谷子種質資源在榆林地區的農藝性狀分析及適應性評價

摘 要：本研究以96份不同品種谷子為材料，通過比較生育期、刺毛色、穗型、農藝性狀及產量等參數的變化，并采用相關性分析、主成分分析、灰色關聯度以及聚類分析相結合的方法，分析主要農藝性狀之間的相關性，評價各谷子品種在榆林地區的適應性。結果表明：除GZ17、GZ30死亡未出苗外，其余品種均能夠正常成熟，生育期范圍是73～122d刺毛色中，綠色、黃色、紫色分別為30.9%、39.4%、29.8%穗型中雞嘴形、紡錘形、圓筒形、棍棒形、貓爪形、鴨嘴形分別為23.4%、23.4%、35.1%、13.8%、3.2%、1.1%農藝性狀變異系數范圍是9.78%～33.31%，其中單穗粒重變異系數最高為36.1%，株高變異系數最低為9.78%除分蘗數與產量呈負相關外，其余性狀與產量均呈正相關，單穗粒重與產量相關系數最大前5個主成分累計貢獻率達到89.45%，第1主成分貢獻率為41.32%各性狀與產量的關聯度排序為：單穗粒重＞株高＞主穗直徑＞千粒重＞主莖穗長＞主莖節數＞分蘗數。聚類分析表明：96份谷子種質資源分為三個類群，第Ⅰ類群包含48份資源，第Ⅱ類群包含22份資源，第Ⅲ類群包含24份資源。綜合分析認為，谷子品種改良中單穗粒重可作為優先改良對象，最適宜在榆林種植的谷子品種為GZ28、GZ68、GZ83。

關鍵詞：榆林谷子不同品種適應性農藝性狀

中圖分類號：S522.4 文獻標識碼：A" 文章編號：0488-5368（2024）08-0063-09

Analysis of Agronomic Traits and Adaptability Evaluation of Foxtail Millet" Germplasm Resources in Yulin Area

WEI Qian+1， WEI Mingyu+1， ZHANG Panpan+1，CHEN Fangfei+2， WANG Xiaoyan+1

（1.College of Life Science， Yulin University， Yulin， Shaanxi 719000，China2. Shenmu Agricultural Technology Extension Center， Yulin， Shaanxi 719300，China）

Abstract： In this study， 96 foxtail millet varieties were used as materials， and the adaptability of each millet variety in the Yulin area was evaluated by comparing their parameter changes such as growth period， spiny coat color， ear type， agronomic traits， and yield. Correlation analysis， principal component analysis， grey correlation degree， and cluster analysis were used to analyze the correlation between their main agronomic traits. The results showed that except for GZ17 and GZ30， the other varieties could mature normally， with the growth period ranging from 73 to 122 days. Among the spiny coat colors， green， yellow， and purple were 30.9%，39.4%， and 29.8%， respectively. The chicken beak shape， spindle shape， cylinder shape， stick shape， cat's claw shape， and duckbill shape were 23.4%，23.4%，35.1%，13.8%，3.2%， and 1.1%， respectively.The coefficient of variation of agronomic traits ranged from 9.78% to 33.31%，with the highest coefficient of variation being 36.1% for single ear grain and the lowest coefficient of variation being 9.78% for plant height. Except for the negative correlation between the number of tillers and yield， the other traits were positively correlated with yield， and the correlation coefficient between grain weight and yield was the greatest.The cumulative contribution rate of the first five principal components reached 89.45%，and the contribution rate of the first principal component was 41.32%.The correlation between each trait and yield was as follows：single panicle grain weightgt; plant height gt; main panicle diameter gt; thousand-grain weight gt; main stem panicle length gt; number of main stem nodes gt; tillers. Cluster analysis showed that 96 foxtail millet germplasm resources were divided into three groups， with 48 resources in group I， 22 resources in group II， and 24 resources in group III. Comprehensive analysis showed that the grain weight of single ear in the improvement of foxtail millet varieties can be used as the priority improvement object， and foxtail millet varieties GZ28， GZ68， and GZ83 are the most suitable for planting in Yulin.

