)。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，對于兵豆種質(zhì)資源的保護與新品種的選育愈發(fā)重要。而兵豆品種特異性、一致性、穩(wěn)定性(簡稱DUS)測試技術(shù)標準尚未構(gòu)建與頒布，無法對育成的兵豆品種進行DUS測試，因而也不能對育成的兵豆品種進行品種權(quán)保護。本研究對45份兵豆品種進行表型多樣性分析和數(shù)量性狀分級，為科學(xué)制定兵豆品種DUS測試指南提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗選取3份審定品種(晉扁豆1號、晉扁豆2號、晉扁豆3號)和42份兵豆種質(zhì)資源共計45份作為供試材料(表1)。

表1 試驗材料信息

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2019年5—10月在巴彥淖爾DUS分中心進行，安排45份兵豆種質(zhì)資源的田間種植、數(shù)據(jù)采集和圖片拍攝。試驗田采取隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次，三行區(qū)行距為0.7 m，株距為0.07 m，小區(qū)面積為10.5 m。每小區(qū)隨機選取20株植株進行試驗調(diào)查統(tǒng)計。

1.3 性狀調(diào)查及數(shù)據(jù)處理

1.3.1 性狀調(diào)查 每個小區(qū)隨機選取20株植株進行調(diào)查，調(diào)查性狀包括表2中統(tǒng)計全部性狀，本試驗記載調(diào)查性狀均為國際DUS統(tǒng)計性狀。使用直尺或游標卡尺測量長度和高度，使用電子天平測量質(zhì)量，使用國際通用的英國皇家園藝學(xué)會比色卡進行顏色測量并記錄其數(shù)字編碼。

表2 兵豆主要記載性狀

1.4 試驗數(shù)據(jù)處理

1.4.1 質(zhì)量性狀的分析處理 質(zhì)量性狀參考國際植物新品種保護聯(lián)盟(UPOV)的方法進行分級與編碼。對其中7個主要質(zhì)量性狀進行多樣性分析，各性狀的遺傳多樣性采用Shannon’s信息指數(shù)(′)進行評價。′=-∑ln，表示第種變異類型出現(xiàn)的頻率，用所有性狀′的平均值表示1組或所有種質(zhì)的遺傳多樣性程度。

1.4.2 數(shù)量性狀的分析處理 對記載的性狀數(shù)據(jù)使用Excel軟件的數(shù)據(jù)分析功能計算出各數(shù)量性狀的最小值、最大值、平均值、標準差和變異系數(shù)。使用SPSS 25對本試驗記載的45個品種的7個數(shù)量性狀進行性狀間相關(guān)性分析。按照級差≥2倍平均標準差的要求，在結(jié)合UPOV指南和我國品種較少的實際情況對5個UPOV中分級數(shù)較多且在我國易把1個品種誤分為2個品種的數(shù)量性狀進行重新分級。

極差=最大值-最小值；級數(shù)1 =極差/(標準差平均值×2)；級數(shù)2是級數(shù)1 按照1、3、5、7、9的就小取值；級差=極差/級數(shù)2。

分級數(shù)是根據(jù)中值和級差而確定的、連續(xù)的不同數(shù)據(jù)分布范圍的數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)量性狀的多樣性分析

由表3可知，對于3個兵豆審定品種和42個種質(zhì)資源的7個主要質(zhì)量性狀進行的表型多樣性分析，根據(jù)表2的質(zhì)量性狀分級，統(tǒng)計各性狀的分級占比及計算其多樣性指數(shù)。由表3可知，7個質(zhì)量性狀的多樣性指數(shù)均小于1，其中性狀花標準顏色的多樣性指數(shù)最大，為0.915，其他5個性狀的多樣性指數(shù)范圍在0.650～0.780之間，小葉形狀的多樣性指數(shù)最低，為0.650。在子葉顏色上主要為黃綠色且所占頻率為75%；在小葉形狀上主要為橢圓形且所占頻率為77.27%；花的標準顏色主要為白色、紫色，其頻率分別為65.91%、22.73%；種子主色主要為青黃色，所占頻率為75.55%；種子的次色類型中有79.55%的品種為單色種子沒有次色，另外20%的品種種子次色分為斑點、大理石紋和大理石紋加斑，這3種種子次色類型分布頻率分別為9.09%、6.82%、4.55%；標準紫羅蘭色條紋這一性狀只有1種表型，即存在標準紫羅蘭色條紋，說明紫羅蘭色條紋普遍存在于兵豆中。

表3 兵豆質(zhì)量性狀分級占比及多樣性

2.2 數(shù)量性狀的相關(guān)性分析

從7個數(shù)量性狀間相關(guān)性分析結(jié)果(表4)可以看出，在所有性狀中，有4組性狀具有一定的相關(guān)性，其相關(guān)性根據(jù)相關(guān)系數(shù)由小到大依次為種子直徑與莢果長度顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.448；莢果長度與寬度呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.588；總狀花序與胚珠數(shù)量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.813；種子直徑與百粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.915。其他數(shù)量性狀之間沒有明顯相關(guān)性。

