72份山西花生资源主要农艺和品质性状分析

薛云云田跃霞张 鑫张蕙琪白冬梅

(山西农业大学经济作物研究所,山西 汾阳 032200)

花生是世界范围内广泛栽培和利用的经济作物,是重要的植物油脂和蛋白质来源。中国花生种植面积居世界第二,根据国家统计局2020年发布的数据,2018年我国花生种植面积达462万hm2,比2009年面积增长7.92%,2018年花生单产为3752 kg/hm2,比2009年增长9.99%[1]。花生种质资源是培育高产优质品种的物质基础。许多研究表明,育种家培育新的花生品种时,多次使用仅有的骨干亲本,使得花生新品种的遗传基础越来越窄,所以对收集的花生地方资源进行准确评价,可以帮助育种家进行杂交组配,有效地提高花生育种的选择效率,拓宽花生新品种的遗传基础。国内多数研究者对本地的花生地方资源进行遗传多样性分析[2-9]:河南省地方资源直立和半匍匐的株型比较适用于生产,且河南省缺乏蛋白质含量高的资源[2];河北省地方资源的百果质量和百仁质量明显高于全国平均值[3];海南省地方资源的生育期低于全国平均值,且成熟荚果壳薄饱满[4]。

山西省地处黄土高原,南北狭长,昼夜温差大,从南到北共六大盆地,复杂的生态环境驯化出一批适合当地生产的花生资源。白冬梅等对这批资源分别进行农艺性状和品质性状的遗传多样性分析[10-12],结果表明山西地方资源变异系数最大的为抗旱性,聚类分析将84份地方资源划分为3类,品质性状分析表明山西缺乏含油量超58%或蛋白质含量超30%的优质材料。由于某些不可控因素,造成部分资源的缺失,本研究将现保存的资源和新收集的地方材料重新整理编号入库,并于2016年和2017年在山西省农业科学院经济作物研究所试验基地进行繁殖,重新调查农艺性状和品质性状并评价其变异特征,通过相关性、主成分和聚类分析,明确各资源产量性状和品质性状之间的关系,合理利用这些地方资源,为花生品种改良和培育优质高产品种提供新的材料来源。

1 材料与方法

1.1 试验材料

72份山西地方资源由山西省农业科学院经济作物研究所收集、保存并提供。其中珍珠豆型10份,约占总资源的13.89%;多粒型11份,约占总资源的15.28%;普通型51份,约占总资源的70.83%。

1.2 试验方法

试验材料于2016年和2017年种植于山西省农业科学院经济作物研究所试验基地,行长5 m,行距35 cm,株距16 cm,双粒点播,保证每穴1株,采用70 cm 地膜进行覆膜种植。试验田肥力均等,生长期间田间管理措施与大田相同。成熟收获期间每个地方资源随机选取10株进行考种,其中考种性状包括主茎高、侧枝长、总分枝数、结果枝数、饱果数、秕果数、百果质量、百仁质量、千克果数、千克仁数、出米率、单株生产力等。最后所得数据为两年平均值,考种方法依据国家北方片花生区域试验考种标准。

待荚果晾干后脱壳,选取饱满的花生籽仁,采用FOSS InfratecTM1241近红外谷物分析仪进行品质性状测定,包括蛋白质含量、脂肪含量、油酸含量。所得结果为两年的数据平均值。

1.3 数据分析

利用Excel进行计算各性状的最大值、最小值、平均值、变幅、标准差及变异系数。利用SPSS 23.0软件对各个材料的农艺性状和品质性状分别进行相关性、主成分和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 主要农艺性状和品质性状的变异情况

表1可看出,12个农艺性状的变异系数从大到小依次为秕果数＞千克仁数＞饱果数＞主茎高＞单株生产力＞千克果数＞百仁质量＞侧枝长＞百果质量＞总分枝数＞结果枝数＞出米率。千克仁数、饱果数、主茎高、单株生产力的变异系数比较高,分别为31.15%,30.91%,30.20%,27.95%,可从这些方面进行花生单产的改良。

