干旱胁迫下白羽扇豆品系产量及其构成性状的稳定性评估与高产稳产种质筛选

《Stresses》：Estimation of Yield and Its Components in White Lupin Lines Under Favorable and Dry (Low-Rainfall) Field Conditions

　　

本研究强调了培育能够在多变环境条件下兼具生产力与稳定性的育种品系的重要性。研究人员对15份白羽扇豆品系在有利环境和干旱环境条件下进行了为期两年的种子产量及其主要数量构成性状的分析。在保加利亚中北部地区，干旱条件及植被期降水量减少（分别比30年气象常模和上一年的有利条件减少了53%和63%）导致种子产量平均下降35%。环境因素对株高、单株荚数、单株籽粒数和单株籽粒重等性状的影响最强（占总变异的72.2%~81.3%）。环境因子对种子产量的影响也起决定性作用（占51.9%），而千粒重主要受遗传组分控制（占52.4%）。所评价数量性状的广义遗传力系数（h2）范围从单株荚数（24.27%）和单株籽粒重（24.99%）的低值到株高（64.58%）的高值。品系V21在单株荚数、单株籽粒数和单株籽粒重方面表现稳定且数值接近群体均值；V28/1在单株籽粒数和单株籽粒重方面表现相似；而V6、V27/10和V28/1的千粒重相对恒定，尽管低于群体均值。V4、V1和V29可被描述为高秆品系，且在两个生长季中相对稳定。通过多因子稳定性分析和GGE双标图模型，研究人员确定V425和V28/1为参试品系中最稳定且高产的种质，其产量（分别为3.025 t/ha和2.495 t/ha）高于群体平均值，且大多数稳定性参数的评估结果表明其在两个对比鲜明的生长季中表现出稳定的响应。

一、研究背景与研究目的

全球气候变化导致的降水格局改变和干旱频发，对作物育种提出了严峻挑战。白羽扇豆作为一种适应性强、蛋白质含量高的豆科作物，在地中海气候区及南欧地区具有重要的食用和饲用价值。然而，关于白羽扇豆主要产量构成性状在不同水分条件下的表型稳定性及基因型-环境互作效应的系统研究仍然有限，现有研究多聚焦于最终种子产量，忽视了单个数量性状对季节性水分亏缺的响应模式。为此，研究人员旨在评估15份白羽扇豆育种品系在有利和干旱田间条件下的产量及其构成性状的表现，以期筛选出兼具良好生产力和特定环境适应性的优良种质。

二、研究方法

试验于2019年和2020年在保加利亚中北部的普列文饲料作物研究所试验田进行，采用随机完全区组设计，三次重复。2019年为降雨充沛的有利年份，2020年为严重干旱年份（植被期降水量较常年减少53%）。供试材料为15份白羽扇豆高级育种品系。成熟期测定株高、单株荚数、单株籽粒数、单株籽粒重、千粒重及种子产量。方差分析用于评估基因型、环境及其互作效应的大小。采用Wricke生态价、Finlay和Wilkinson线性回归系数、Shukla稳定性方差、Francis和Kannenberg变异系数以及Lin和Binns优越性指数等多参数与非参数指标评估表型稳定性。利用GGE双标图模型可视化产量表现与环境稳定性。

三、主要研究结果

3.1 环境对性状变异的贡献

基于总平方和的分解，环境因素是株高（81.3%）、单株荚数（76.9%）、单株籽粒数（76.0%）和单株籽粒重（72.2%）变异的主导因子。种子产量变异亦高度依赖环境因子（占51.9%），其次为基因型效应（30.3%）和基因型-环境互作效应（15.8%）。相反，千粒重主要由基因型组成决定（52.4%），环境影响仅占14.5%。

3.2 干旱胁迫下的性状变化

与2019年有利条件相比，2020年干旱导致所有数量构成性状显著下降。平均而言，株高、单株荚数和单株籽粒数均降低，进而限制单株籽粒重。值得注意的是，13份品系的千粒重在干旱年份反而显著增加，这可能是由于单株籽粒数减少导致源库竞争减弱、种子灌浆更充分所致。最终，种子产量平均下降35%，其中V27/7和V27/10降幅最大（约53%）。