Key words：Yulin Foxtail millet Different varieties Adaptability Agronomic traits

谷子（%Setaria italica %（L.） Beauv.）起源于我國，具有生長周期短、抗旱耐瘠薄、糧草兼用、醫食同補等特點，是我國北方干旱、半干旱地區重要的特色雜糧作物[1，2]，同時也是我國最大的糧食作物之一[3，4]。谷子數千年前就已傳播到世界各地，種植總面積達7 000多萬hm+2，我國谷子的栽培面積最大，種植面積約200萬hm+2[5～7]。榆林位于我國陜西省的最北部，光線充足，氣候干燥，雨熱同季，晝夜溫差大，有利的氣候條件為谷子的產量和質量提供了有力的保證[8]。由于地理位置，氣候條件的差異，谷子的生態學特征和農藝性狀也有所不同。因此，受栽培方法和環境等因素的影響，谷子品種間農藝性狀和產量水平有著不同的差異表現[9～11]。

近年來，采用多元統計分析方法對農作物進行綜合評價的研究很多，在小麥、玉米、水稻上取得了諸多成果。徐瀾等[12]通過結合高穩系數法、灰色關聯系數法等對14個引種春麥進行綜合評價，得出5個南引小麥品種較適合忻定盆地春播及相似生態區種植王俊花等[13]基于主成分、聚類和灰色關聯度分析篩選出8個產量高、品質優、綜合性狀好的超甜玉米雜交組合荊瑞勇等[14]在主成分分析基礎上，利用隸屬函數法對18個水稻品種進行品質分析，同時利用聚類分析法進行歸類，篩選出綜合品質較好的水稻品種1份。各種分析方法在谷子上也有諸多研究，韓飛等[15]利用主成分分析和隸屬函數法從63份谷子中篩選出5份耐鹽谷子品種曹禹等[16]通過變異系數、相關性和主成分分析等方法對25份谷子進行適應性評價，得出7份谷子適宜在伊犁州種植。

榆林、米脂等地都有種植谷子，但是存在單一品種多年種植的情況，不能滿足生產生活需要。因此，在前人的研究結果基礎上，本研究將采用多種分析方法相結合，比較分析多個品系谷子之間農藝性狀的差異、各農藝性狀之間的聯系，解析谷子品種性狀在榆林地區的表現規律以及為改善榆林地區谷子品種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為黑龍江八一農墾大學谷子研究團隊提供的96份不同谷子種質資源（表1）。

1.2 試驗設計

于5月中旬將96份谷子種質資源播種，每個品種共2行，長1.0 m，行距50 cm，株距6.7 cm。

試驗地位于榆林市牛家梁鎮榆卜界（109°43′E，38°23′N），年平均降水量為371 mm，年均氣溫8.6 ℃，≥10 ℃積溫3 000～3 300 ℃。該區域的光照充沛，地勢平坦且地下水位較高，便于灌溉，土壤為風沙土。

1.3 測定項目與方法

根據《谷子種質資源描述規范和數據標準》[17]測定谷子農藝性狀。記錄刺毛色和穗型，采用目測法觀察記錄各生育時期，即目測該品種某時期個體占比超過總體的50%，則記錄某時期的日期在成熟期測定每個品種的平均有效穗數，并且從每個品種中隨機抽取5株測定株高、分蘗數、主莖節數、主莖穗長、主穗直徑等性狀，單穗粒重和千粒重則是每個品種隨機取10株的穗，進行人工脫粒與人工數粒，使用千分位電子天平稱量并記錄得出單穗粒重后，換算為公頃產量，同時保留單穗粒重的數據。

