基于國家品種區域試驗數據的中國糜子品種產量和性狀變化

楊璞，Rabia Begum Panhwar，李境，高金鋒，高小麗，王鵬科，馮佰利

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基于國家品種區域試驗數據的中國糜子品種產量和性狀變化

楊璞，Rabia Begum Panhwar，李境，高金鋒，高小麗，王鵬科，馮佰利

（西北農林科技大學農學院/旱區作物逆境生物學國家重點實驗室，陜西楊凌 712100）

整理分析近17年間全國糜子品種區域試驗參試品種的產量和農藝性狀變化，探討中國糜子品種改良進展和育種水平變化，為未來中國糜子的遺傳改良提供依據。利用多元回歸、相關分析和聚類分析等方法，分析1998—2014年國家糜子品種區域試驗參試品種不同年份主要性狀的變異，比較主要育種單位選育糜子品種性狀的差異。1998—2014年糜子參試品種性狀變異顯著。隨年份推進，粳性糜子品種產量和單株粒重以及糯性糜子品種產量、單株粒重和穗長持續增加。17年間粳性和糯性糜子產量分別增加了50%和21%，單株粒重分別增加了90%和7%，穗長分別增加了19%和29%，生育期長度、株高、主莖節數量和千粒重等性狀變化不明顯。來自黑龍江、吉林、遼寧、內蒙古、河北、山西、陜西、甘肅和寧夏等9個糜子主產?。▍^）的17家育種單位提供了65個糜子區域試驗品種，其中7家同時提供了粳性和糯性糜子品種，2家只提供了粳性糜子品種，8家只提供糯性糜子品種。來自內蒙古、甘肅和寧夏的3家育種單位貢獻了參試品種的55.4%。近6年來自這3家單位的品種產量表現優異，是中國糜子育種的中堅力量。多元回歸分析表明，粳性糜子的生育期長度、主莖節數量和單株粒重決定了產量82.8%的變異，糯性糜子的主莖節數量和單株粒重決定了產量78.6%的變異。相關性分析表明，粳性和糯性糜子的主穗長和單株粒重均與單株產量顯著正相關，而其他性狀間相關性在粳性和糯性糜子中均有所不同。聚類分析結果表明，粳性糜子育成品種分為2類，糯性糜子育成品種分為3類。1998—2014年，國家區試中粳性和糯性糜子參試品種產量穩步增加，表明中國糜子育種水平有了一定提高。但育種手段相對單一，育種方法多樣性程度較低。糜子區試對產量相關性狀和品質性狀的關注不夠，培育高產、優質、適口性好、蒸煮品質優良、抗性淀粉含量高、耐落粒、適合機械化的糜子品種是未來糜子育種的發展方向。強化雜交、遠緣雜交、誘變育種、雙單倍體以及多倍體育種等傳統技術的應用，充分利用基因組學和分子育種學研究方法，加強傳統育種技術與現代生物技術結合，是系統提升糜子育種技術水平的重要途徑。

