兵豆新品種DUS測(cè)試性狀多樣性分析與評(píng)價(jià)

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(guó)，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(zhǎng)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(dāng)?shù)淖魑铮箍浦参镉捎诰哂辛己玫墓痰芰?，收獲籽粒后其他部分可直接打碎翻進(jìn)土中做綠肥使用。

我國(guó)對(duì)于兵豆的認(rèn)識(shí)與研究較少，對(duì)兵豆種質(zhì)資源的保護(hù)與利用工作不足。自1996年以來，兵豆品種審定數(shù)目?jī)H有8個(gè)，其中定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院2個(gè)(定選1號(hào)、定選2號(hào))，寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院3個(gè)(寧扁1號(hào)、固扁1號(hào)、固扁2號(hào))，山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所3個(gè)(晉扁豆1號(hào)、晉扁豆2號(hào)、晉扁豆3號(hào))。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，對(duì)于兵豆種質(zhì)資源的保護(hù)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(jiǎn)稱DUS)測(cè)試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未構(gòu)建與頒布，無(wú)法對(duì)育成的兵豆品種進(jìn)行DUS測(cè)試，因而也不能對(duì)育成的兵豆品種進(jìn)行品種權(quán)保護(hù)。本研究對(duì)45份兵豆品種進(jìn)行表型多樣性分析和數(shù)量性狀分級(jí)，為科學(xué)制定兵豆品種DUS測(cè)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(yàn)選取3份審定品種(晉扁豆1號(hào)、晉扁豆2號(hào)、晉扁豆3號(hào))和42份兵豆種質(zhì)資源共計(jì)45份作為供試材料(表1)。

表1 試驗(yàn)材料信息

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年5—10月在巴彥淖爾DUS分中心進(jìn)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(yàn)田采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，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(jī)選取20株植株進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)查統(tǒng)計(jì)。

1.3 性狀調(diào)查及數(shù)據(jù)處理

1.3.1 性狀調(diào)查 每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取20株植株進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查性狀包括表2中統(tǒng)計(jì)全部性狀，本試驗(yàn)記載調(diào)查性狀均為國(guó)際DUS統(tǒng)計(jì)性狀。使用直尺或游標(biāo)卡尺測(cè)量長(zhǎng)度和高度，使用電子天平測(cè)量質(zhì)量，使用國(guó)際通用的英國(guó)皇家園藝學(xué)會(huì)比色卡進(jìn)行顏色測(cè)量并記錄其數(shù)字編碼。

表2 兵豆主要記載性狀

1.4 試驗(yàn)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(guó)際植物新品種保護(hù)聯(lián)盟(UPOV)的方法進(jìn)行分級(jí)與編碼。對(duì)其中7個(gè)主要質(zhì)量性狀進(jìn)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(jìn)行評(píng)價(jià)?！?-∑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(duì)記載的性狀數(shù)據(jù)使用Excel軟件的數(shù)據(jù)分析功能計(jì)算出各數(shù)量性狀的最小值、最大值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)。使用SPSS 25對(duì)本試驗(yàn)記載的45個(gè)品種的7個(gè)數(shù)量性狀進(jìn)行性狀間相關(guān)性分析。按照級(jí)差≥2倍平均標(biāo)準(zhǔn)差的要求，在結(jié)合UPOV指南和我國(guó)品種較少的實(shí)際情況對(duì)5個(gè)UPOV中分級(jí)數(shù)較多且在我國(guó)易把1個(gè)品種誤分為2個(gè)品種的數(shù)量性狀進(jìn)行重新分級(jí)。

極差=最大值-最小值；級(jí)數(shù)1 =極差/(標(biāo)準(zhǔn)差平均值×2)；級(jí)數(shù)2是級(jí)數(shù)1 按照1、3、5、7、9的就小取值；級(jí)差=極差/級(jí)數(shù)2。

分級(jí)數(shù)是根據(jù)中值和級(jí)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(duì)于3個(gè)兵豆審定品種和42個(gè)種質(zhì)資源的7個(gè)主要質(zhì)量性狀進(jìn)行的表型多樣性分析，根據(jù)表2的質(zhì)量性狀分級(jí)，統(tǒng)計(jì)各性狀的分級(jí)占比及計(jì)算其多樣性指數(shù)。由表3可知，7個(gè)質(zhì)量性狀的多樣性指數(shù)均小于1，其中性狀花標(biāo)準(zhǔn)顏色的多樣性指數(shù)最大，為0.915，其他5個(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)、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(biāo)準(zhǔn)紫羅蘭色條紋這一性狀只有1種表型，即存在標(biāo)準(zhǔn)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(jí)占比及多樣性