表4 數(shù)量性狀相關(guān)性分析

2.3 5個數(shù)量性狀的描述性統(tǒng)計與分級

由表5可知，株高的變異系數(shù)為6.44%，莢果長度的變異系數(shù)為8.73%，莢果寬度的變異系數(shù)為7.58%，種子直徑的變異系數(shù)為7.50%，百粒質(zhì)量的變異系數(shù)為12.40%，在這5個數(shù)量性狀中百粒質(zhì)量的變異系數(shù)最大，株高的變異系數(shù)最小。這5個性狀中，株高的平均標準差最大為1.54 cm，種子直徑的平均標準差最小，僅為0.03 cm。從平均標準差來看，莢果長度、莢果寬度、種子直徑平均標準差較小，說明這3個性狀在種間差異較低。在參考UPOV與我國兵豆種質(zhì)資源實際情況相結(jié)合后對這5個數(shù)量性狀進行分級，將莢果寬度和種子直徑分為3級，將株高莢果長度、百粒質(zhì)量分為5級(表6)。

表5 兵豆5個數(shù)量性狀描述性統(tǒng)計

表6 兵豆5個數(shù)量性狀的分級

3 討論

本研究對兵豆質(zhì)量性狀的多樣性進行了分析，45份種質(zhì)資源的6個質(zhì)量性狀多樣性指數(shù)均小于1，表明45份材料在質(zhì)量性狀上遺傳多樣性較低，這與李凱等對兵豆性狀的多樣性分析結(jié)果不同。這可能是質(zhì)量性狀與數(shù)量性狀上的差異，質(zhì)量性狀不受環(huán)境的影響而改變表現(xiàn)出穩(wěn)定的性狀，數(shù)量性狀受環(huán)境影響較大在不同環(huán)境下其性狀差異可能較大。另一方面這些品種從負責(zé)系選品種的研究人員那里獲得，不適合當?shù)厣L的品種已經(jīng)被淘汰丟失，所以本試驗的樣品多樣性較低。本試驗選取品種數(shù)量僅有45份，僅能說明當?shù)乇蛊贩N質(zhì)量性狀的多樣性，但對于全國兵豆種質(zhì)資源多樣性分析來說也有其重要的參考意義。

在數(shù)量性狀的相關(guān)性分析中，可以看出本試驗測試的數(shù)量性狀中有4組性狀(種子直徑與莢果長度、莢果長度與寬度、總狀花序與胚珠數(shù)量、種子直徑與百粒質(zhì)量)存在顯著的相關(guān)性。單飛彪等指出在顯著相關(guān)的性狀下，若其回歸曲線較大時則可以考慮去除其中1個性狀作為DUS記載統(tǒng)計性狀，這樣可以提高DUS測定工作的效率，減少勞動力浪費，同時也能保證DUS測試的準確性。

本研究對5個數(shù)量性狀進行了分級，分為3～5級，這與UPOV的分級不同，UPOV分級更加細致且分級數(shù)目更多。這是由于我國兵豆種質(zhì)資源較少，上個世紀種質(zhì)資源保護觀念不強導(dǎo)致我國眾多兵豆種質(zhì)資源喪失，現(xiàn)存種質(zhì)資源較少且多樣性較差。在進行分級時能進行參考的兵豆審定登記品種較少，收集到的種質(zhì)資源多為農(nóng)家品種，部分資源仍在分離，給觀察造成一定困難，影響標準品種的選定。同時，根據(jù)本研究的品種性狀多樣性指數(shù)結(jié)合劉金等對小扁豆種質(zhì)資源形態(tài)標記遺傳多樣性分析，說明我國目前兵豆品種種間近似度較高，不能充分體現(xiàn)兵豆數(shù)量性狀本身涵蓋的范圍。UPOV的代碼分級區(qū)間較窄，在我國進行DUS測試時易將1個品種判為2個或多個品種，所以指定一套合理的適用于我國的兵豆DUS分級十分重要且迫在眉睫。本試驗在進行分級時，參考了UPOV兵豆DUS測試指南的同時，結(jié)合本研究結(jié)果及我國兵豆種質(zhì)資源現(xiàn)狀，對測定性狀分級進行了科學(xué)合理的調(diào)整。

李菊丹認為，我國已經(jīng)成為潛在的品種權(quán)保護大國，但是目前有效授權(quán)品種較少，農(nóng)作物品種權(quán)保護主要為大宗農(nóng)作物，對于兵豆這樣的非大宗農(nóng)作物品種保護較為缺乏，為保護農(nóng)作物種質(zhì)資源，對非大宗農(nóng)作物的品種權(quán)保護同樣重要且刻不容緩。UPOV對于新品種保護DUS的制定有重要的參考意義，在制定DUS測試指南時需要積極參考國際相關(guān)資料，同時結(jié)合我國實際情況做出適合于我國種質(zhì)資源的DUS測試指南。