糜子；區域試驗；產量；農藝性狀；品種改良

0 引言

【研究意義】糜子（L.）是禾本科黍屬作物，又稱黍、稷、糜，是10 000年前起源于中國的最古老作物[1]，常常被用作糧食和飼料[2]，在中國旱作農業生產中有十分重要的地位。中國糜子分布地域南北跨越68°、東西橫跨67°、垂直高度2 800 m，主要集中在長城沿線地區。按照地理分布和熟期可以將糜子產區分為東北春糜子區、華北夏糜子區、北方春糜子區、黃土高原春夏糜子區、西北春夏糜子區、青藏高原春糜子區和南方秋冬糜子區[3]。糜子有粳性和糯性2種，粳性糜子約含20%直鏈淀粉和80%支鏈淀粉，糯性糜子的淀粉幾乎全為支鏈淀粉，不含直鏈淀粉[4]。中國東經110°以西地區主要栽培粳性糜子，以東地區主要栽培糯性糜子。優良糜子品種是糜子生產的基礎，品種區域試驗是糜子品種能否推廣應用的重要依據。參試品種的產量、品質和農藝性狀表現代表著一定時期內育種研究與生產的水平[5]。系統分析前期糜子區域試驗品種特性，剖析當前糜子育種存在的關鍵問題，為未來糜子育種提供經驗?！厩叭搜芯窟M展】中國從20世紀50年代開始糜子品種資源的收集、保存工作；20世紀50—60年代，陜西、甘肅、寧夏、內蒙古和黑龍江等地的科研單位先后開展了糜子育種工作；到20世紀80年代，糜子育種單位擴大到20多個；目前，全國糜子育種單位不足20個。從1983年開始，中國開始組織開展國家糜子品種區域試驗，至1998年共進行了5輪，鑒定了一批糜子優良品種，在生產上發揮了重要作用[3]。2001年種子法實施后，糜子被列為非審定作物，全國農業技術推廣服務中心組織了國家糜子區域試驗。獲得所有參試品種的生育期、株高、穗重、主莖節數量、千粒重、產量等性狀數據[6]，通過品種區域試驗，先后共有130多個糜子品種通過國家和省級鑒定[7]。通過對參試品種性狀的分析發現，穗粒重、千粒重、株高和產量之間存在顯著的關聯[6, 8-9]。在玉米[10-13]、小麥[14-15]、水稻[16-18]等作物的研究中，分析連續多年的品種數據均為作物品種改良提出了建設性意見，通過改良產量構成因子性狀有望進一步提高作物產量[19]。除了產量及相關性狀以外，品質性狀也是影響某些作物品種鑒定的重要因素，目前，在糜子品種區域試驗中，主要關注了碳水化合物、脂肪和蛋白質含量，對于水稻、玉米、小麥等作物[10, 20-23]中有關米質[24]、抗性[25]和純度[26]等品質性狀都缺少關注?！颈狙芯壳腥朦c】長期以來受到產量低、適口性差和地域性強等因素的影響，糜子生產水平一直徘徊不前，糜子品種改良未有突破性進展。因此，通過對糜子的國家區域試驗數據進行分析，梳理連續5輪（近17年）國家糜子區域試驗參試品種的性狀變化，比較不同年份、不同育種單位品種之間的差別，探究目前糜子育種工作中存在問題，為未來糜子品種改良提供參考?！緮M解決的關鍵問題】本研究對1998—2014年參加糜子區域試驗的糜子（粳性、糯性）品種的主要農藝性狀進行分析，研究不同年份和育種單位之間的差異及其對產量的影響，為更好地開展糜子品種改良、提高育種水平提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1998—2014年全國農業技術推廣服務中心共組織了5輪國家糜子區域試驗，分別是1998—2000、2003—2005、2006—2008、2009—2011和2012—2014年。參加區域試驗（粳性和糯性）的粳性糜子品種共32個，糯性糜子品種共33個，分別由中國糜子主產區的17家育種單位提供（電子附表1）。5輪區域試驗共涉及30個試點，粳性糜子25個，糯性糜子29個，每輪試驗的區域試驗點數分別為5—17個。粳性糜子和糯性糜子的品種和試點的分布如圖1所示。

a：粳性糜子；b：糯性糜子?？招娜Γ浩贩N；實心點：試點

1.2 調查指標與方法

試驗主要調查了包括生育期長度、株高、主莖節數量、主穗長、單株粒重、千粒重和產量在內的7個性狀。各性狀的度量方法如下：

生育期長度：出苗到成熟的天數，以“d”表示；

株高：植株基部至穗頂端的長度，以“cm”表示；

主莖節數量：主莖基部至穗部節間的數目，以“節”表示；

主穗長：穗基部到穗頂端的長度，以“cm”表示；

單株粒重：各株種子重量，以“g”表示；

產量：各小區種子重量換算成公頃產量，以“kg·hm-2”表示。

1.3 數據統計方法

用Excel 2016軟件對所有品種的性狀值進行統計分析。用STATISTICA 7.0軟件進行農藝性狀間的相關分析以及產量與農藝性狀間的多元線性回歸分析。用SPSS 23.0軟件進行不同育種單位提供品種間的聚類分析，用Ward法進行聚類，區間測量方法選擇平方歐氏距離。

