鲜食与绿肥兼用型蚕豆表型综合评价选择

杜成章 龙珏臣 黄祥 刘伟 肖若余 王学军 李真熠 张继君

摘 要 鲜食与绿肥兼用型蚕豆是随着农业产业结构调整及农业供给侧改革发展出现的蚕豆产业新类型，尤其适合我国南方地区发展。运用层次分析法（Analytic hierarchy process，AHP）确定了7个鲜食与绿肥兼用型蚕豆相关表型，对86个蚕豆品种、品系进行综合评价，将之分为5个等级，最终选择出综合性状优良，能同时兼顾鲜食和绿肥功能的特等级品种（系）2个，优等级品种（系）13个。本研究构建的综合评价体系，可为鲜食与绿肥兼用型蚕豆育种选择提供科学决策依据。

关键词 蚕豆;鲜食与绿肥兼用型;品种选育;表型选择

中图分类号：S643.6 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.31.001

目前蚕豆（Vicia faba L.）在中国种植面积约86.7×104 hm2，干籽粒年产量约180×104 t，其中鲜食蚕豆面积约66.7×104 hm2，鲜籽粒年产量约600×104 t[1]。传统蚕豆按功能可分为粮食、蔬菜、饲草、绿肥四类[2]。绿肥蚕豆历史悠久，但随着鲜食蚕豆出现，其绿肥作用逐渐被淡化[3]。鲜食与绿肥兼用型蚕豆是随着农业产业结构调整及农业供给侧改革发展出现的蚕豆产业新类型，尤其适合我国南方地区发展，其优越性如下：1）蚕豆是冷季作物，不与热季作物争地[4];2）蚕豆能为后茬作物提供绿肥，使土地达到用养结合的效果;3）能收获产量可观的鲜豆荚，提升生产者收益[5]。有研究表明，蚕豆根瘤固氮量为150～350 kg·hm-2 [6]，平均固氮量是大豆的2倍[7]，且高于多种豆科植物[8]。蚕豆根部的复合生态系统还能提升土壤K、P的有效性，减少土壤污染[9];另外，蚕豆鲜秆的N、K含量都超过了“牧草之王”紫花苜蓿，更远超紫云英[10]。因此，开展鲜食与绿肥兼用型蚕豆育种对于促进农业可持续发展具有重要意义。但鲜食与绿肥兼用型蚕豆属新事物，目前尚未建立起相关评价体系。AHP分析法是一种用于研究多因素问题系统化、层次化的科学分析方法[11]，可将定量与定性因素结合，客观而有效反映各因素的影响效果，在植物功能评价领域被广泛应用[12]。本文以86个蚕豆品种和品系为研究对象，以蚕豆赤斑病抗性、鲜荚产量、去除荚果后地上部分鲜秆生物量、鲜籽粒百粒重、单荚粒数、鲜荚长、出苗至鲜荚采收时间和鲜荚出籽率8个表型为评价因子，利用层次分析法建立综合评价体系，以期能为鲜食与绿肥兼用型蚕豆品种选育提供科学依据。

1  材料与方法

1.1  试验材料

供试83个蚕豆品种（系）由重庆市农业科学院提供，以川渝地区常见品种成胡10号（CK1）、饲草蚕豆新品系渝饲1号（CK2）及鲜食蚕豆品种通蚕鲜8号（CK3）为对照。

1.2  试验设计

随机区组设计，3次重复，小区面积17.5 m2，2020年10月底播种，株行距70 cm×15 cm。于鲜荚采收期观测表型数据，每小区随机取10株观测，取平均值。

1.3  表型选择

参考蚕豆种质资源描述规范和数据标准[13]，经征询市场需求调研及专家意见，最终确定百粒重、生育期、鲜荚长、鲜荚产量、出籽率、赤斑病抗性、鲜秆生物量7个表型为评价因子。

