旱作丘陵區不同釀造高粱種質資源產量相關性狀分析

摘要：通過篩選適宜在山西省旱作丘陵區種植的釀造高粱品種，以集成丘陵旱作區高粱優質高效栽培技術。選取了12個高粱品種進行不同性狀的相關性分析、主成分分析。結果表明，折合產量最高的是晉粱211，為10 560.85 kg/hm2，較對照品種高雜4增產8.35%；其次是晉雜44號，為10 502.12 kg/hm2，較對照品種高雜4增產7.74%；吉雜225排第3，為10 500.15 kg/hm2，較對照品種高雜4增產7.72%。晉雜44蛋白質含量最高（126.6 g/kg），高雜4脂肪含量（56.4 g/kg）和淀粉含量最高（773.8 g/kg）。相關性分析表明，主要農藝性狀對產量的直接效應從大到小依次為出籽率、穗數、生育期、穗長、株高。通過主成分分析，將7個產量相關指標劃分成3個主成分因子，第1主成分與鮮穗重、產量、穗數有關；第2主成分與穗粒數、出籽率、水分含量有關；第3主成分與千粒重有關。綜合分析可知，晉雜51號、禾粱1號、晉雜44號、吉雜225、晉粱211和高雜4號適宜在山西省旱作丘陵區推廣種植。

關鍵詞：旱作丘陵區；高粱品種；產量；相關性分析

中圖分類號：S514 文獻標志碼：A 文章編號：2097-2172（2024）09-0828-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.09.009

Analysis of Yield Related Traits of Different Brewing Sorghum

Varieties in Arid Hilly Areas

PENG Zhidong 1， 2， FAN Na 1， 2， BAI Wenbin 1， 2

（1. Sorghum Research Institute， Shanxi Agricultural University/Shanxi Academy of Agricultural Sciences， Jinzhong Shanxi 030600， China; 2. Key Laboratory of Sorghum Genetics and Germplasm Innovation in Shanxi Province， Jinzhong Shanxi 030600; China）

Abstract： In order to integrate the high quality and high efficiency cultivation technology of sorghum in the hilly area of Shanxi Province， the brewed sorghum varieties suitable for planting in the upland area were screened. 12 sorghum varieties were selected for correlation analysis， and principal component analysis. The results showed that Jinliang 211 had the highest yield of 10 560.85 kg/ha， which was 8.35% higher than the control variety Gaoza 4. The second was Jinza 44 （10 502.12 kg/ha）， which was 7.74% higher than the control variety Gaoza 4. Jiza 225 ranked the third with 10 500.15 kg/ha of yield， which was 7.72% higher than the control variety Gaoza 4. The protein content of Jinza 44 was the highest（126.6 g/kg）， the ether extract content（56.4 g/kg） and starch content（773.8 g/kg） of Gaoza 4 were the highest. The correlation analysis showed that the direct effects of main agronomic traits on yield were seed rate， panicle number， growth period， panicle length and plant height in descending order. By principal component analysis， 7 yield-related indexes were divided into 3 principal component factors. The first principal component was related to fresh spike weight， yield and spike number. The second principal component was related to grain number per spike， seed yield and water content. The third principal component is related to thousand-grain weight. The comprehensive analysis shows that Jinza 51， Heliang 1， Jinza 44， Jiza 225， Jinliang 211 and Gaoza 4 are suitable for spreading planting in the dry hilly area of Shanxi Province.

Key words： Dryland hilly area; Sorghum variety; Yield; Correlation analysis

丘陵旱作區指丘陵一般相對高度不超過200 m，高低起伏，坡度較緩，由連綿不斷的低矮黃土山丘組成的地形。根據習近平總書記做出的發展有機旱作農業的指示，以及山西省政府提出的“加快特色現代農業發展，發展有機旱作農業，提升農業科技創新和機械化水平，擴大有機旱作示范創建范圍，做好雜糧全產業鏈開發”的工作報告。在丘陵旱作區選擇適宜的品種是發展農業生產、開發利用丘陵旱作區的有效措施之一［1 - 2 ］。高粱抗旱性強，干旱條件下相對高產，也是山西省傳統釀造業清香型汾酒和山西老陳醋的主要原糧。因此可以作為干旱農田的先鋒作物［3 - 4 ］。