2 結果

2.1 糜子參試品種主要性狀變化

基于1998—2014年參加區域試驗的32個粳性糜子品種和33個糯性糜子品種的產量和6個產量相關性狀表現進行分析，將各品種在所有試點的某個表型進行平均作為該性狀在該年的表型，每個品種在一輪區域試驗3年的平均作為該輪區試中該性狀的表型值。結果發現，粳性糜子各品種生育期長度在79.8—104.6 d，平均為96.8 d；株高為140.2—160.3 cm，平均為147.7 cm；主莖節數量為7.0—8.2節，平均為7.6節；穗長為32.2—38.4 cm，平均為34.8 cm；單株粒重為4.8—9.1 g，平均為6.7 g；千粒重為7.2—7.7 g，平均為7.5 g。產量2 440.3—3 658.3 kg·hm-2，平均為3 173.0 kg·hm-2?？梢?，粳性糜子的7個性狀在不同年份的表現均存在顯著差異，其中產量和單株粒重隨著年份向后推移而顯著持續增加，從1998—2014年產量和粒重分別增加了50%和90%，其他性狀沒有發生明顯變化（表1）。

糯性糜子中，各品種生育期長度在100.7—107.0 d，平均為102.7 d。株高為134.6—159.0 cm，平均144.5 cm。主莖節數量為7.2—7.7節，平均為7.5節。穗長為29.4—38.0 cm，平均34.7 cm。單株粒重為5.3—10.2 g，平均為7.5 g。千粒重為6.9—7.4 g，平均為7.1 g。產量為2 941.9—3 559.1 kg·hm-2，平均為3 164.4 kg·hm-2?？梢?，糯性糜子的7個性狀在不同年份間也分別存在顯著差異，產量、穗長和單株粒重隨著年份的推移而顯著持續增加，17年間這3個性狀分別增加了21%、29%和7%，其他性狀變化不大（表2）。

將粳性糜子和糯性糜子這5輪區試各性狀的平均值進行比較發現，粳性糜子的生育期長度、株高、主莖節數量、穗長、單株粒重、千粒重和產量分別是糯性糜子的94.3%、102.2%、101.3%、100.3%、89.3%、105.6%和100.3%。

2.2 糜子育種單位和育種水平變化

1998—2014年，來自黑龍江、吉林、遼寧、內蒙古、河北、山西、陜西、甘肅和寧夏等9個糜子主產?。▍^）的17家育種單位為國家糜子區域試驗提供了品種。其中，內蒙古、山西和陜西各3個單位，黑龍江和河北各2個單位，其他4個?。▍^）各1個單位。有7個單位同時提供了粳性和糯性糜子品種，有2個單位僅提供了粳性糜子品種，8個單位只提供了糯性糜子品種。內蒙古鄂爾多斯市農牧業科學院、甘肅省農業科學院作物研究所和寧夏農林科學院固原分院3家單位分別提供了11、10和15個糜子品種，占糜子區域試驗品種總數的55.4%。來自內蒙古的育種單位為全部5輪粳性糜子和糯性糜子區域試驗提供了品種，來自于甘肅和寧夏的育種單位為全部的粳性糜子區域試驗提供了品種，來自于山西的育種單位為所有的糯性糜子區域試驗提供了品種。內蒙古和陜西的育種單位分別為2輪和3輪粳性糜子區域試驗提供了品種，黑龍江、吉林、遼寧、河北、陜西、甘肅和寧夏的育種單位分別為3輪、2輪、1輪、2輪、1輪和4輪糯性糜子區域試驗提供了數據。

表1 1998—2014年粳性糜子品種主要農藝性狀表現

表2 1998—2014年糯性糜子參試品種主要農藝性狀表現

由于高達62.5%（15/24）的單位只提供了1個或2個參試品種，很多單位只參加了1—2輪區域試驗。因此，單個育種單位的品種表現不能很好地體現該地區的糜子育種水平。而同一省份育種單位品種的綜合表現能更好地代表同一糜子生態區的育種水平。為了客觀分析育種單位育種水平的差異，本研究將同一?。▍^）的不同育種單位的品種歸到同一組進行比較。

