趙志鑫，傅蒙蒙，李曙光，王亞琪，余希文，張紅梅，陳華濤，徐海風(fēng)

（1江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇淮安 223001；2淮河下游種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇淮安 223001；3淮安市農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇淮安 223001；4江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，南京 210014）

0 引言

大豆是重要的糧、油、飼兼用型作物，在國(guó)民生產(chǎn)生活中占有重要地位[1]。2022年中國(guó)大豆進(jìn)口量達(dá)到9000 萬(wàn)t，進(jìn)口依存度超過(guò)85%，大豆產(chǎn)業(yè)供需缺口大影響中國(guó)糧油安全。在耕地資源有限的情況下，推廣大豆玉米帶狀復(fù)合種植可增加大豆播種面積，推動(dòng)大豆玉米兼容發(fā)展，提高大豆的自給率，然而研究發(fā)現(xiàn)，這種模式下高位作物的遮蔭會(huì)導(dǎo)致大豆冠層可利用光不足，光能量吸收缺乏，而影響其生長(zhǎng)發(fā)育結(jié)莢鼓粒，產(chǎn)量降低，品質(zhì)下降[2-4]，對(duì)遮蔭脅迫是否具有適應(yīng)性和抗性成為制約大豆玉米帶狀復(fù)合種植中大豆生產(chǎn)的重要因素。

研究報(bào)道大豆受高位作物遮蔭后，出現(xiàn)莖稈伸長(zhǎng)、主莖長(zhǎng)度增加、植株倒伏、莖粗降低、百粒重降低等[5-8]；在光合生理方面，遮蔭脅迫下植株葉片數(shù)量減少，且變薄變小，葉綠素a/b的比值降低[9-10]，凈光合速率和氣孔導(dǎo)度顯著低于大豆單作，胞間二氧化碳濃度和水分利用效率顯著增加等；在產(chǎn)量和品質(zhì)方面，光合系統(tǒng)活力不足[11]，光合產(chǎn)物合成和運(yùn)輸受阻進(jìn)而影響干物質(zhì)積累；作物產(chǎn)量降低，落花落莢率增加導(dǎo)致減產(chǎn)等[12]；然而研究發(fā)現(xiàn)，不同的大豆品種對(duì)遮蔭脅迫的響應(yīng)具有基因型差異[13-15]，耐蔭大豆種質(zhì)對(duì)遮蔭脅迫不敏感，在蔭蔽環(huán)境下仍具有高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的特質(zhì)，因此選用耐蔭大豆品種進(jìn)行種植可降低因遮蔭對(duì)產(chǎn)量造成的不良影響。

學(xué)者們對(duì)不同生態(tài)區(qū)耐蔭大豆種質(zhì)的鑒定、篩選與評(píng)價(jià)已有研究報(bào)道。武曉玲等[16]通過(guò)模擬大豆蔭蔽環(huán)境鑒定到葉片干重、氣孔導(dǎo)度、株高和暗下最大熒光產(chǎn)量4個(gè)指標(biāo)可鑒定大豆苗期耐蔭性[16]；李春紅等[17]采用多元分析方法將30 個(gè)大豆品系（種）被分成強(qiáng)耐蔭型、中等耐蔭型和不耐蔭型3 種類型，鑒定到主莖節(jié)數(shù)、分枝數(shù)、節(jié)間長(zhǎng)度、抗倒性、單株莢數(shù)、百粒重和單株粒重作為耐蔭性大豆的鑒定指標(biāo)[17]；趙銀月等[6]將44 個(gè)大豆品種（系）分為強(qiáng)耐蔭、中等耐蔭和弱耐蔭3種類型，鑒定到株高、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株產(chǎn)量、每莢粒數(shù)和倒伏8個(gè)性狀可鑒定云南省間作大豆的耐蔭性。上述各位學(xué)者鑒定到的耐蔭指標(biāo)和種質(zhì)為耐蔭大豆育種提供了一定的理論依據(jù)，但由于大豆在不同生態(tài)區(qū)的復(fù)種制度、栽培環(huán)境和地形氣候復(fù)雜多樣，建立適宜當(dāng)?shù)氐南鄬?duì)準(zhǔn)確的耐蔭性鑒定體系需要更多的試驗(yàn)研究。