3个品质性状的变异系数按从大到小依次为蛋白质＞油酸＞脂肪,油酸含量最大为49.20%,平均值为42.28%,说明72份山西花生资源中没有高油酸资源,要从中筛选高油酸品种比较困难,蛋白质含量最大为27.5%,平均值为22.85%,说明72 份山西花生资源的蛋白质含量普遍偏低。脂肪含量平均值为50.78%,襄汾油花生和武乡花生脂肪含量最大,同为54.20%,襄汾油花生的百仁质量为33.55 g,属于小粒资源,这与禹山林等的研究结果一致,多数大粒品种的脂肪含量低于小粒品种[17]。

2.2 主要农艺性状和品质性状的相关性分析

表2可看出,主茎高与侧枝长、千克仁数极显著正相关,与总分枝数、饱果数、百仁质量、单株生产力极显著负相关;侧枝长与总分枝数、饱果数、百仁质量、单株生产力极显著负相关,说明适当地控制主茎高和侧枝长有利于单株生产力的提高。总分枝数与结果枝数、单株生产力极显著正相关,与饱果数显著正相关;结果枝数与饱果数、单株生产力极显著正相关,与秕果数显著正相关;饱果数与单株生产力极显著正相关,与秕果数、千克果数显著正相关;说明适当增加总分枝数、结果枝数和饱果数有利于提高花生单产。百果质量与百仁质量极显著正相关,与单株生产力显著正相关,与千克果数、千克仁数、蛋白质极显著负相关;百仁质量与单株生产力极显著正相关,与千克果数、千克仁数、蛋白质极显著负相关,与油酸显著正相关;千克果数与千克仁数极显著正相关,与蛋白质显著正相关;千克仁数与蛋白质极显著正相关,与单株生产力极显著负相关;出米率与单株生产力极显著正相关,与蛋白质显著负相关;脂肪与蛋白质极显著负相关,与油酸显著正相关;蛋白质与油酸极显著负相关,与单株生产力显著负相关,说明培育高油高蛋白双高品种比较困难。

表1 72份山西花生资源主要农艺性状和品质性状的变异情况Table 1 Variation of agronomic and quality traits in 72 peanut resources from Shanxi

表2 主要农艺性状和品质性状的相关性分析Table 2 The correlation analysis of main agronomic and quality traits

2.3 主要农艺性状和品质性状的主成分分析

对15个主要农艺性状和品质性状进行主成分分析,结果表明(表3),前5个主成分的累计贡献率达到81.025%,它们的特征值均大于1,说明这5个主成分可综合概括15个农艺和品质性状的信息。第一主成分的贡献率为24.486%,其中千克仁数和千克果数载荷占比最高,分别为0.868和0.947,而百果质量和百仁质量与千克果数和千克仁数载荷占比相反,说明它们之间是一个负相关关系;第二主成分的贡献率为16.985%,总分枝数、结果枝数、饱果数、出米率、单株生产力载荷占比比较高,其中结果枝数载荷比最高;第三主成分的贡献率为16.291%,主茎高和侧枝长的载荷比最高,它们代表花生植株的生长势情况;第四主成分的贡献率为14.497%,脂肪、蛋白质、油酸含量载荷比比较高,它们都属于品质性状,其中脂肪和蛋白质的载荷是一个负相关关系,脂肪含量越高,蛋白含量越低;第五主成分的贡献率为8.766%,其中秕果数载荷比最高。

2.4 主要农艺性状和品质性状的聚类分析

对72份山西资源的15个主要农艺性状和品质性状原始数据进行标准化处理,采用离差平方和法进行聚类分析,结果见图1,当平方欧氏距离为10时,72份资源被划分为四类。第一类包含3个珍珠豆型,1个多粒型,39个普通型资源,第二类包含12个普通型资源,第三类包含5个珍珠豆型,2个多粒型资源,第四类包含2个珍珠豆型,8个多粒型资源。不同的植物学类型交叉聚到不同的类别中,说明山西花生地方资源之间的相似程度与该花生资源的植物学类型关系不大。从表4可看出,这四类资源蛋白质、脂肪、油酸含量之间相差不大,说明只能利用这些资源进行产量性状的改良,第一类资源为中果,产量居中,百仁质量平均64.73 g,最大88.15 g;第二类与第一类的百果质量、百仁质量相差不大,产量最高,百仁质量平均68.77 g,最大94.60 g,百仁质量超过90 g的资源只有榆社大粒(94.60 g),说明山西地方资源大部分为中果型花生,缺乏大果资源;第三类为小果,产量适中,百仁质量平均35.72 g,最大40.96 g;第四类也属于小果,产量最低,百仁质量平均41.40 g,最大58.65 g。有研究表明,鲜食花生的外观品质要求荚果以中小果为主,荚果的大小与口味品质之间呈显著负相关,果型小,口味好[17],故山西地方花生资源适宜培育鲜食花生。