粳性糜子供種單位共9個，分別分布于內蒙古、山西、陜西、甘肅和寧夏5?。▍^）。1998—2014年，參試品種的生育期長度為87.5—95.8 d，平均為94.2 d，其中甘肅最長，山西最短；株高為139.9—159.9 cm，平均為147.3 cm，其中甘肅最高，內蒙最低；主莖節數量分別為7.0—7.9節，平均為7.4節，其中甘肅最高，山西最低；穗長為34.5—36.9 cm，平均為35.4 cm，其中山西最高，內蒙和寧夏最低；株粒重為6.7—8.1 g，平均為7.4 g，其中陜西最高，內蒙和甘肅最低；千粒重為7.0—7.9 g，平均為7.58 g，其中內蒙和陜西最高，寧夏最低；產量為3 149.3—3 512.0 kg·hm-2，平均為3 261.9 kg·hm-2，其中內蒙古最低，山西最高（表3）。

糯性糜子供種單位共15家，分別分布在黑龍江、吉林、遼寧、內蒙古、河北、山西、陜西、甘肅和寧夏等9?。▍^）。1998—2014年，參試品種的平均生育期長度為100.0—109.5 d，平均103.1 d，其中陜西最長，遼寧最短；株高為128.8—163.7 cm，平均為147.6 cm，其中陜西最高，吉林最低；主莖節數量為7.1—8.4節，平均值7.6節，其中陜西最高，內蒙古最低；穗長為31.5—37.5 cm，平均為34.9 cm，其中遼寧最高，甘肅最低；株粒重為5.2—9.9 g，平均值7.7 g，其中河北最高，甘肅最低；千粒重為6.3—7.9 g，平均6.9 g，其中內蒙古最高，黑龍江最低；產量為2 552.8— 3 403.4 kg·hm-2，平均為3 085.9 kg·hm-2，其中內蒙古最高，甘肅最低（表4）。

將不同供種單位提供參試糜子品種的農藝性狀進行聚類分析，結果顯示，粳性糜子育成品種分為2大組（=0.05），其中內蒙古、甘肅、寧夏和陜西的品種被分為一組，山西省育成品種被單獨分為一組；糯性糜子育成品種被分為3組（= 0.05），河北、寧夏、內蒙古和山西育成品種分為一組，黑龍江、吉林、遼寧、陜西育成品種被分為一組，甘肅育成品種被單獨分為一組（圖2）。

a：粳性糜子品種；b：糯性糜子品種 a: non-waxy broomcorn millet cultivars; b: waxy broomcorn millet cultivars

表3 1998—2014年各育種單位培育的粳性糜子產量和農藝性狀表現

表4 1998—2014年各育種單位糯性糜子產量和農藝性狀表現

2.3 參試糜子品種主要農藝性狀間的多元回歸和相關性分析

分別利用17年間粳性糜子和糯性糜子參試品種的主要農藝性狀進行相關性分析（表5）。結果發現，單株產量分別與主穗長和單株粒重顯著正相關；主穗長與單株粒重顯著正相關；株高分別與主莖節數量和主穗長顯著正相關。在粳性糜子中，生育期長度與株高、主穗長和單株粒重分別呈顯著負相關；而在糯性糜子中顯著正相關。此外，在粳性糜子中產量還與生育期長度和主莖節數量顯著正相關，在糯性糜子中是與株高呈顯著正相關。在糯性糜子中，單株粒重分別與主莖節數量和株高顯著正相關；千粒重與主穗長和單株粒重顯著相關，這些相關性在粳性糜子中并不顯著。說明在粳性糜子和糯性糜子中單株產量的提高均可以通過增加主穗長和單株粒重來實現，在粳性糜子中還可以通過降低生育期長度和主莖節數量來實現，而在糯性糜子中效果并不明顯。在糯性糜子中可以通過增加株高來實現，在粳性糜子中卻沒有效果。

以生育期長度（1）、株高（2）、主莖節數量（3）、穗長（4）、單株粒重（5）和千粒重（6）6個農藝性狀為自變量，單位面積產量為因變量（）進行多元回歸分析，分別建立了粳性糜子和糯性糜子產量與其他性狀的最優回歸模型：

表5 粳性糜子和糯性糜子主要性狀之間的相關性

左下三角為粳性糜子性狀之間相關性系數；右上三角為糯性糜子性狀之間相關性系數。*表示在＜0.05水平差異顯著，**表示在＜0.01水平差異極顯著

the lower left triangle indicates the coefficients of correlation between traits of non-waxy broomcorn millet; upper right triangle indicates the correlation coefficient between traits of waxy broomcorn millet. *indicates significant level at＜0.05, ** indicates significant level at＜0.01