1.4 數據處理

采用Excel 2019，DPS 7.05和Origin 2022軟件進行數據統計分析與制作圖表。灰色關聯度分析參考鄧聚龍[18]的灰色系統理論，設參考數列為產量（x0），比較數列為株高（x1）、分蘗數（x2）、主莖節數（x3）、主莖穗長（x4）、主穗直徑（x5）、單穗粒重（x6）、千粒重（x7）。運用DPS數據處理系統[19]計算關聯度并進行排序。

2 結果與分析

2.1 生育期、刺毛色和穗型分布

96份谷子品種在播種后，出苗時間相差明顯，GZ17和GZ30未出苗。由圖1A可知谷子營養生長時長在50～70 d的占76.6%，70 d以上占18.1%，50 d以下占5.3%由圖1B可知生殖生長時長在30～50d的占69.1%，50 d以上占14.9%，30 d以下占16%由圖1C可知總生育期時長在100～120 d占72.3%，80～100 d占20.2%，80 d以下占4.3%，120 d以上占3.2%。

由圖2A知，不同品種谷子穗型占比最多為圓筒形35.1%，其次為雞嘴形和紡錘形23.4%，棍棒形13.8%，貓爪形3.2%，鴨嘴形1.1%，無佛手形圖2B顯示刺毛色中綠色最多為39.4%，其次是黃色30.9%，紫色最少為29.8%。

2.2 農藝性狀分布及變異特征

從各農藝性狀的分布（圖3）來看，株高在140～170 cm的有60份，占比為63.8%，株高≥170 cm只有12份，占比12.8%主莖節數≥8節的有42份，占比44.7%，≤4節的只有14份，占比14.9%主穗長在20～30 cm的多達75份，占比高達79.8%穗長≤20 cm的只有6份，占比6.4%有效分蘗數≤2個的有48份，占比51.1%，≥3個的只有19份，占比20.2主穗直徑在2.5～3 cm的有47份，占比50%，≥3 cm的只有14份，占比14.9%千粒重在2.5～3 g的有42份，占比44.7%，千粒重≥3 g只有22份，占比為23.4%。

由表2可知，各性狀中單穗粒重的變異系數最大，為33.31%，變異幅度為4.25～33.31 g其次是產量和主莖節數，變異系數分別為27.67%和23.84%，變異幅度為152 964～9 994.20 kg/hm+2和3.20～12.60節主莖穗長變異系數為16.46%，變異幅度為17.32～39.50 cm千粒重變異系數為14.72%，變異幅度為1.10～3.54 g主穗直徑變異系數為12.24%，變異幅度為1.76～3.17 mm有效分蘗的變異系數為11.62%，變異幅度為1.00～4.40株高的變異系數最小，為9.78%，變異幅度為118.22～196.44 cm。

2.3 各農藝性狀的相關性分析

對此批谷子品種進行相關性分析，得到性狀之間的相關系數和顯著性（表3）。由表3可看出，株高、主莖節數、主莖穗長、主莖直徑、單穗粒重和千粒重與產量增長均呈正相關，其中株高、主莖節數、主莖直徑和單穗粒重與產量相關呈極顯著水平，單穗粒重與產量的相關系數最高，而分蘗數與產量則呈負相關。

2.4 各農藝性狀的主成分分析

對此批谷子品種進行主成分分析，得出主成分的特征值、貢獻率、累計貢獻率（表4），以及主成分中各農藝性狀的特征向量值（表5）。由表4知，根據累計貢獻率大于85%的準則，前5個主成分累計貢獻率達到89.447%，可以判定其基本代表農藝性狀的全部情況。前5個主成分特征值分別為3.305 7、1.512 4、0.973 6、0.904 5、0.459 6，貢獻率分別為41.321%、18.906%、12.170%、11.306%、5.746%。由表4知，主成分1中單穗粒重是正值高負載，特征向量值是0.438 7，分蘗數是負值高負載，特征向量值是-0.139 8 主成分2[LL]中主穗直徑是正值高負載，特征向量值是0.491 1，主莖穗長是負值高負載，特征向量值是-0.396 9主成分3中分蘗數是正值高負載，特征向量值是0.929 1，單穗粒重是負值高負載，特征向量值是-0.136 7主成分4中千粒重是正值高負載，特征向量值是0.779 4，主穗直徑是負值高負載，特征向量值是-0.336 1主成分5中主穗直徑是正值高負載，特征向量值是0.663 6，產量與株高是負值高負載，特征向量值分別是-0.347 7、-0.334 2。