通過收集國內主栽品種和新選育的品種，在高粱主產區光照、有效積溫、水肥等立地條件下，通過農藝性狀和產量，鑒選出適宜的專用釀造高粱；以期助推區域釀造專用高粱品種的更新換代，為山西省傳統釀造業發展穩定了原糧供應。本研究針對12個不同釀造高粱品種，采用相關性分析、主成分分析的方法對產量與品質性狀進行綜合評價，旨在為釀造高粱高產優質品種的篩選及育種工作的開展提供科學依據，為集成釀造高粱優質高效栽培技術提供一定的理論支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于山西省忻州市河曲縣許家坡村，具有旱作丘陵區環境代表性。河曲縣地處內陸，屬于大陸性季風氣候，春季溫暖，干旱多風，氣候干燥，蒸發量大，全縣年平均氣溫8.8 ℃。土壤為砂壤土，耕層土壤含有機質2.57 g/kg、全氮249 mg/kg、速效磷4.40 mg/kg、速效鉀130.40 mg/kg，EC（電導率）值133.10 mS/cm，孔隙度14.85%，pH 8.57。

1.2 試驗材料

供試品種為不同地區已通過品種登記的釀造高粱品種，品種名稱和供種單位見表1。對照為當地大面積種植品種高雜4。

1.3 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，每個品種小區面積 1 333 m2，不設重復。 前茬玉米秋季收獲后秸稈粉碎還田后深翻30 cm，春季播種前旋耕平整土地1次。試驗以農家肥45 m3/hm2、三元復合肥（N- P2O5-K2O為18-12-15）600 kg/hm2作為底肥，抽穗期用無人機噴灑磷酸二氫鉀1.5 kg/hm2進行追肥。整個過程實現精細化整地、覆膜精量播種免間苗、機械化中耕追肥、病蟲草害防控、山地低損聯合收獲、秋整地保墑等全程機械化栽培技術。

1.4 調查項目及方法

生育期內調查記錄參試品種的物候期、株高、穗長、穗型，按照盧慶善［5 ］的方法調查抗絲黑穗病性、倒伏率、植株整齊度和成熟度。籽粒成熟末期收獲，去除測產小區2行邊行和兩端0.5 m后再采收測產，由實測產量計算折合產量；取具有代表性的10穗風干考種。按照范娜等［4 ］的方法采用近紅外品質分析儀測定高粱籽粒品質相關指標。

1.5 數據處理

采用Excel軟件整理數據，用DPS軟件進行相關性分析、主成分分析。

2 結果與分析

2.1 生育期

由表2可知，參試高粱品種的生育期為92～125 d，紅粱89、晉雜51號、禾粱1號比對照品種高雜4（CK）生育期長，其中紅粱89生育期最長，與高雜4（CK）差異顯著；其次是晉雜51號，與惠雜1號、惠雜3號和惠雜16號差異顯著，與高雜4（CK）差異不顯著；惠雜1號最短。

2.2 農藝性狀

由表2可知，參試釀造高粱品種株高為78.55～188.67 cm，除晉雜44號外其余品種均低于對照品種高雜4（CK）。穗長為22.12～32.64 cm，晉雜51號最長，惠雜1號最短；其中惠雜1號、禾粱1號、惠雜3號、惠雜16號均低于高雜4（CK），其余品種高于高雜4（CK）。穗型均為中緊型，絲黑穗病發病率、倒伏率均為0，成熟度100%。除吉雜224、吉雜127植株為基本整齊外，其余品種均為整齊。

