谷子生育期与茎秆以及穗部性状的关系

元旭朝，张耀元，苏彦冰，刘晓东，刘龙龙,2,3，杜婧婧，邓楠，韩渊怀,2,3*

(1.山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801； 2.农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室,山西 太原 030031；3.杂粮种质资源发掘与遗传改良山西省重点实验室，山西 太谷 030801)



谷子生育期与茎秆以及穗部性状的关系

元旭朝1，张耀元1，苏彦冰1，刘晓东1，刘龙龙1,2,3，杜婧婧1，邓楠1，韩渊怀1,2,3*

(1.山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801； 2.农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室,山西 太原 030031；3.杂粮种质资源发掘与遗传改良山西省重点实验室，山西 太谷 030801)

摘要：谷子的茎秆性状和穗部性状与谷子产量有着密切关系，但对生育期与这些性状的关系缺乏研究。本文基于中国作物种质资源网数据库中谷子资源生育期及主要性状信息，统计740份谷子资源的茎秆和穗部的主要性状指标。利用单因素方差分析，发现主茎长度、主茎直径、单株穗重、单株粒重等性状指标随着生育期的增加而增加，千粒重随着生育期的增加呈现出正态分布，生育期较短的资源在穗部性状上多表现为短刺毛和紧穗的特征。这些结果可为谷子资源的充分利用和相关研究提供依据。

关键词：谷子； 生育期； 茎秆； 穗部

谷子(Setariaitalica)是禾本科狗尾草属，一年生草本植物，起源于中国[1]。除在我国河北、山西、黑龙江、内蒙古、陕西等地大量种植外，在印度、朝鲜、俄罗斯、澳大利亚等国也有分布[2]。谷子的生育期长短不一，且在谷子众多性状中变异系数较小[3]，与谷子的产量呈极显著负相关[4]。关于谷子生育期与茎秆、穗部性状的研究仅见李晓宇等[5]的报道，涉及到茎秆重和单穗重。

基于水稻[6，7]、小麦[8]、玉米[9]等禾本科作物的研究表明，茎秆性状对株型、抗倒伏等都有重要的影响；贾小平等[10]在谷子上的研究认为，类似水稻，穗粒重与倒伏呈一定正相关。穗的大小、形态等指标与谷子株型和产量密切相关。其中，单株穗重和单株粒重是产量构成的重要因子[3]。所以，研究生育期长短与谷子茎秆及穗部性状的关系有重要的意义。

本文利用中国作物种质资源网资源数据库，探究生育期与谷子的茎秆性状和穗部性状的关系，系统分析了生育期长短与主茎长度、主茎直径、单株穗重、单株粒重、千粒重、主穗长度、穗松紧比例、刺毛长度比例等性状的关系，以期为谷子资源的充分利用提供依据。

1材料与方法

1.1数据来源

中国作物种质资源信息网由中国农业科学院作物资源研究所于1998年开通[11]，是中国作物种质资源信息共享系统的重要组成部分，覆盖180种作物(隶属于78个科，256个属)，包含38万份种质信息，是世界上最大的植物种质资源系统之一[12]。中国作物种质资源信息网(http://www.cgris.net/query/croplist.php#)数据库的谷子资源总计3 634个，其生育期与资源数分布基本呈正态分布(图1)。其中，生育期最长的品种是印度比哈尔邦的Ise-40,生育期达到了163 d，生育期最短的品种是张家口市的56天小谷子，生育期仅为60 d，分析发现谷子的生育期主要集中在100～129 d。本研究中，我们将生育期小于等于85 d作为短生育期材料，将生育期大于等于130 d的材料作为长生育期材料，整理得到生育期小于等于85 d的245份材料资源和生育期大于等于130 d的245份材料资源的茎秆和穗部的主要性状指标。并统计生育期在105～114 d里每个天数内的前25个资源的茎秆和穗部的主要性状指标，共统计740个资源。

1.2材料分布

统计740份资源材料的原产地可知其分布情况为：黑龙江180份，河北160份，吉林72份，甘肃68份，山东41份，河南33份，山西28份，辽宁27份，内蒙古20份，陕西19份，云南与宁夏各4份，天津3份，北京、海南、湖北、湖南、西藏、浙江各1份，国外75份(主要分布在印度、日本、德国)。其中，我国三大主产区(华北平原夏谷区、北部高原春谷区和东北平原春谷区)有656个资源，占88.6%；其他区域仅有9个资源。

1.3数据处理

短生育期资源包括≤79 d和80～85 d两个区段,分别包含43个和202个资源。长生育期资源包括130～139 d和≥140 d两个区段，分别包含209个和36个资源。中度生育期为105～114 d，包含有250个资源。