2.5 產量與其他農藝性狀的灰色關聯度分析

為了保證各性狀的一致性和同等效應，對原始數據均值化處理。灰色關聯度能夠解決并補充相關性分析不能處理的聯系程度問題。計算產量與其他性狀的灰色關聯度和排序，結果見表6。由表6可知，各性狀與產量的灰色關聯度排序是：單穗粒重＞株高＞主穗直徑＞千粒重＞主莖穗長＞主莖節數＞分蘗數，即：單穗粒重、株高、主穗直徑、千粒重對產量影響較大，主莖穗長、分蘗數、主莖節數對產量影響較小。結合相關性分析，單穗粒重比株高對產量的影響較大。

2.6 不同品種谷子農藝性狀的聚類分析

以卡方距離為指標，離差平方和法對谷子品種的9個農藝性狀進行系統聚類分析，在卡方距離5.55處，將此批谷子種質資源分為三個類群（圖4），各類群資源數、農藝性狀均值和變異系數見表7。

第Ⅰ類群包含48份資源，該類群生育期最長（108 d），株高最高（162.7 cm），分蘗數最少（1.9個/株），主莖節數最多（8.8節/株），主莖穗長最長（27.6 cm），主穗直徑最大（2.760 cm），單穗粒重最大（23.123 g），千粒重

最大（2.769 g），產量較高（7 694.2 kg/hm+2）。分蘗數變異系數最大（27.9%），其次主莖節數（19.2%），株高變異系數最小（7.5%）。綜上，此類群為生育期長、株高較高、分蘗少、產量高的谷子資源。

第Ⅱ類群包含22份資源，該類群生育期最短（94 d），株高較矮（144.2 cm），分蘗數較少（2.2個/株），主莖節數較少（5.8節/株），主莖穗長較小（23.8 cm），主穗直徑最小（2.282 cm），單穗粒重最小（10.460 g），千粒重最小（2.267 g），產量最低（4 231.4 kg/hm+2）。分蘗數的變異系數最高（42.2%），其次主莖節數（34.0%），株高變異系數最小（10.5%）。綜上，此類群為生育期短，株高較矮，分蘗少，粒重小，產量低的谷子資源。

第Ⅲ類群包含24粉資源，該類群生育期較長（107 d），株高最矮（140.4 cm），分蘗數最多（2.7個/株），主莖節數最少（5.7節/株），主莖穗長最短（23.1 cm），主穗直徑較大（2.685 cm），單穗粒重適中（18.990 g），千粒重適

中（2.530 g），產量較高（6 565.1 kg/hm+2）。主莖節數變異系數最高（35.5%），其次分蘗數（30.7%），生育期的變異系數最小（7.0%）。綜上，此類群生育期較長，株高較矮，分蘗多，產量較高的谷子資源。

3 討論

3.1 谷子種質資源生育期及農藝性狀變異系數

本研究指出，供試的96個谷子品種除GZ17、GZ30未出苗，其余品種生長狀況良好。生育期范圍是73～122d，生育期100d以上共有71種，與周雪等[20]對谷子生育期的描述情況相似，其他農藝性狀分布、數值及指標均在李艷等[21]在230份谷子的研究結果范圍內，但其中穗型分布略有差異，原因可能是選擇材料和試驗場地不同導致。