（1）粳性糜子：= 1679.556 + 17.6081-223.0153+ 248.8095（=0.9100，2= 0.8282，= 43.398，= 0.0000）；

（2）糯性糜子：=3067.758-317.5523+123.3105（=0.8865，2=0.7859，=23.859，=0.0000）。

以上表明在粳性糜子中，生育期長度、主莖節數量和單株粒重決定了產量82.8%的變異，而在糯性糜子中，主莖節數量和單株粒重一起決定了產量78.6%的變異。

3 討論

3.1 糜子產量等性狀改良取得成效

利用1998—2014共17年間所有粳性糜子和糯性糜子區域試驗的參試品種表現和品種供種單位變化進行比較，以期全面了解中國糜子育種水平變化。結果發現，所有粳性糜子和糯性糜子品種的產量和主要農藝性狀在不同年份中均存在顯著差異，而且粳性糜子中的產量和單株粒重以及糯性糜子中的產量、穗長和單株粒重均隨年份的增長而持續增長。17年間粳性糜子的產量和粒重分別提高了50%和90%，糯性糜子的產量和單株粒重分別提高了21%和7%，表明糜子品種產量和產量關聯性狀的改良取得了顯著的成效，而且粳性糜子改良的效果要優于糯性糜子。粳性糜子和糯性糜子產量的年均增幅分別為3%和1%，粳性糜子和糯性糜子單株粒重的年均增幅分別為5%和4%，該增幅與水稻、小麥等作物的40多年的年均產量增幅接近[27-31]。然而，在水稻和小麥等作物中由于矮稈基因的利用導致的綠色革命以及雜種優勢的成功利用，使得產量得到顯著提高。水稻產量由20世紀40年代的2 000 kg·hm-2，提高到目前的15 000 kg·hm-2以上，在糜子育種過程中還沒有發生類似育種事件。除了產量和粒重，其他性狀增幅較低。在水稻、玉米、小麥中，單個性狀的年均增長幅度能夠達到0.48%[32]，主要原因在于這些作物對產量性狀的研究比較深入，對產量、生物量、收獲指數、光合作用相關性狀、營養利用率和抗逆性均有系統的研究和改良[32]。糜子區域試驗中主要考察了生育期長度、主莖節數量、生育期、穗長、單株粒重、千粒重和產量共7個性狀的表現，這些性狀不足以全面描述品種的特性。在糜子區域試驗中，僅僅考察了產量構成因子中的粒重，缺少穗數和穗粒數的數據。眾多研究均表明，產量是一個復雜性狀，產量構成因素性狀的改良對產量的提高至關重要。在水稻中采用的策略是在一定有效穗數的基礎上通過增加穗粒數和粒重來實現產量的提高[33]。因此，糜子的育種過程中，要綜合考慮穗數、穗粒數和粒重、光合速率、營養利用效率、抗逆性等性狀的協同作用。

3.2 穩定的投入和團隊是糜子品種改良持續發展的動力

中國糜子育種始于20世紀50年代，1983年開始進行糜子國家區域試驗，目前共進行了10輪，鑒定了40多個品種。近17年正處于新種子法實施階段，糜子被納入非審定作物名錄，糜子研究日漸興盛，盡管如此，也只有17個育種單位為糜子區域試驗提供了品種。內蒙古、甘肅和寧夏的3家育種單位共提供了36個糜子品種，占糜子區域試驗品種總數的55.4%。因此，它們是中國糜子育種力量的核心。通過近5輪區域試驗，一共有30個糜子品種通過鑒定。在主糧作物中，僅2006—2007年，水稻的年均審定的品種數量已經達到498.5個[34]。在1972—2013年，玉米的國家和地區審定的品種總數為6 291個[35]。2006—2010年間，有50個小麥品種通過河南省品種審定[36]。2016年，有34個小麥通過國家品種審定。由此可見，相同時期內主糧作物的品種選育數量遠超糜子，育種力量投入也遠大于糜子。因此，從產量改良方面來看，糜子和主糧作物之間還存在很大的差距，最重要的原因在于糜子育種起步晚，基礎較薄弱，投入少，科研力量薄弱。