利用Excel 2003计算各个时段内性状指标的平均值，并用DPS_7.5软件分析其显著性。

2结果与分析

2.1生育期与茎秆性状的关系

茎秆性状主要包括主茎长度和主茎直径。分析结果表明，在所有资源中，生育期≤79 d的资源其主茎平均长度低于100 cm，长生育期资源的主茎长度平均值为140 cm。主茎长度随着生育期的增加而增加(图2a)，但生育期≥140 d的资源其主茎长度略小于生育期在130～139 d的资源，差异不显著。短生育期和长生育期资源的主茎长度分别低于和高于中生育期资源，且呈极显著；生育期低于79 d的资源其主茎长度显著低于80～85 d生育期的资源。

主茎直径随着生育期的增加也呈增长趋势(图2b)，在所有资源中，生育期短的资源主茎直径平均值为0.55 cm，长生育期资源主茎直径的平均值为0.8 cm。短生育期资源显著小于中等和长生育期资源，生育期在130～139 d的资源，其主茎直径略小于中等生育期的资源，但差异不显著，生育期≥140 d的资源其主茎直径显著大于130～139 d的资源。

2.2生育期与穗部性状的关系

穗部性状包括穗重、穗粒重、千粒重、穗长度、穗松紧、刺毛长度等。有些谷子资源长有分蘖，且分蘖数可以达到几十个，主茎与分蘖的长势一般不一致。本试验只分析主茎上穗部的性状。

2.2.1生育期与穗重、粒重、穗长的关系

穗重和粒重是谷子产量的重要影响因子，也是谷子产量结构的重要组成部分。单株穗重和单株粒重都随生育期的增加而提高(图3a)。除2个短生育期区段资源间差异不显著以外，不同生育期区段的资源间呈现极显著差异；单株穗重和单株粒重在生育期≥140 d的材料中达到了最大值，其中，单株穗重为22.3 g,单株粒重为17.0 g；生育期≤79 d的材料穗重和粒重均为最小，单株穗重不足10 g，单株粒重仅为8 g；单株穗重和单株粒重在长生育期和短生育期内都与中间生育期差异达到极显著。

粒重是库容量和产量潜力的决定因素。谷子的千粒重随着生育期的增加呈现出正态分布(图3b)。在生育期为130～139 d时千粒重的平均值达到最大值2.9 g；在生育期≤79 d时千粒重最小，仅为2.5 g；千粒重的数值变化幅度不大，比较稳定。不同生育期区段内的资源千粒重间差异不明显。短生育期资源与130～139 d区间资源千粒重差异极显著；105～114 d区间资源千粒重极显著高于生育期低于79 d资源。

谷子的主穗长度随着生育期的增加基本呈增长趋势(图3c)。在生育期为105～114 d时的主穗长度略小于80～85 d时的主穗长度。在生育期≥140 d时，主穗长度达到最大均值23.8 cm。生育期在≤79 d时，主穗平均长度仅为17.4 cm。短生育期资源的主穗长度与中等生育期资源的主穗长度不显著，而长生育期资源的主穗长度与中等生育期资源的主穗长度的差异呈极显著。

2.2.2生育期与刺毛长度、穗松紧度的关系

穗部上的刺毛着生于小穗的基部，是穗部性状的重要部分。刺毛对于谷子的光合作用以及呼吸作用具有重要的影响，刺毛上的气孔对控制蒸腾作用具有积极的影响。穗松紧也是谷子穗部性状的一个重要因子。在生产上，一般选择短刺毛和紧穗品种。

从图4 a和图4b可知，短刺毛资源和紧穗资源所占的比例随着生育期的增加而逐渐减少，长刺毛资源和松穗资源所占的比例越来越多。在生育期≤85 d时，短刺毛资源所占的比例>80%；在生育期为105～114 d和130～139 d时，短刺毛资源保持在50%左右，长刺毛资源占20%左右。在生育期≥140 d时短刺毛资源所占的比例不足30%，长刺毛资源所占的比例>60%。在生育期≤79 d时，紧穗资源所占的比例将近70%，松穗所占的比例仅为10%；在生育期为80～85 d和105～114 d时，紧穗所占的比例约为50%，松穗所占比例不足20%。在生育期≥140 d时，松穗所占的比例>40%。