1.4  观测标准与方法

百粒重：鲜荚采收期100粒饱满鲜籽粒的重量（g）。

生育期：出苗至鲜荚采收时间（d）。

鲜荚长：鲜荚采收期荚果长度（cm）。

鲜荚产量：鲜荚采收期单位面积上的蚕豆鲜荚总产量（kg·hm-2）。

出籽率：鲜荚采收期鲜籽粒产量与鲜荚产量之比（%）。

赤斑病抗性：鲜荚采收期植株对蚕豆赤斑病的抗性水平，分为高抗（HR）、抗（R）、中抗（MR）、感（S）、高感（HS）。

鲜秆生物量：鲜荚采收期单位面积上的去除荚果后地上部分鲜秆生物量（kg·hm-2）。

1.5  统计与评价

1.5.1  鲜食与绿肥兼用型蚕豆品系综合评价结构模型的建立

参考市场需求和专家意见，将鲜食与绿肥兼用型蚕豆的评价指标分为抗逆性（C1）、鲜食产量表型（C2）、绿肥产量表型（C3）和外观品质表型（C4）4个约束层。根据各评价因子间的相互关系，构建了鲜食与绿肥兼用蚕豆品系综合评价层次结构（见表1），包括目标层（T）、约束层（C）、标准层（P）。运用SPSSAU软件对各表型观测数据进行整理和统计，参考邓雪[14]的方法计算各评价因子权重值;采用层次分析法构建鲜食与绿肥兼用蚕豆品系综合评价体系，并对参试品系进行等级划分。

1.5.2  判断矩阵及一致性检验

根据各评价因子对蚕豆鲜食与绿肥兼用性能贡献度，采用1-9比率标度法[15]，逐项对任意2个评价指标进行重要程度对比，构造出T-C、C-P矩阵。一致性检验结果表明，随机一致性比率CR值均小于0.1（见表2），表明构建的判断矩阵符合数学理论要求，各评价因子相互关系合理，具有满意的一致性。

2  结果与分析

2.1  评分标准的制订

以2009—2021年在重庆市农业科学院和青海大学创制的各类鲜食与绿肥兼用型蚕豆遗传群体和本研究的蚕豆品系表型观测结果，以及专家意见为依据，为了便于明显区别鲜食与绿肥兼用性能好與差的品种，制订此评分标准（见表3），并按标准对各品系观测结果进行分值转换（见表4）。

2.2  鲜食与绿肥兼用型蚕豆各评价指标的权重确定

根据表2判断矩阵及一致性检验，计算得到各影响因子（Pi）相对于总目标层（T）的最终权重（见表5），结果表明百粒重对蚕豆鲜食与绿肥兼用性能影响最大，权重为25.04%，其次为鲜荚产量，权重为18.74%;生育期第3，权重为16.69%;出籽率第4，权重为14.62%;接下来依次为蚕豆赤斑病抗性（9.22%）、鲜荚长（8.31%）、鲜秆生物量（7.38%）。其中，百粒重、生育期、鲜荚产量3个评价指标占总排序权重值的60.48%，说明这3个指标是品系筛选决定性因素，符合鲜食与绿肥兼用型蚕豆新品种选育目标。

2.3  鲜食与绿肥兼用型蚕豆品种（系）的综合评价

将表4各品种（系）各表型分值与表5相对于目标层权重值的乘积相加后得出各品系综合得分（见表6）。将得分<4的记为1级（差），得分在4～4.999的记为3级（中），得分在5～5.999的记为5级（良），得分在6～6.999的记为7级（优），得分≥7的记为9级（特）。结果表明，特等级品种（系）有2个，占品种（系）总数的2.33%，表现为大粒、生育期较短、鲜荚产量高、鲜荚长适中、蚕豆赤斑病抗性较好、鲜秆生物量较大，能很好地兼顾鲜食性和绿肥性;其中，CDPX-16评分最高，为7.857，鲜籽粒百粒重467.3 g，生育期162 d，鲜荚长19.5 cm，出籽率42.9%，中抗蚕豆赤斑病，鲜荚产量23 840 kg·hm-2，鲜秆产量44 619 kg·hm-2;渝蚕5号评分第二高，为7.420，鲜籽粒百粒重452.5 g，生育期160 d，鲜荚长17.5 cm，出籽率35.7%，中抗蚕豆赤斑病，鲜荚产量19 881 kg·hm-2，鲜秆产量42 356 kg·hm-2。优等级品种（系）有13个，占15.12%，表现为蚕豆赤斑病抗性较好、生育期较短、鲜荚产量较高、鲜秆生物量较高，但鲜荚长、百粒重、出籽率中有至少有1项评分明显偏低。良等级品种（系）有32个，占37.21%，表现为生育期较短，但鲜荚产量、鲜秆生物量，鲜荚长、百粒重、出籽率、蚕豆赤斑病抗性中至少有2项评分极低或有3项评分明显偏低。中等级品种（系）有22个，占25.58%，表现为生育期较短，但鲜荚产量、鲜秆生物量、鲜荚长、百粒重、出籽率、蚕豆赤斑病抗性中至少有2项评分极低，同时有2项评分明显偏低。本次观测结果，生产常用品种成胡10号（CK1）的鲜荚和绿肥产能都较小，蚕豆赤斑病抗性亦较差，其评价结果为差，说明该品种既不适合用作鲜食也不适合用作绿肥;饲草蚕豆新品系渝饲1号（CK2）虽具有最高的鲜秆生物量（70 833 kg·hm-2），但百粒重、鲜荚长和鲜荚产量小，生育期长，其评价结果为差，说明饲草专用品种适合用作绿肥，但不适合用作鲜食;鲜食专用蚕豆品种通蚕鲜8号（CK3）具有较大的百粒重、鲜荚产量和鲜秆生物量，具备较好的鲜荚长和蚕豆赤斑病抗性，还具备较短的生育期，但出籽率相对较小，其评价结果为良，这说明鲜食专用品种相对于生产常用品种和饲草专用品种来说，能较好地兼顾鲜食与绿肥功能。

