大蒜耐低氮型品种筛选与评价

刘灿玉， 杨 峰， 陆信娟， 赵永强， 张碧薇， 史新敏， 樊继德

(江苏徐淮地区徐州农业科学研究所，江苏徐州 221121)

大蒜属喜肥耐肥作物，尤其对氮素需求量最大，汪兴汉等研究认为，氮素对大蒜产量影响最大。当前生产上蒜农普遍盲目重施氮肥，而这不仅增加了其种植成本，还加重了大蒜二次生长现象，并导致氮素向环境中的转移。因此，在确保产量稳定的前提下，如何降低氮肥的施用量已成为大蒜栽培上亟待解决的问题。前人研究认为，选育耐低氮品种，可提高作物对氮肥的利用效率，进而实现在维稳作物产量的同时，减少氮肥投入量的目的，对绿色高效可持续发展农业具有重要意义。不同基因型品种耐低氮能力存在显著的差异，钟思荣等研究认为，充分挖掘作物自身的基因潜力，摆脱对肥料的过分依赖，是减肥增效的有效途径；陈凌等研究亦认为，筛选评价耐低氮品种，可有效提高氮素利用效率、减少氮肥用量，是品种选育的重要基础。当前，耐低氮品种的筛选评价工作已逐渐受到重视，且在小麦、玉米及水稻等大田作物上已开展较多相关研究，茄子、辣椒等蔬菜作物耐低氮品种的鉴定也有报道，而在大蒜上，减氮稳产相关研究仍主要集中在氮素最佳供应水平及形态上，挖掘和利用大蒜自身的耐低氮潜力，选育耐低氮大蒜品种尚未见报道。本试验利用长期肥料定位试验田设2个氮水平(施氮和不施氮处理)，探讨耐低氮型大蒜材料的筛选与评价指标，以期为大蒜减氮稳产栽培措施及耐低氮型品种选育等提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验设计

试验于2018—2021年在江苏徐淮地区徐州农业科学研究所试验示范基地长期肥料定位试验田(117.41°E、34.40°N)进行，基础土壤为黏壤土，pH值8.50，有机质含量13.19 g/kg，全氮含量 0.91 mg/kg，有效磷(PO)含量17.69 mg/kg，速效钾(KO)含量117.70 mg/kg。选用我国当前主栽或优质资源材料中28份不同遗传背景的头蒜品种作参试材料，品种名称及编号见表1。

表1 供试大蒜材料品种信息

试验设2个处理：施氮处理(常规施NPK肥)、不施氮处理(常规施PK肥)，每处理设3次重复，随机排列，小区间由0.9 m宽、1.0 m高(其中0.8 m埋入地下)的水泥垄隔开，确保各小区单灌单排，每小区面积200 m。试验区为大蒜-毛豆轮作，施氮区：大蒜种植时将50 kg/667 m三元复合肥和 20 kg/667 m尿素作为基肥均匀撒施后立即翻耕整地，返青期追施15 kg/667 m尿素；毛豆种植时施N、P、K 均为3 kg/667 m，由三元复合肥(N、PO、KO质量分数均为15%)提供，作为基肥一次性施入，后期不追肥。不施氮区：大蒜和毛豆种植时P、K施入量和施入方式均与施氮区一致，分别由过磷酸钙和硫酸钾提供。其他田间管理均同徐州当地高产栽培方式一致。

1.2 测定项目与方法

大蒜为秋播方式(每年10月8日左右播种，翌年5月20日左右收获)，分别于2019年和2021年鳞茎膨大前期，参照李锡香等的方法调查大蒜农艺性状；于2021年鳞茎膨大后期，每小区每品种取3株，测定其根、茎、叶及鳞茎鲜样生物质量后，105 ℃ 杀青，70 ℃恒温烘干，测定其干物质量，以3株平均值作为该小区品种实测值，蒜头收获时测定地上部产量；分别于2019、2020、2021年收获后，测定小区各品种蒜头产量。