3讨论与结论

谷子的生育期对茎秆性状和穗部性状的影响是多方面的。首先，本研究发现谷子主茎长度、主茎直径、单株穗重、单株粒重、主穗长度等性状随着生育期的延长而增加。关于主茎长度和主穗长度的研究与刘斌[4]等的研究结果相似。多数性状在短、中、长生育期资源间都呈极显著差异，而主穗长度在短、中生育期间差异不显著，在中、长生育期间差异显著。单株穗重随着生育期的增加而增加，而李晓宇等[5]则发现谷穗重与生育期呈负相关。这可能是因为本研究分析资源数量大且来源于全国各地以及国外，而李晓宇等的材料仅有15个品种。在所分析的资源中，千粒重随着生育期的增加呈正态分布，且不同生育期间呈极显著差异，与主茎长度、主茎直径、单株穗重、单株粒重、主穗长度等的变化趋势不一致。生育期短的资源生物量积累少于中等生育期的资源，因而千粒重较低；随着生育期延长，比如在140 d以上，虽然植株生物量积累较大，如表现在主茎较长等，但在生育期后期光照减弱、温度降低，可能会影响籽粒的灌浆成熟。杜志强等[13]在抗线大豆上也发现生育期延长反而会降低籽粒重量。

在所分析的谷子资源中，多数生育期短的资源在穗部性状上表现为短刺毛，长生育期资源在穗部上多变现为刺毛较长，说明刺毛长度可能与谷子生物量积累呈正相关。

谷子产业化的需求正在推动机械化生产，而松穗中脱水快的谷穗将有利于机械化收获。谷子资源中松穗在生育期长的资源中占的比例较大，而在总资源中占多数的中等生育期材料中松穗比例很低，生产上多数品种的生育期在这个范围，因此，迫切需要推动松散穗型的选育。

本文通过对谷子资源数据分析，初步明确了谷子资源生育期与茎秆和穗部性状的关系特征，也为谷子资源的多样性提供了依据。

参考文献

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[2]He L,Zhang B,Wang X C,et al. Foxtail millet: nutritional and eating quality, and prospects for genetic improvement[J]. Front Agr Sci Eng, 2015,2(2):124-133.

[3]王海岗,贾冠清,智慧,等.谷子核心种质表型遗传多样性分析及综合评价[J]. 作物学报,2016,42(1):19-30.

[4]刘斌,李书田,王显瑞,等.谷子主要农艺性状的分析[J]. 种子,2014,33(5):88-90.

[5]李晓宇,王昆鹏,刘迎春,等.谷子主要农艺性状分析[J]. 内蒙古农业大学学报(自然科学版),2015,36(2):26-30.

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[8]姚金保,马鸿翔,姚国才,等.小麦抗倒性研究进展[J]. 植物遗传资源学报,2013,14(2):208-213.

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[10]贾小平,董普辉,张红晓,等.谷子抗倒伏性和株高、穗部性状的相关性研究[J]. 植物遗传资源学报,2015,16(6):1190-1195.

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[12]闫小军.基于Internet的中国作物种质资源信息共享服务系统研究[D]. 中国农业科学院, 2004.

[13]杜志强,田中艳,周长军,等.抗线大豆生育期结构与农艺性状及产量的相关性研究[J]. 大豆科学,2011,30(2):238-241.

(编辑：邢国芳)

The relationship between growth period and traits of stem and panicle in foxtail millet

Yuan Xuzhao1，Zhang Yaoyuan1，Su Yanbing1，Liu Xiaodong1，Liu Longlong1,2,3，Du Jingjing1，Deng Nan1，Han Yuanhuai1,2,3*

(1.CollegeofAgriculture,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China; 2.KeyLabaratoryofCropGeneResourcesandGermplamEnhancementonLoessPlateau,MinistryofAgriculture,Taiyuan030031,China; 3.ShanxiKeyLaboratoryofGeneticResourcesandGeneticImprovementofMinorCrops,Taigu030801,China)

Key words:Foxtail millet; Growth period; Stem; Panicle

Abstract:The yield of foxtail millet is closely related to the traits of stem and panicle, but there is a lack of research on the relationship between growth period and those traits mentioned above. Based on the database of foxtail millet in Chinese Crop Germplasm Resources Information System and the information of main traits, the main character indexes of stem and panicle trait from 740 foxtail millet accessions were statistically analyzed by single factor ANOVA. The results showed that the related indexes including main stem length, main stem diameter, panicle weight per plant and grain weight per plant increased with the increase of growth period. Thousand seed weight showed normal distribution with the increase of growth period. The foxtail millet accessions with shorter growth period were more likely to have short bristle and compact panicle type. These results could provide theoretical foundation for the utilization of foxtail millet resources and related research.

收稿日期：2016-01-18 修回日期：2016-02-26

作者简介：元旭朝(1991-)，男(汉)，山西临汾人，硕士研究生，研究方向：作物分子育种 *通讯作者：韩渊怀，教授，博士生导师。Tel:0354-6287239；E-mail:swgctd@163.com

基金项目：国家自然科学基金(31371693，31471502)；山西特色植物基因资源开发与利用平台项目(2012091004-0103)

中图分类号：S515

文献标识码：A

文章编号：1671-8151(2016)06-0391-04