3.3 適口性好和適宜機械化是糜子品種改良的主攻方向

品質是糜子重要的經濟性狀，決定了糜子的應用價值和市場競爭力，是除了產量之外的又一重要育種目標。目前，糜子區域試驗重點突出了產量和農藝性狀，品質性狀只關注了碳水化合物、脂肪和蛋白質，品質性狀改良效果有限。糜子營養豐富，含有豐富的膳食纖維和生物活性物質，但適口性差嚴重制約了糜子消費。人們喜歡中等直鏈淀粉含量、中等糊化溫度和軟膠稠度的品種[37]。未來糜子品質改良應主要突出適口性好、蒸煮品質高、抗性淀粉含量高、優質專用、符合加工要求[7]。糜子淀粉具有抗性淀粉特性[38]，可抵抗酶的分解、可控制血糖平衡、具有可溶性食用纖維的功能，可以增加經濟價值[39]，選育高抗性淀粉含量的品種能顯著增加糜子生產效益。生育酚具有抗氧化活性，能防止動脈硬化、降低膽固醇、改善血液循環、防止心腦血管疾病等功效[40]，選育高生育酚含量的品種能增加糜子經濟效益。選育抗倒伏、耐落粒和適合機械化的糜子品種是糜子育種的又一方向，可顯著提高種植作物的勞動效率和經濟效益[41]。此外，在農業轉方式、調結構的當下，糜子品種應由單一的糧用糜子轉向糧用、食療保健、飼用、觀賞等多元化方向發展。

3.4 育種方法多元化是實現糜子育種目標多元化的必要手段

優異資源挖掘和種質創新是糜子品種改良的基礎和品種突破的關鍵，糜子育種目標的多元化需要多樣化的種質資源和多樣化的育種方法。近17年的糜子參試品種，80%以上是由系統選育而成，其他品種為雜交育種或誘變育種獲得。雜交育種和雜種優勢利用是提高作物產量的有效手段，但是由于糜子雜交技術比較復雜，目前還未得到大面積推廣和應用。新的育種技術如組織培養技術創制雙單倍體，雄性不育系的發掘以實現三系或兩系配套，以及利用基因組學的研究成果，引入分子育種技術目前在水稻、玉米和其他作物中得到了廣泛的應用，而這些育種技術在糜子中還未見報道。因此，糜子育種的下一階段，育種家在廣泛收集、鑒定、評價國內外優異種質資源的基礎上，充分引入新的育種方法和手段，大量創新優質育種資源是實現糜子育種水平的顯著提升的關鍵所在。借鑒大宗作物育種成果和技術，以傳統育種方法為基礎，大力發展雜交育種、多倍體育種、誘變育種等技術，并將其與分子育種等技術結合起來，創制具有優異性狀的種質材料或新品種，實現糜子品種的多元化發展。

4 結論

自1998年到2014年的17年間，粳性糜子品種的產量和單株粒重以及糯性糜子品種的產量、單株粒重和穗長隨年份的推移而持續增加。在粳性糜子中生育期長度、主莖節數量和單株粒重決定了產量82.8%的變異，在糯性糜子中主莖節數量和單株粒重一起決定了產量78.6%的變異。在粳性糜子和糯性糜子中，主穗長和單株粒重均與單株產量顯著正相關，而其他性狀的相關性在粳性糜子和糯性糜子中均有所不同。目前，中國糜子育種主要關注產量，培育適口性好、蒸煮品質優良、抗性淀粉含量高、抗落粒、抗倒伏以及適于機械化栽培的品種是糜子育種的主攻方向，大宗作物中廣泛采用的各種傳統育種方法和分子育種技術也將在糜子育種中得到廣泛應用。