2.3 產量相關指標

參試品種的產量相關指標見表3。可以看出，參試釀造高粱品種鮮穗重均低于高雜4（CK），其中以吉雜224較重，為105.66 g；其次是禾粱1號，為100.45 g；紅粱89最低，為64.38 g。吉雜224、禾粱1號、晉雜51號、晉粱211、高雜4（CK）、吉雜127均與惠雜1號、紅粱89、惠雜3號、惠雜16號差異顯著，與其余品種差異不顯著。穗數以吉雜225最多，為118 378.24穗/hm2，較高雜4（CK）多26 596.04穗/hm2；晉雜44號、晉粱211、吉雜127較多，分別較高雜4（CK）多23 007.60、14 624.34、12 990.86穗/ hm2；惠雜16號、惠雜1號較少。穗粒數晉雜44號、禾粱1號、晉粱211、吉雜127、晉雜51號均高于高雜4（CK），分別多5 389.12、5 247.96、5 075.61、4 650.12、4 416.08粒；其余品種均低于高雜4（CK）。晉雜44號、禾粱1號、晉粱211之間差異不顯著，均與其余品種差異顯著；吉雜127、晉雜51號、高雜4（CK）間差異不顯著，與其余品種差異顯著。千粒重吉雜225、晉雜44號、禾粱1號、晉粱211、吉雜224、吉雜127均高于高雜4（CK），分別為26.77、26.67、26.47、25.98、24.57、24.46 g；晉雜51號與高雜4（CK）相當；其余品種均低于高雜4（CK）。吉雜225、晉雜44號、禾粱1號間差異不顯著，與其余品種差異顯著；晉粱211、晉雜51號與吉雜224、吉雜127、高雜4（CK）差異不顯著，與其余品種差異顯著。出籽率以吉雜224最高，為82.31%，較高雜4（CK）高13.98個百分點；其次是吉雜127，為81.81%；惠雜1號最低，為65.57%。

2.4 產量

由表4可知，參試品種產量以晉粱211最高，為10 560.85 kg/hm2，較高雜4（CK）增產8.35%；其次是晉雜44號，為10 502.12 kg/hm2，較高雜4（CK）增產7.74%；吉雜225居第3，為10 500.15 kg/hm2，較高雜4（CK）增產7.72%；禾粱1號居第4，為10 234.06 kg/hm2，較高雜4（CK）增產4.99%；吉雜224居第5，為10 012.24 kg/hm2，較高雜4（CK）增產2.72%；吉雜127居第6，為10 004.78 kg/hm2，較高雜4（CK）增產2.64%；晉雜51號、惠雜16號、惠雜3號、紅粱89、惠雜1號均低于高雜4（CK），分別為9 295.05、6 357.65、6 127.65、6 081.33、6 037.65 kg/hm2，分別較高雜4（CK）減產4.64%、34.77%、37.13%、37.61%、38.06%。惠雜1號屬早熟品種，產量相對較低，灌漿期短，穗重、籽粒重量較低，同時，早熟品種造成的產量損失也較嚴重。因此，在山西省種植的參試釀造高粱品種中，晉粱211、晉雜44號、吉雜225、禾粱1號綜合表現相對優良，能最大限度利用生態區域的光熱氣候資源。

2.5 品質

營養成分是高粱品質高低的重要指標［6 ］。由表5可知，不同高粱品種品質相關指標均有不同，品種間差異顯著。其中，蛋白質含量以晉雜44最高，為126.6 g/kg；其次是惠雜1號，為123.5 g/kg，晉雜44號、惠雜1號、惠雜16號、惠雜3號間差異不顯著，均與其他品種差異顯著。供試高粱品種脂肪和淀粉含量均低于高雜4（CK）。其中脂肪含量以晉雜51號較高，為 38.7 g/kg；其次是紅粱89，為 37.8 g/kg；惠雜1號最低，為12.6 g/kg。晉雜51號與紅粱89間差異不顯著，與其他品種差異顯著。淀粉含量以禾粱1號較高，為765.8 g/kg，與惠雜3號差異不顯著，與其他品種差異顯著；其次是惠雜3號，為 760.1 g/kg，與惠雜1號、晉雜44號、惠雜16號差異不顯著，與其他品種差異顯著；晉粱211最低，為725.3 g/kg。單寧含量以晉雜44號最高（28.8 g/kg），紅粱89最低（10.5 g/kg），晉雜44號與紅粱89間差異顯著，與其他品種差異顯著。

2.6 產量與主要性狀的相關性分析

由表6可知，主要農藝性狀對高粱產量的直接效應從大到小依次為出籽率、穗數、生育期、穗長、株高，其中出籽率與產量呈正相關，相關性系數最高，為0.881 9；株高與產量呈負相關，相關性系數為-0.654 1。高粱產量與籽粒主要品質性狀的相關性分析顯示均為正相關，產量與蛋白pXl5SrDqPNi8iHU02J5bcQ==質、脂肪、單寧、淀粉的相關系數分別為0.114 3、0.582 9、0.183 0、0.292 0。