變異系數是衡量作物發生變異程度的指標，性狀的變化幅度越大，其變異系數值越高。通過比對產量構成因素的變異系數發現，96份谷子的9個主要農藝性狀的變異系數范圍在10.8%～36.1%，主莖節數、單穗粒重、分蘗數和產量的變異系數較大，株高、主穗直徑、千粒重和生育期變異系數較小。農藝性狀變異系數越大，表明受環境、栽培措施影響越大，通過改變栽培技術等措施，可以得到較大幅度的改善反之則表明受環境、栽培措施影響越小，此類性狀較為穩定，在品種選育過程種可作為評價指標，這與曹禹等[16]的研究結果基本一致。

3.2 谷子種質資源主成分及灰色關聯度分析

主成分分析能夠用較少的綜合變量去反映變量的全部信息[22]。方路斌等[23]研究發現，在第1主成分中，正值高負載的性狀是單穗質量、穗粒質量和株高。呂建珍等[24]研究發現，第1主成分的貢獻率最大，其中特征向量最大的是單穗重和穗粒重，同時第2主成分中株高的特征向量也遠超其他性狀。在本研究中，第1主成分貢獻率最高，其中單穗粒重負載最高，產量與株高的負載次之。

史根生等[25]研究發現單穗粒重與產量的關聯度大于株高。趙禹凱等[2]研究表明，株高、單株穗重、單株粒重、千粒重對產量有較大影響，但本研究發現株高影響產量的程度有限。賈小平[27]等研究結果表明，穗重、小區產量與穗粒重的關聯度最大，說明這兩個性狀對穗粒重的影響較大。本研究發現了與前者類似結果，結合相關性分析結果發現主莖穗長影響產量作用較小，單穗粒重、主穗直徑影響產量作用較大。

3.3 谷子種質資源聚類分析

采用聚類分析方法研究作物種質資源的差異，對其進行分類，可很好地解釋品種類群存在的親緣關系，并可以準確的揭示品種間的差異[28]。趙峰等[29]對70份大麥種質資源進行聚類分析，并結合二維排序分析，篩選出以矮桿、強分蘗、高產為基礎，分別兼具短穗、多粒、長穗的3類大麥種質，并構建了大麥種質資源的綜合評價方程。對該批谷子資源聚類分析可知：第Ⅰ類群包含48份資源，是生育期較長、株高較高、分蘗少、產量高的谷子資源，此類群可作為高稈、密植、高產的選育材料。第Ⅱ類群包含22份資源，是生育期短，株高較矮，分蘗少，粒重小，產量低的谷子資源，此類群可以選育矮稈、早熟的谷子品種。第Ⅲ類群包含24份資源，是生育期較長，株高較矮，分蘗多，產量較高的谷子資源，此類群可選育矮稈、高產谷子品種。其中谷子品種GZ28、GZ68、GZ83最適宜在榆林種植。

4 結論

本研究對96份谷子種質資源進行綜合鑒定評價，8個主要農藝性狀的變異系數范圍為9.78%～33.31%，單穗粒重的變異系數最高，株高最低。主成分分析表明主成分1的貢獻率最大，其中正值高負載的性狀依次為單穗粒重、產量、株高，單穗粒重是產量的重要組成部分。相關性分析和灰色關聯度分析結果表明單穗粒重對產量的影響作用最大。聚類分析將96份谷子種質資源分成3個類群，第Ⅰ類群包含48份資源，第Ⅱ類群包含22份資源，第Ⅲ類群包含24份資源。綜合各項結果可得谷子品種GZ28、GZ68和GZ83最適宜在榆林種植。

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基金項目：榆林市科技局科技計劃項目（CXY-2022-69）國家自然科學基金項目（31860340）陜西省教育廳重點實驗室項目和陜西省產業技術體系項目（2023）資助榆林市2022年科技計劃“陜北旱區旱作農業數字研究平臺”（CXY-2022-68）。

第一作者簡介：魏騫（1996-），男，碩士，研究方向：作物高產高效栽培。

通信作者：張盼盼。