致謝：承蒙國家糜子品種區域試驗試點和育種單位提供了試驗品種，參與了試驗，提供了翔實的試驗資料和數據，在此謹表謝意。

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（責任編輯 李莉）

附表1 1998—2014年區域試驗粳性糜子和糯性糜子參試品種

Table S1 Non-waxy and waxy broomcorn millet cultivars tested from 1998 to 2014

序號No.育種單位Breeding institutions省(區)Province品種Cultivar 粳性 Non-waxy糯性 Waxy 1黑龍江省農業科學院作物育種研究所Crop Breeding Institute of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences黑龍江Heilongjiang輻07-405；龍輻07-411Fu 07-405; Longfu 07-411 2黑龍江省農業科學院齊齊哈爾分院Qiqiharbranch of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences黑龍江Heilongjiang粘豐5號；粘豐7號Nianfeng 5; Nianfeng 7 3吉林省白城市農業科學院Baicheng Academy of Agricultural Sciences吉林Jilin8909-6；白糜2號；白糜1號8909-6; Baimi 2; Baimi 1 4遼寧省農業科學院Liaoning Academy of Agricultural Sciences遼寧Liaoning遼糜3號Liaomi 3 5赤峰市農牧業科學院Chifeng Academy of Agriculture and Animal Husbandry內蒙古Inner Mongolia赤08-58Chi 08-58 6鄂爾多斯市農牧業科學院Erdos Academy of agriculture and animal husbandry內蒙古Inner Mongolia伊選紅糜；伊8414-1-2-1；內糜八號；內糜九號；伊8804-5；伊9101-1Yixuanhongmi; Yi 8414-1-2-1; Neimi 8; Neimi 9; Yi 8804-5; Yi 9101-1伊83002-233；伊選黃糜；伊8422-6-3-5；內糜六號；內糜七號Yi 83002-233; Yixuanhuangmi; Yi 8422-6-3-5; Neimi 6; Neimi 7 7內蒙古農牧業科學院Inner Mongolia Academy of agriculture and animal husbandry內蒙古Inner Mongolia蒙粳糜7號Mengjingmi 7蒙糯糜1號Mengnuomi 1 8河北省承德農業學校Chengde Agricultural School河北Hebei承黍95Chengshu 95 9承德市農業科學研究所Chengde Agricultural Science Research Institute河北Hebei承黍11-35Chengshu 11-35 10山西省農業科學院高寒區作物研究所High Altitude Crops Institute, Shanxi Academy of Agricultural Sciences山西Shanxi雁糜9923-7Yanmi 9923-7雁黍7號；雁黍8號；雁黍8760；90322-2-33；9723-2Yanshu 7; Yanshu 8; Yanshu 8760; 90322-2-33; 9723-2 11山西省農業科學院右玉試驗站Youyu Experimental Station of Shanxi Academy of Agricultural Sciences山西ShanxiYym0965 12山西省農業科學院品種資源研究所Institute of Germplasm Resources, Shanxi Academy of Agricultural Sciences山西Shanxi晉黍7號Jinshu 7 13延安市農業科學研究所Yan’an Agricultural Science Research Institute陜西Shaanxi蟠龍黃糜子Panlonghuangmizi 14榆林市農業科學研究院Yulin Academy of Agricultural Sciences陜西Shaanxi榆95(H)-8；PZ-00424Yu 95(H)-8; PZ-00424榆95(8-7)-7Yu 95(8-7)-7 15西北農林科技大學Northwest A&F University陜西ShaanxiSJM10-06；M10-11SNM10-03；SNM10-05 16甘肅省農業科學院作物研究所Crop Research Institute of Gansu Academy of Agricultural Sciences甘肅Gansu甘9103-6-3-1-4；甘9113-2-5-1-4；甘9109-2-1-2；甘9109-6-1-1-1-1-2；甘9113-1-3-4-1；9308-1-10-3；9103-6-3-1-4；9110-1-2-5-6；9602/2/5Gan 9103-6-3-1-4；Gan 9113-2-5-1-4；Gan 9109-2-1-2；Gan 9109-6-1-1-1-1-2；Gan 9113-1-3-4-1；9308-1-10-3；9103-6-3-1-4；9110-1-2-5-6；9602/2/5隴黍1號Longshu 1 17寧夏農林科學院固原分院Guyuan branch of Ningxia Academy of agriculture and Forestry Sciences寧夏Ningxia固糜19號；固995634-3；固975143；固02-25；固01-391；寧04－339；寧04－262；固05-223；固05-161Gumi 19；Gu 995634-3；Gu 975143；Gu 02-25；Gu 01-391；Ning 04－339；Ning 04－262；Gu 05-223；Gu 05-161固糜20號；固99546；固02-35；固02-433；固09-389；固05-299Gumi 20；Gu 99546；Gu 02-35；Gu 02-433；Gu 09-389；Gu 05-299