本研究采用田間大豆玉米帶狀復(fù)合種植模擬自然蔭蔽環(huán)境探討遮蔭脅迫對(duì)春大豆的影響，采用主成分分析法、隸屬函數(shù)法對(duì)各個(gè)大豆品系（種）進(jìn)行耐蔭性綜合評(píng)價(jià)，同時(shí)通過(guò)逐步回歸分析建立耐蔭性數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型，鑒定耐蔭篩選指標(biāo)，旨在為春大豆耐蔭種質(zhì)的挖掘和選育提供參考依據(jù)，并建立適合本地區(qū)的耐蔭評(píng)價(jià)模型。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試25 個(gè)大豆品種，試驗(yàn)于2021 年4—9 月江蘇省淮安農(nóng)科院科研創(chuàng)新基地進(jìn)行，前茬為小麥，土壤質(zhì)地為黏土。品系名稱和編號(hào)見(jiàn)表1。

表1 供試大豆品系(種)材料

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，光照為主區(qū)，設(shè)置大豆玉米帶狀復(fù)合種植（遮蔭，Shade stress，ST）和大豆單作（對(duì)照，CK）兩個(gè)處理，不同大豆品系（種）為副區(qū)。大豆玉米帶狀復(fù)合種植為玉米與大豆行比為2:2，行長(zhǎng)2 m，玉米之間的行距40 cm，大豆之間的行距40 cm，玉米和大豆之間行距80 cm；玉米株距18 cm；大豆株距10 cm；大豆單作處理為小區(qū)行長(zhǎng)為2 m，2 行區(qū)，行距40 cm，株距10 cm。2021 年4 月23 日播種，成熟時(shí)分別收獲，田間管理同常規(guī)田。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

大豆R8 時(shí)期，每小區(qū)取中間連續(xù)的有代表性的、一致的5株測(cè)定株高(X01)、主莖節(jié)數(shù)(X02)、分枝數(shù)(X03)、底莢高度(X04)、平均節(jié)間長(zhǎng)度(X05)、單株莢數(shù)(X06)、單株粒數(shù)(X07)、粒莖比(X08)、單株粒重(X09)和每莢粒數(shù)(X10)。

圖1 10個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)在單作和遮光處理下的箱線圖

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析；IBM SPSS Statistics 25.0 軟件進(jìn)行主成分分析、聚類分析及逐步回歸等多元分析。單項(xiàng)指標(biāo)的耐蔭系數(shù)、不同大豆品系（種）各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值u(Xj)、各綜合指標(biāo)的權(quán)重Wj和各大豆品系（種）的綜合耐蔭評(píng)價(jià)值D指計(jì)算方法如下[18]：

耐蔭系數(shù)(Shade tolerance coefficient，STC)，式(1)。

各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，式(2)。

各綜合指標(biāo)的權(quán)重，式(3)。

各大豆品種（系）的綜合耐蔭評(píng)價(jià)值，式(4)。

根據(jù)公式(1)計(jì)算各單項(xiàng)指標(biāo)的耐蔭系數(shù)(STC)；利用公式(2)計(jì)算各個(gè)大豆品系（種）綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，式中，Xa表示第a個(gè)綜合指標(biāo)，Xmax表示第a個(gè)綜合指標(biāo)的最大值，Xmin表示第a個(gè)綜合指標(biāo)的最小值；wa表示第a個(gè)綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的權(quán)重，pa為各個(gè)大豆品系（種）第a個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。以D值為因變量，對(duì)各個(gè)單項(xiàng)性狀的STC值進(jìn)行逐步回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 遮蔭脅迫對(duì)不同大豆品系（種）株型和產(chǎn)量性狀的影響

由圖1可知，大豆受到遮蔭脅迫后，表現(xiàn)為株高和平均節(jié)間長(zhǎng)度伸長(zhǎng)，主莖節(jié)數(shù)較正常處理下略有增加，而株高的變異程度增加，說(shuō)明大豆在受遮蔭脅迫后株型的變化主要是因?yàn)楣?jié)間長(zhǎng)度的增長(zhǎng)而非主莖節(jié)數(shù)的增加；遮蔭處理后分枝數(shù)減少，單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重和和粒莖比減少，說(shuō)明分枝粒重的產(chǎn)量減少可能是單株產(chǎn)量減少的主要原因；底莢高度變異增加，說(shuō)明底莢高度對(duì)遮蔭脅迫反應(yīng)敏感。