3 讨论与结论

3.1 农艺性状分析

本研究对72份山西地方资源的15个农艺性状和品质性状进行变异系数分析,结果表明,饱果数、主茎高、单株生产力的变异系数比较大,说明山西资源在产量性状的利用潜力非常大,可从以上3个农艺性状对花生地方主推品种进行改良,出米率变异系数最小,该结果与刘卫星等[13]和陈雷等[14]的研究一致。72份资源中主茎高超40 cm 的资源有汾西小粒(43.20 cm)、汾阳多粒(42.40 cm)、平陆大粒(41.60 cm)、武乡多粒(41.10 cm)、襄汾油花生(41.00 cm),相关性和主成分分析结果表明,适当控制主茎高和侧枝长有利于品种产量的提高,韩锁义等通过对3个小果品种和2个大果品种进行倒伏性研究,结果表明,花生品种的主茎高在40～50 cm 时抗倒伏性强,低于30 cm 时对植株的产量有影响[15],笔者整理2014-2020年的国家北方片和黄淮海中南片花生品种测试总结发现,同一个品种的主茎高在全国14个测试点山西为最低,说明山西的地理环境和气候因素限制花生植株的主茎高,所以从主茎高方面提高山西花生单产的想法难以实现,只能从饱果数、分枝数等其他方面来实现花生高产的目标。

图1 72份山西花生资源的聚类分析Fig.1 Cluster analysis on 72 peanut resources in Shanxi

白冬梅等采用90对多态性良好的SSR 引物分析评价这批花生资源的遗传多样性,最后聚类分析结果与本研究基于表型性状的聚类结果基本一致,部分资源聚类略有差异[16],其原因为表型性状容易受外界环境的影响,且其只是部分基因表达的结果,而SSR 标记能够检测到所有基因遗传结构的差异,如果采用丰富的SSR 标记检测这批花生资源所有基因的差异,会得到更准确的结果。

3.2 山西地方花生资源的品质性状局限性

禹山林等对5947份花生品种进行高油酸种质资源发掘发现,生态环境条件对花生种质含油率有较大影响,含油率平均值最低的山西为45.16%,河南省的含油率最高,为52.92%,且有60%以上的花生种质资源含油率在56%以上[17]。严玫等通过对来自全国的136个主要花生品种进行品质性状关联分析,结果表明环境对油酸含量的影响要比蛋白质小,但是气候和环境对脂肪的影响又比较大,致使品质分析关联结果也随之改变[18]。本研究中72份山西地方花生资源油酸含量最高为49.2%,平均为42.28%,无高油酸资源,王纯武等对新疆北疆地区引进的4个高油酸品种进行对比试验,发现花育917和冀花11号表现出高产优质的特性[19],故山西省进行高油酸育种时,可以从外省引进油酸含量高的品种,与适宜当地种植的花生品种进行杂交育种,将高油酸这一特性整合到当地品种中,培育新的高油酸花生品种。

花生作为唯一可直接食用的植物蛋白质来源,籽仁蛋白质含量仅低于大豆,高于油菜、芝麻等油料作物。其主食化程度正在逐年提高,以提高蛋白含量为目的的鲜食花生也在渐渐成为花生育种的一个主攻目标。禹山林等认为高蛋白大花生品种的含量应为28%以上,高蛋白小花生品种的含量应不低于30%[17]。本研究中72份山西地方花生资源蛋白质含量最高为27.50%,平均为22.85%,无高蛋白质花生资源。前人研究表明,花生蛋白质含量为数量性状遗传,加性效应比较占优势,所以山西省培育高蛋白品种时,应引进蛋白质含量较高的品种作为亲本,才能从后代中比较容易选出蛋白质含量较高的材料。