3.3 各性状的稳定性评估

株高方面，V27/7、V425、V4、V1、V6、V27/10、V28/1和V29为高于平均值的品系。单株荚数方面，V425、V125、V23和V27/7对季节条件反应敏感，而V21和V28/1表现为稳定响应。单株籽粒数方面，V29和V1变异较小，稳定性高；V21和V28/1兼具较高值和稳定性。单株籽粒重方面，V6、V21、V28/1和V29被多项参数认定为稳定，但仅V21和V28/1的生产潜力超过16克。千粒重方面，V27/10和V28/1为中粒型且表现相对恒定。

3.4 高产稳产品系的鉴定

种子产量方面，高产品系如V125、V27/10、V1和V4在干旱年份损失较大，但对有利环境响应良好；低产品系则表现出较小的相对减产幅度。特别值得关注的是V425和V28/1，其种子产量（3.025 t/ha和2.495 t/ha）高于群体均值，且根据生态价、线性回归系数和稳定性方差等多数参数，它们在两个对比鲜明的生长季中均表现出稳定响应。GGE双标图进一步确认了这三个品系位于低变异区域，属于相对稳定且高产的种质。

3.5 遗传力估计

广义遗传力系数显示，单株荚数（24.27%）和单株籽粒重（24.99%）受环境波动影响大，直接选择效率低；而株高（64.58%）和千粒重（56.18%）呈中等至高的遗传力，表明其受较强的遗传控制，可作为间接选择指标。

四、讨论与结论

讨论部分指出，水分亏缺对白羽扇豆的生长和产量稳定性具有显著的负面影响。本研究中干旱导致的产量平均降幅（35%）远低于前人报道的79%，这可能与供试材料的遗传背景及干旱强度差异有关。环境因素对多数产量构成性状的决定性作用与前人研究一致。识别出的高产稳产品系V425和V28/1，与埃塞俄比亚等地报道的高产稳产地方品种案例相符。GGE双标图分析有效区分了广适性和特异性适应种质。值得注意的是，尽管总体产量构成性状呈现平行下降趋势，但千粒重的普遍增加表明该性状的季节性响应是一种通用机制而非基因型特异的缓冲机制。研究局限性在于仅涉及两个生长季和一个试验地点，缺乏商业对照品种及土壤水分直接测量数据。

研究结论翻译：在保加利亚中北部干旱环境条件和植被期降水量减少的情况下，种子产量平均下降35%。本研究结果显示15份白羽扇豆品系在有利环境和干旱条件下表现不同，这证明了基因型-环境互作在育种品系评价中的重要性。基于总平方和的分解，环境对株高、单株荚数、单株籽粒数和单株籽粒重的影响最强，占总变异的72.2%至81.3%。环境因子也是种子产量的主要驱动因素（51.9%），而千粒重主要受遗传组分控制，环境影响仅限于14.5%。品系V21在单株荚数、单株籽粒数和单株籽粒重方面表现稳定且数值接近群体均值；V28/1在单株籽粒数和单株籽粒重方面表现相似。V6、V27/10和V28/1的千粒重在两个生长季中相对恒定，尽管低于群体均值。V4、V1和V29可被描述为高秆品系，且在多变的环境条件下相对稳定。通过多因子稳定性分析和GGE双标图模型，研究人员确定了品系V425和V28/1，其产量（分别为3.025 t/ha和2.495 t/ha）高于群体平均值，且大多数稳定性参数（特别是生态价W²、线性回归系数b_i和稳定性方差σ²）的评估结果表明其在两个对比鲜明的生长季中表现出稳定响应。鉴于气候变化带来的日益严峻的挑战，包括胁迫频率和环境变异性的增加，选择稳定基因型对于可持续的白羽扇豆生产愈发重要。鉴于本评价仅限于单一地点的两个生长季，且未设标准对照品种或直接土壤水分测量，未来工作应优先开展多年多点试验，纳入参照品种和土壤水分监测，以确认V425和V28/1的抗旱适应性价值，并阐明所观察到的千粒重季节性增加的生理基础。