為消除供試大豆品系（種）本身差異帶來(lái)的誤差，計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的耐蔭系數(shù)(STC)如表2。由表2 可知，在各單項(xiàng)指標(biāo)的耐蔭系數(shù)中，底莢高度和分枝數(shù)的變異系數(shù)大，分別為54.65%和57.03%，其次是粒莖比、每莢粒數(shù)和單株粒數(shù)的變異系數(shù)分別為32.88%、29.90%和29.88%，可見(jiàn)遮蔭處理對(duì)分枝數(shù)、底莢高度、每莢粒數(shù)、單株粒數(shù)和粒莖比的影響較大。與對(duì)照相比，遮蔭脅迫對(duì)大豆品系（種）的影響總體表現(xiàn)為株高、分枝數(shù)和節(jié)間長(zhǎng)度增加，STC值大于1，而單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、每莢粒數(shù)、粒莖比和單株粒重與對(duì)照處理比總體上有所下降，其STC值小于1，而各個(gè)大豆品系（種）的變化幅度各不一致，各個(gè)大豆品系（種）對(duì)遮蔭脅迫的響應(yīng)不同。

表2 供試大豆品系（種）各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)耐蔭系數(shù)(STC)

分析各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)耐蔭系數(shù)相關(guān)性如表3。由表3 可知，株高(X01)與主莖節(jié)數(shù)(X02)和平均節(jié)間長(zhǎng)度(X05)存在極顯著相關(guān)關(guān)系，和每莢粒數(shù)(X10)顯著相關(guān)；分枝數(shù)(X03)與底莢高度(X04)極顯著相關(guān)；單株莢數(shù)(X06)與單株粒數(shù)(X07)、粒莖比(X08)存在極顯著正相關(guān)；單株粒數(shù)(X07)與粒莖比(X08)、單株粒重(X09)和每莢粒數(shù)(X10)呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系；粒莖比(X08)與每莢粒數(shù)(X10)存在顯著正相關(guān)；單項(xiàng)指標(biāo)的顯著或極顯著的相關(guān)系數(shù)均在0.45～0.60 之間，說(shuō)明這些指標(biāo)所提供的信息有重疊，且遮蔭脅迫對(duì)大豆品系（種）的影響是復(fù)雜多樣的，遮蔭脅迫下大豆產(chǎn)量的損失涉及到株型和產(chǎn)量構(gòu)成因素多個(gè)性狀的變化。

表3 10個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)耐蔭系數(shù)的相關(guān)性分析

2.2 大豆品系（種）性狀的主成分分析

使用SPSS 25.0軟件對(duì)10個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，各主成分特征向量和貢獻(xiàn)率如表4。由表可知，前4個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到79.043%，包含了所有耐蔭評(píng)價(jià)指標(biāo)的大部分?jǐn)?shù)據(jù)信息。第1主成分對(duì)總遺傳貢獻(xiàn)率最大，主要由單株莢數(shù)(X06)、單株粒數(shù)(X07)、粒莖比(X08)、每莢粒數(shù)(X10)4 個(gè)性狀分量較大相關(guān)；第2 主成分對(duì)總遺傳貢獻(xiàn)率達(dá)23.115%，主要與株高(X01)、主莖節(jié)數(shù)(X02)和節(jié)間長(zhǎng)度(X05)3個(gè)性狀分量相關(guān)；第3主成分主要與分枝數(shù)(X03)和底莢高度(X04)2個(gè)性狀分量相關(guān)，可反映原始數(shù)據(jù)信息量的17.776%；第4 主成分主要與單株粒重(X09)相關(guān)。

2.3 不同大豆品系（種）的耐蔭性綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)公式(2)計(jì)算各個(gè)大豆品系（種）各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值如表5，4 個(gè)綜合指標(biāo)的權(quán)重分別為0.35、0.30、0.22 和0.13?；陔`屬函數(shù)值計(jì)算各個(gè)品系（種）的綜合耐蔭評(píng)價(jià)值（D值）（表5），D值越大，說(shuō)明其耐蔭性越強(qiáng)，其中M18 的D值最大，為0.6408，表明其耐蔭性最強(qiáng)；M14 的D值最小，為0.1717，表明其耐蔭性最弱，其他供試材料的D值介于0.1717～0.6408之間；采用歐氏距離法對(duì)各大豆品系（種）的綜合耐蔭值（D值）進(jìn)行聚類（圖2），將25 個(gè)參試材料劃分為5類，并對(duì)其類別內(nèi)的供試材料性狀平均值進(jìn)行分析（表6）；M01、M06、M18、M19、M20和M23為第一類，占供試材料的24.0%，屬于強(qiáng)耐蔭型，表現(xiàn)為株高在遮蔭脅迫下伸長(zhǎng)，平均節(jié)間長(zhǎng)度短，底莢較低和單株粒數(shù)多；M09、M11、M16、M21和M25為第二類，占供試材料的20.0%，屬于較耐蔭型，表現(xiàn)為株高中等，單株粒數(shù)較多；M03、M05、M07、M08、M10、M12、M15、M17、M22和M24為第三類，占供試材料的40.0%，屬于中度耐蔭型，表現(xiàn)為平均節(jié)間長(zhǎng)度長(zhǎng)，單株粒數(shù)在遮蔭脅迫條件下減少較多；M02、M04和M13屬于不耐蔭型，表現(xiàn)為株高、平均節(jié)間長(zhǎng)度、底莢高度和單株粒數(shù)受遮蔭脅迫影響大；M14 屬于極不耐蔭類型，遮蔭脅迫對(duì)此類別的單株莢數(shù)和單株粒數(shù)的影響嚴(yán)重。