2.2 數(shù)量性狀的相關(guān)性分析

從7個(gè)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(zhǎng)度顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.448；莢果長(zhǎng)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(gè)數(shù)量性狀的描述性統(tǒng)計(jì)與分級(jí)

由表5可知，株高的變異系數(shù)為6.44%，莢果長(zhǎng)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(gè)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(gè)性狀中，株高的平均標(biāo)準(zhǔn)差最大為1.54 cm，種子直徑的平均標(biāo)準(zhǔn)差最小，僅為0.03 cm。從平均標(biāo)準(zhǔn)差來看，莢果長(zhǎng)度、莢果寬度、種子直徑平均標(biāo)準(zhǔn)差較小，說明這3個(gè)性狀在種間差異較低。在參考UPOV與我國(guó)兵豆種質(zhì)資源實(shí)際情況相結(jié)合后對(duì)這5個(gè)數(shù)量性狀進(jìn)行分級(jí)，將莢果寬度和種子直徑分為3級(jí)，將株高莢果長(zhǎng)度、百粒質(zhì)量分為5級(jí)(表6)。

表5 兵豆5個(gè)數(shù)量性狀描述性統(tǒng)計(jì)

表6 兵豆5個(gè)數(shù)量性狀的分級(jí)

3 討論

本研究對(duì)兵豆質(zhì)量性狀的多樣性進(jìn)行了分析，45份種質(zhì)資源的6個(gè)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(duì)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(fù)責(zé)系選品種的研究人員那里獲得，不適合當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)的品種已經(jīng)被淘汰丟失，所以本試驗(yàn)的樣品多樣性較低。本試驗(yàn)選取品種數(shù)量?jī)H有45份，僅能說明當(dāng)?shù)乇蛊贩N質(zhì)量性狀的多樣性，但對(duì)于全國(guó)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(yàn)測(cè)試的數(shù)量性狀中有4組性狀(種子直徑與莢果長(zhǎng)度、莢果長(zhǎng)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(shí)則可以考慮去除其中1個(gè)性狀作為DUS記載統(tǒng)計(jì)性狀，這樣可以提高DUS測(cè)定工作的效率，減少勞動(dòng)力浪費(fèi)，同時(shí)也能保證DUS測(cè)試的準(zhǔn)確性。

本研究對(duì)5個(gè)數(shù)量性狀進(jìn)行了分級(jí)，分為3～5級(jí)，這與UPOV的分級(jí)不同，UPOV分級(jí)更加細(xì)致且分級(jí)數(shù)目更多。這是由于我國(guó)兵豆種質(zhì)資源較少，上個(gè)世紀(jì)種質(zhì)資源保護(hù)觀念不強(qiáng)導(dǎo)致我國(guó)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(jìn)行分級(jí)時(shí)能進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)品種的選定。同時(shí)，根據(jù)本研究的品種性狀多樣性指數(shù)結(jié)合劉金等對(duì)小扁豆種質(zhì)資源形態(tài)標(biāo)記遺傳多樣性分析，說明我國(guó)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(jí)區(qū)間較窄，在我國(guó)進(jìn)行DUS測(cè)試時(shí)易將1個(gè)品種判為2個(gè)或多個(gè)品種，所以指定一套合理的適用于我國(guó)的兵豆DUS分級(jí)十分重要且迫在眉睫。本試驗(yàn)在進(jìn)行分級(jí)時(shí)，參考了UPOV兵豆DUS測(cè)試指南的同時(shí)，結(jié)合本研究結(jié)果及我國(guó)兵豆種質(zhì)資源現(xiàn)狀，對(duì)測(cè)定性狀分級(jí)進(jìn)行了科學(xué)合理的調(diào)整。

李菊丹認(rèn)為，我國(guó)已經(jīng)成為潛在的品種權(quán)保護(hù)大國(guó)，但是目前有效授權(quán)品種較少，農(nóng)作物品種權(quán)保護(hù)主要為大宗農(nóng)作物，對(duì)于兵豆這樣的非大宗農(nóng)作物品種保護(hù)較為缺乏，為保護(hù)農(nóng)作物種質(zhì)資源，對(duì)非大宗農(nóng)作物的品種權(quán)保護(hù)同樣重要且刻不容緩。UPOV對(duì)于新品種保護(hù)DUS的制定有重要的參考意義，在制定DUS測(cè)試指南時(shí)需要積極參考國(guó)際相關(guān)資料，同時(shí)結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況做出適合于我國(guó)種質(zhì)資源的DUS測(cè)試指南。