1.3 数据处理

采用Excel 2003软件进行数据处理，其中，性状指标相对值=性状在无氮处理下的测定值/常规施氮处理下的测定值；通过SPSS 20.0软件进行生物量指标因子分析、相关性分析，并采用Ward法聚类分析。

2 结果与分析

2.1 大蒜不同品种间农艺性状的差异

由表2可以看出，肥料长期定位试验条件下，2019年和2021年间大蒜农艺性状未显示显著性差异。施氮对大蒜农艺性状各指标的影响略有不同，除2个处理间的大蒜假茎高均值和极值基本无差异外，2年常规施氮处理的株高、株幅、叶长、叶宽、假茎粗及叶片数的均值和极值均大于无氮处理，表明施氮有利于提高大蒜长势。2019年和2021年间大蒜各农艺性状指标的变异系数在无氮和常规施氮处理下均较小，与此同时，各农艺性状指标在无氮处理与常规施氮处理的相对值的平均值为0.61～1.03，而变异系数仅为3.63%～13.11%，表明农艺性状指标对氮素的响应无显著的基因型差异。

表2 2019年和2021年大蒜不同品种间农艺性状的差异

2.2 不同大蒜品种间各器官生物量的差异

由表3可以看出，大蒜蒜头产量3年间无显著差别，常规施氮处理下大蒜各器官生物量平均值和极值均明显大于无氮处理，表明常规氮肥有利于提高大蒜各器官生物量的积累。在2021年试验中，无氮处理下，各指标变异系数为14.75%～22.68%，其中叶鲜质量、茎鲜质量、茎干质量、根鲜质量、鳞茎鲜质量、鳞茎干质量及地上部产量的变异系数相对较大且值相近，分别为19.60%、20.62%、22.55%、22.68%、20.17%、20.82%和21.50%。常规施氮处理下，各指标变异系数为13.50%～41.07%，依次为地上部产量>叶鲜质量>鲜根冠比>茎鲜质量>干根冠比>叶干质量>茎干质量>根鲜质量>鳞茎鲜质量>蒜头产量>鳞茎干质量>根干质量。于此同时，各生物量指标在无氮处理与施氮处理下相对值的平均值范围为0.42～1.23，变异系数范围为16.79%～34.72%，叶鲜质量、叶干质量、茎鲜质量、根鲜质量及鳞茎干质量在无氮和施氮处理下的相对值的平均值相对较小，分别为0.42、0.55、0.46、0.50和0.57，而变异系数较大，分别为34.72%、19.48%、19.67%、23.35%和18.08%，表明这些指标对无氮胁迫的敏感程度大，且在耐低氮上品种间差异明显。综上，可初步说明叶鲜质量、茎鲜质量可以作为不同基因型大蒜耐低氮的筛选指标。

表3 不同大蒜品种间各器官生物量的差异

2.3 不同大蒜品种各生物量指标因子分析

进一步对2021年试验中大蒜不同品种各器官生物量指标进行因子分析，由表4可知，在无氮条件下可提取3个主成分，总解释方差79.676%，方差贡献率分别为39.415%、23.967%和16.294%，其中，第1主成分主要由叶鲜质量、叶干质量和茎鲜质量、茎干质量决定。在常规施氮条件下同样可提取3个主成分，总解释方差为80.840%，方差贡献率分别为40.271%、25.637%和14.932%，并且，第1主成分同样由叶鲜质量、叶干质量和茎鲜质量、茎干质量决定。根据各主成分的贡献率情况，说明不同供氮条件下叶鲜质量、叶干质量、茎鲜质量、茎干质量最能代表不同基因型大蒜对氮素的响应状况。

表4 各主成分的特征向量及累积贡献率

2.4 各生物量指标与产量性状的相关性

由表5可知，2021年试验中，除干根冠比与蒜头产量无显著相关性外，其他生物量指标均与蒜头产量存在极显著相关性，其中，鲜根冠比与蒜头产量呈极显著负相关，而叶、茎、根及鳞茎的鲜干质量均与蒜头产量呈极显著正相关，表明选用生物量指标具有筛选耐低氮型大蒜的可行性。