Changes of Yield and Traits of Broomcorn Millet Cultivars in China Based on the Data from National Cultivars Regional Adaptation Test

YANG Pu, Rabia Begum Panhwar, LI Jing, GAO JinFeng, GAO XiaoLi, WANG PengKe, FENG BaiLi

(College of Agronomy, Northwest A&F University/State Key Laboratory of Crop Stress Biology for Arid Areas, Yangling 712100, Shaanxi)

The changes in yield and agronomic traits of broomcorn millet cultivars were analyzed in the national cultivars regional adaptation tests made in recent 17 years. The progress of broomcorn millet improvement and the capacity of the breeding institutions in China were investigated, aimed to provide information for further genetic improvement of broomcorn millet in China.The multivariate regression analysis, correlation analysis and cluster analysis were employed. The phenotypical variation of the broomcorn millet cultivars in the national regional adaptation tests were analyzed from the year 1998 to 2014. The differences in traits among the cultivars that bred by different breeding institutions were compared.The traits altered significantly among the years from 1998 to 2014 for broomcorn millet cultivars. Yield and grain weight per plant of non-waxy millet, and the yield, grain weight and panicle length of waxy millet constantly increased over the years. In the past 17 years, the yield of non-waxy and waxy millet increased by 50% and 21%, respectively. The grain weight per plant was increased by 90% and 7%, respectively. Panicle length was increased by 19% and 29%, respectively. There were no significant alteration in growing duration, plant height, node number and grain weight. Seventeen breeding institutions from Heilongjiang, Jilin, Liaoning, Inner Mongolia, Hebei, Shanxi, Shaanxi, Gansu and Ningxia provided 65 cultivars in total for the national cultivar regional adaptation test. Of which, seven institutions provided both non-waxy and waxy cultivars, two institutions provided only the non-waxy cultivars, and eight institutions provided only the waxy cultivars. The breeding institutions from Inner Mongolia, Gansu and Ningxia contributed 55.4% of the cultivars in total. In the latest 6 years, the cultivars from these 3 regions showed excellent performance, thus the breeding institutions in these regions are the backbone of broomcorn millet breeding in China. Multivariate regression analysis on yield and agronomic traits showed that the growing duration, node number and grain weight per plant contributed 82.8% of the yield variation for the non-waxy millet, whereas in the waxy millet, the node number and grain weight per plant together determined 78.6% of the yield variation. The correlation analysis showed that in both the non-waxy and waxy millet, panicle length and grain weight per plant were significantly correlated with yield per plant, however, the correlation among other traits were different between non-waxy millet and waxy millet. The cluster analysis showed that the non-waxy cultivars were grouped into 2 categories, whereas it could be divided into 3 categories for the waxy cultivars.The yield of non-waxy and waxy millet in China were increased steadily from 1998 to 2014, which indicated that the breeding ability of the institutions in China has increased. However, the breeding method is relatively simple and the diversity of the breeding method is low. Broomcorn millet breeders ignored the importance of the yield related traits and quality traits. As for the broomcorn millet breeding direction in the future, the cultivars with high yield, high quality, good palatability, good cooking quality, high resistant starch content, strong resistance to shattering and good adaptability for mechanized cultivation should be developed. Multiple breeding methods including the traditional breeding methods such as hybrid breeding, distant hybridization, mutation breeding, doubled haploid and polyploidy breeding technology, introducing the methodology of genome research and molecular breeding, and combining traditional breeding with modern biotechnology are the most important strategy for improving the breeding technology of broomcorn millet.

broomcorn millet; regional adaptation test; yield; agronomic traits; cultivar improvement

2017-05-12；

2017-06-15

國家自然科學基金（31371529）、國家現代農業產業技術體系（CARS-07-A9）、科技部國家科技支撐計劃課題（2014BAD07B03）、中央高?；究蒲袠I務費（2452015128）

聯系方式：楊璞，Tel：029-87082889；E-mail：yangpu@nwsuaf.edu.cn。Rabia Begum Panhwar，E-mail：1936778928@qq.com。楊璞和Rabia Begum Panhwar為同等貢獻作者。通信作者馮佰利，E-mail：fengbaili@nwsuaf.edu.cn。通信作者王鵬科，E-mail：ylwangpk@163.com