圖2 25個(gè)大豆品系(種)的綜合耐蔭性聚類圖

表5 各供試材料的權(quán)重、隸屬函數(shù)值、D值、回歸預(yù)測(cè)值、估計(jì)精度及綜合評(píng)價(jià)

表6 不同耐蔭類別大豆的性狀表現(xiàn)

耐蔭性綜合評(píng)價(jià)值（D值）作因變量，各單項(xiàng)指標(biāo)的耐蔭系數(shù)(STC)作自變量，進(jìn)一步分析各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)和耐蔭性的關(guān)系，建立最優(yōu)回歸方程：D=- 0.149 +0.202X01-0.054X04+0.233X05+0.233X07(R2=0.963)，由方程可知，株高、底莢高度、單株粒數(shù)和平均節(jié)間長(zhǎng)度對(duì)大豆品系（種）耐蔭性有顯著影響，利用最優(yōu)回歸方程計(jì)算各個(gè)試驗(yàn)材料的預(yù)測(cè)D值，結(jié)果表明，各品系（種）的估計(jì)精度均在82%以上，說(shuō)明株高、底莢高度、單株粒數(shù)和平均節(jié)間長(zhǎng)度4個(gè)指標(biāo)對(duì)大豆綜合耐蔭性具有較為明顯的響應(yīng)，該方程可用于黃淮海地區(qū)春大豆的初步耐蔭性評(píng)價(jià)。

3 討論

大豆的耐蔭性直接決定其在遮光環(huán)境下能否正常生長(zhǎng)發(fā)育和鼓粒結(jié)莢，是遮蔭脅迫下種植大豆能否獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵[19]。本研究對(duì)25 個(gè)黃淮海地區(qū)春大豆品系（種）株型和產(chǎn)量相關(guān)性狀進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)遮蔭脅迫下大豆植株株高和平均節(jié)間長(zhǎng)度伸長(zhǎng)，變異程度增加，大豆在受遮蔭脅迫后株型的變化主要是因?yàn)楣?jié)間長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，這與孫祖東等[20]的研究結(jié)果一致；遮蔭處理后分枝數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重和和粒莖比減少，說(shuō)明分枝粒重的產(chǎn)量減少可能是單株產(chǎn)量減少的重要原因，與覃思思等[21]研究結(jié)果一致；不同大豆品系（種）對(duì)遮光處理響應(yīng)程度存在差異，前人的研究也得到了一樣的結(jié)果。