表5 各生物量指标与产量性状的相关性

2.5 耐低氮大蒜基因型的筛选

根据2021年试验中大蒜各生物量指标性状的差异、因子分析及相关性结果，确定叶鲜质量和茎鲜质量作为大蒜耐低氮评价指标，以同年2个氮水平的叶鲜质量和茎鲜质量的相对值作为指标，对28个大蒜基因型进行Ward法聚类分析(图1)。分析可知，28个大蒜品种可分为3类，第Ⅰ类3个品种(编号分别为20、22、27)表现为叶鲜质量和茎鲜质量的相对值均较大，氮肥对其影响较小，为耐低氮型品种；第Ⅱ类3个品种(编号分别为3、4、6)表现为叶鲜质量和茎鲜质量的相对值均较小，氮肥对其影响显著，为低氮敏感型品种；其余22个品种为第Ⅲ类，表现为叶鲜质量和茎鲜质量的相对值中等，为中间型品种。

3 讨论与结论

钟思荣等研究认为，在筛选耐低氮品种中，选择合适时期至关重要，通常在苗期或成熟期进行；杨光梅等研究认为，3叶期后或近4叶期是筛选玉米耐低氮材料的关键时期；赵化田等研究认为，应在苗期进行小麦耐低氮基因型的鉴定；陈凌等研究认为，结合大田试验，进行糜子全生育期耐低氮品种的筛选更符合实际生产。本试验利用长期肥料定位试验田可较好地控制土壤肥力，选择在大蒜鳞茎膨大期筛选鉴定，主要是由于大蒜苗期“退母”前生长所需营养主要由蒜瓣提供，受外界氮供应的影响较小，不利于耐低氮品种的筛选，而在大蒜鳞茎膨大期，其氮素营养响应状况能基本代表全生育期的氮素营养特性，并结合其收获时产量指标，对实际生产更具有指导意义。

当前，作物耐低氮性的研究虽较多，但其筛选指标尚未达成一致。前人研究发现，低氮胁迫可导致植株生长、生物量积累等形态学指标变化，且不同基因型品种对其的响应存在较大差异。裴雪霞等研究认为，苗期植株相对干质量可作为耐低氮小麦基因型的早期筛选指标。黄兴东研究认为，对于大田试验，有必要选择简单有效的指标来反映作物的耐低氮能力，相对穗质量、相对草质量和相对粒质量可作为谷子耐低氮品种的筛选指标。王春萍等研究认为，在辣椒耐低氮型品种的筛选上，相比于地上、根和整株等的氮积累量指标，以叶面积、根冠比及茎、叶、根和植株干质量为指标可缩短其筛选周期和成本，提高筛选效率。王玲敏等研究亦认为，采用形态学指标筛选和鉴定玉米耐低氮品种比氮素利用效率指标更为简单，可极大降低工作量。本试验发现，大蒜农艺性状及各器官生物量等指标在不同氮素水平下存在差异，尤其是叶鲜质量和茎鲜质量在无氮和常规施氮处理下绝对值和相对值的变异系数均较大，而相对值的平均值较小，表明叶鲜质量和茎鲜质量对不同氮素水平具有一定敏感性，对氮素的响应存在基因型差异，与此同时，最终蒜头产量与叶鲜质量和茎鲜质量具有极显著相关性，符合作物耐低氮性筛选指标要求，这与主成分分析结果基本一致，因此，本试验将叶鲜质量和茎鲜质量作为大蒜耐低氮型品种的筛选指标具有可行性。一般用评价指标在低氮处理与正常氮处理下的相对值将不同品种耐低氮能力分为3类，包括耐低氮型、中间型和低氮敏感型。黄兴东研究认为，需对筛选的指标进行综合分析才可提高耐低氮品种筛选的准确性和可靠性，且常用方法有主成分分析、隶属函数和聚类分析。本试验采用聚类分析，以叶鲜质量和茎鲜质量在无氮与正常氮下的相对值作为指标，筛选出耐低氮品种3个，分别为玉林大白蒜、兴平大蒜和徐蒜918，氮敏感型品种3个，分别为济南大青稞、自贡白蒜和云南头蒜8号。