3  讨论

本研究运用层次分析法确定了7个鲜食与绿肥兼用型蚕豆相关表型，明确了品种（系）筛选决定性因素，其中百粒重权重最大，其次为生育期、鮮荚产量和出籽率;将83个鲜食与绿肥兼用型蚕豆品种（系）和3个对照品种分为5个等级，最终选出综合性状优良，能很好地兼顾鲜食和绿肥功能的蚕豆新品种（系）2个，较好地兼顾鲜食和绿肥功能的蚕豆新品种（系）13个。这说明本文构建的综合评价体系能对鲜食与绿肥兼用型蚕豆新品种（系）进行有效选择，可为育种家选种决策提供科学依据。

除了本研究确定的7个鲜食与绿肥兼用型蚕豆相关表型外，还有鲜荚光泽度、种皮颜色、子叶颜色、鲜籽粒感官品质、茎叶比、秸秆营养素与功能性物质含量等相关表型因子影响着育种家对品种的选择，但这些表型与本研究确定的7个表型相比，重要程度相对较低，因此为了降低干扰，本研究排除了这些因子，但在目标品种确定后仍需对这些表型开展进一步的观测，以筛选出更优良或有特殊用途的新品种。

本研究对鲜荚长为17.0～20.0 cm给予最高评分，鲜荚过长或过短评分则相对较低，其依据是：若蚕豆鲜荚过长，出籽率会降低，且运输中鲜荚易受损;若蚕豆鲜荚过短，则粒小且外观品质不佳，较难销售。笔者在进行市场调研中发现，鲜荚长度在17.0～20.0 cm的蚕豆最受市场欢迎，因此将这个数值区间作为最高评分标准。

本研究将蚕豆赤斑病抗性水平作为评价因子之一，原因是赤斑病的发生与流行严重制约笔者所处地区蚕豆产业发展。一旦蚕豆发生中度以上的赤斑病，其叶片就会呈焦糊状态，严重影响生长发育，进而导致产能大幅度降低。因此提高赤斑病抗性水平一直是笔者所在地区最重要的蚕豆育种目标之一[16]。其他地区开展鲜食与绿肥兼用蚕豆育种工作，可根据当地实际情况适当选择和调整病虫害抗性水平的重要级别。本研究赤斑病抗性权重值计算结果为9.22%，其优先级别高于鲜秆生物量，这保证了在本研究条件下选择出的2个鲜食与绿肥兼用型蚕豆优良品系具有较好的赤斑病抗性水平。

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（责任编辑：丁志祥）

收稿日期：2021-07-08

基金项目：重庆市科技局项目“基于低空无人机光谱视觉平台的蚕豆赤斑病耐受性精準高效评估技术研究”（cstc2020jcyj-msxmX0508）;“重庆市特色杂粮创新示范团队”（CQYC201903216）;国家食用豆产业技术体系（CARS-08）;重庆市永川区科技局项目“鲜食、绿肥两用蚕豆品种选育及应用”（Ycstc，2019cc0101）。

作者简介：杜成章（1983—），男，吉林公主岭人，硕士，研究员，主要从事豆类遗传育种研究。E-mail：10695299@qq.com。

为通信作者，E-mail：294143881@qq.com。