本研究借鑒前人耐蔭性鑒定方法，選擇與遮蔭密切相關(guān)的株高、分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、底莢高度、平均節(jié)間長(zhǎng)度、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、粒莖比、單株粒重和每莢粒數(shù)10 個(gè)指標(biāo)性狀，并對(duì)其進(jìn)行主成分分析，研究發(fā)現(xiàn)第1主成分和第2主成分對(duì)的大豆品系（種）耐蔭表現(xiàn)的總貢獻(xiàn)率超過(guò)50%，而第1 主成分與單株莢數(shù)(X06)、單株粒數(shù)(X07)、粒莖比(X08)、每莢粒數(shù)(X10)4 個(gè)性狀分量較大相關(guān)，是產(chǎn)量構(gòu)成因素因子，對(duì)總遺傳貢獻(xiàn)率最大，第2 主成分對(duì)總遺傳貢獻(xiàn)率達(dá)23.115%，主要與株高(X01)、主莖節(jié)數(shù)(X02)和節(jié)間長(zhǎng)度(X05)3 個(gè)性狀分量相關(guān)，是株型構(gòu)成因子，上述結(jié)果說(shuō)明株型和產(chǎn)量構(gòu)成因素的性狀是引起大豆對(duì)遮蔭的響應(yīng)，也是產(chǎn)量損失的重要原因；基于4 個(gè)綜合指標(biāo)獲得各大豆品系（種）的綜合耐蔭評(píng)價(jià)值(D)，D值越大耐蔭性強(qiáng)，反之則耐蔭性弱；對(duì)D值進(jìn)行聚類分析，將25 個(gè)大豆品系（種）劃分為強(qiáng)耐蔭、較耐蔭、中度耐蔭、不耐蔭和極不耐蔭5種類型，篩選到6 份強(qiáng)耐蔭種質(zhì)，鑒定到株高、平均節(jié)間長(zhǎng)度、底莢高度和單株粒數(shù)與大豆品系（種）的耐蔭強(qiáng)弱較相關(guān)，與孫旭剛等[22]、譚春燕等[23]、黃其椿等[24]、孫祖東等[20]鑒定到的耐蔭指標(biāo)都有重合，說(shuō)明大豆耐蔭性存在較為豐富的遺傳變異，各個(gè)生態(tài)區(qū)應(yīng)選擇適宜本地區(qū)耐蔭鑒定的指標(biāo)和評(píng)價(jià)模型；前人鑒定到的分枝數(shù)作為耐蔭鑒定指標(biāo)在本研究逐步回歸分析中并未得到相似結(jié)果，其可能原因是本研究試驗(yàn)材料的分枝數(shù)較少，分枝產(chǎn)量在總產(chǎn)量的占比較小，而遮蔭造成的落花落莢可能是造成產(chǎn)量損失的主要原因，有待后續(xù)的研究中引入分枝數(shù)較多的大豆種質(zhì)進(jìn)一步驗(yàn)證探討。前人研究的倒伏作為大豆在遮蔭脅迫的重要株型響應(yīng)，考慮到倒伏為綜合的復(fù)雜性狀，水肥條件、種植密度等均影響倒伏程度，且可以通過(guò)生長(zhǎng)調(diào)劑節(jié)控制，受環(huán)境因素影響大，因此不作為本研究耐蔭篩選的候選指標(biāo)。

耐蔭性狀受復(fù)種制度和生態(tài)環(huán)境等影響，各生態(tài)區(qū)內(nèi)耐蔭指數(shù)均存在一定差異，因此，在各地區(qū)找出特異的耐蔭資源并利用其遺傳特性開(kāi)展針對(duì)性的耐蔭育種工作尤為重要。多個(gè)科研單位學(xué)者們已開(kāi)展耐蔭性大豆相關(guān)研究，大多集中在東北春大豆亞區(qū)、長(zhǎng)江流域春夏大豆亞區(qū)和東南春夏秋大豆區(qū)等，黃淮海地區(qū)耐蔭性大豆相關(guān)研究報(bào)道較少，作為中國(guó)大豆第二大主產(chǎn)區(qū)，黃淮海大豆種植面積占全國(guó)大豆種植面積的30%左右，全面評(píng)估大豆耐蔭性，建立適宜當(dāng)?shù)氐?、相?duì)準(zhǔn)確的耐蔭性鑒定體系，對(duì)進(jìn)一步推廣黃淮海地區(qū)帶狀復(fù)合種植模式有重要意義。本研究使用的主成分分析、隸屬函數(shù)分析和綜合評(píng)價(jià)值計(jì)算結(jié)果相互驗(yàn)證，使用4個(gè)指標(biāo)建立的耐蔭性數(shù)學(xué)篩選模型對(duì)耐蔭性春大豆的鑒定具有可行性，上述方法的建立和耐蔭種質(zhì)的發(fā)掘是基于本地區(qū)的種質(zhì)資源和種植條件，更為準(zhǔn)確的、全面的、大批量的耐蔭評(píng)價(jià)模型需要大規(guī)模種質(zhì)資源平臺(tái)的試驗(yàn)驗(yàn)證和修正。

4 結(jié)論

大豆的耐蔭性具有基因型差異，強(qiáng)耐蔭大豆在遮蔭環(huán)境下可減輕遮蔭脅迫產(chǎn)量的不利影響，本研究將10 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為代表了全部信息的79.043%的4個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，根據(jù)綜合耐蔭評(píng)價(jià)值(D)聚類將25 試驗(yàn)大豆品系（種）分為強(qiáng)耐蔭型、較耐蔭型、中度耐蔭型、不耐蔭型和極不耐蔭型5 類，篩選出JB20-2030、JB20-4134、中豆5701、南農(nóng)1138-2、駐豆29和科豐14屬于強(qiáng)耐蔭品系（種），建立了黃淮海地區(qū)春大豆耐蔭性評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型D=-0.149+0.202X01-0.054X04+0.233X05+0.233X07，篩選到株高、底莢高度、單株粒數(shù)和平均節(jié)間長(zhǎng)度4個(gè)耐蔭鑒定指標(biāo)可作為黃淮海耐蔭春大豆鑒定指標(biāo)。