2.7 主成分分析

主成分分析是化學計量學中的分析方法［7 ］，以12個高粱品種的7個產量相關指標進行主成分分析，計算各成分的特征值、百分率、累計貢獻率，根據相關系數列出相關矩陣，以便對樣品的相似性進行明確的評價［8 ］。對參試品種的農藝和產量性狀做主成分分析，前3個主成分的特征值累計貢獻率符合特征值 ＞ 1 且方差累計貢獻率≥85%的原則。由表7可知，主成分分析前3位中，第1主成分的特征值為3.450 5，貢獻率為52.342 5%；第2主成分的特征值為1.908 2，貢獻率為27.667 4%；第3主成分的特征值為1.214 9，貢獻率為16.754 8%；前3個主成分的累計貢獻率為99.033 8%（表7）。

表8反映了各主成分的載荷量和共同度，第1主成分與鮮穗重（載荷量0.914 6）、產量（載荷量0.953 9）、穗數（載荷量0.603 4）有關；第2主成分與穗粒數（載荷量0.669 0）、出籽率（載荷量0.875 5）、水分含量（載荷量-0.685 6）有關；第3主成分與千粒重 （載荷量0.679 2）有關。

3 討論與結論

研究表明，高粱通過穗重較強的間接效應使這個性狀與單株產量呈強相關［9 - 10 ］。穗重和單穗粒重是影響產量的主要因素，與產量成正相關［11 ］。本試驗中，折合產量最高的是晉粱211，為10 560.85 kg/hm2，較對照品種高雜4增產8.35%；其次是晉雜44號，為10 502.12 kg/hm2，較對照品種高雜4增產7.74%；吉雜225排第3，為10 500.15 kg/hm2，較對照品種高雜4增產7.72%。參試高粱品種穗型均為中緊型，絲黑穗病發病率、倒伏率均為0，成熟度100%。除吉雜224、吉雜127植株為基本整齊外其余品種均為整齊。高粱生育期若降水較多，植株則會處于高溫高濕環境中，此時如果穗型過緊，則易造成穗腐病。整體來看，惠雜系列株高較矮，生育期較短，田間觀察時葉面積小，因此進行光合作用的面積較小，后期可能導致產量較低。田間觀察表明，禾粱1號、晉粱211、晉雜44號、晉雜51號和對照品種高雜4田間長勢良好。穗數、鮮穗重、穗粒數、千粒重、出籽率是衡量高粱產量高低的重要標志。相關性分析表明，主要農藝性狀對產量的直接效應從大到小順序為出籽率、穗數、生育期、穗長、株高。蛋白質、脂肪、淀粉和單寧含量是決定高粱品種營養品質優劣的主要指標［12 ］，本研究表明，不同高粱品種品質相關指標均有不同，品種之間差異顯著。其中，惠雜1號脂肪含量（12.6 g/kg）最低，高雜4脂肪含量（56.4 g/kg）和淀粉含量最高（773.8 g/kg）。單寧含量以紅粱89（10.5 g/kg）最低。

由于相關性的信息重疊性，需要對主成分進行降維分析、綜合評價［13 ］。主成分分析可以通過將多個農藝性狀降維后分析特征表現，進而分析各因素的重要性［14 - 15 ］。本研究對12個不同高粱品種的7個產量相關指標劃分成3個主成分因子，第1主成分為鮮穗重、產量、穗數因子，第2主成分為穗粒數、出籽率、水分含量因子，第3主成分為千粒重因子。研究對象按照表型特征的相近程度進行劃分［16 - 17 ］，以此反映高粱種質資源親緣關系和遺傳距離［18 ］。聚類分析表明，第一類產量較高，包括晉雜51號和禾粱1號；第二類產量中等，包括晉雜44號、吉雜225、晉粱211和高雜4號；第三類產量相對較低，包括惠雜1號和紅粱89。同一產地和同一系列品種不在同一類別下性狀表現有很大差異性。

本文基于主成分及聚類分析，初步構建了旱作丘陵區不同釀造高粱品種產量和品質的綜合評價體系，篩選出適宜在河曲縣旱作丘陵區推廣種植的高粱品種晉雜51號、禾粱1號、晉雜44號、吉雜225、晉粱211和高雜4號，為集成丘陵旱作區高粱優質高效栽培技術提供一定的技術支撐。

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