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16个国外鸭茅种质材料引种与初步评价

2011-04-25才宏伟刘艺杉王赟文

草业科学 2011年4期
关键词:四倍体二倍体草业

徐 倩,才宏伟,刘艺杉,王赟文

(1.中国农业大学动物科学技术学院草业科学系,北京 100193; 2.中国农业大学农业与生物技术学院植物遗传育种系,北京 100193; 3.北京克劳沃草业技术开发中心,北京100029)

鸭茅(Dactylisglomerata)是一种优良的丛生型冷季禾本科鸭茅属牧草,原产于欧洲、北非和亚洲温带地区[1],现在北美、欧洲、大洋洲和亚洲广泛种植[2-3]。鸭茅叶量丰富,草质柔嫩,牛、羊、马、兔等均喜食,可用作放牧或制作干草[4],也可收割青饲或制作青贮饲料,具有很好的利用价值。鸭茅抗逆性较强,表现出一定的耐旱、耐热、耐瘠薄和耐荫能力,是栽培草地建植、天然草地改良与植被恢复选用的重要草种之一,在我国的云贵高原、四川盆地、华北、西北、东北和华中地区均有种植,适应性广泛。

按染色体数目的不同,鸭茅有四倍体和二倍体两种类型,两种倍型分别包含多个亚种,相同倍型的不同亚种之间可自由杂交。根据起源、形态及生长特征,鸭茅又可分为欧洲型和地中海型,欧洲型的特点是夏季生长,冬季休眠;而地中海型则相反,夏季休眠,冬季生长。目前国外栽培利用的鸭茅品种主要是起源于欧洲的四倍体鸭茅亚种(D.glomeratasubsp.glomerata),二倍体鸭茅亚种栽培利用较少[6]。我国野生鸭茅资源主要分布于西南横断山区,有二倍体和四倍体野生类型[7]。在新疆天山山脉的森林边缘地带也有分布,并散见于大兴安岭东南坡地[4]。我国野生鸭茅种质资源的收集、评价与利用以西南地区分布的种质材料为主,从形态学、遗传学、农艺学和分子标记检测等方面,开展了大量的遗传多样性与栽培品种选育研究[6-15]。除1个国外引进品种外,我国选育获得的鸭茅品种仅有3个,与日本和欧美等发达国家相比,还存在很大差距。

为丰富我国鸭茅种质资源,积极利用国外选育获得的品种或种质材料,促进我国鸭茅新品种选育工作,本研究参考多种牧草的种质资源形态学研究的方法[16-18],选取16个国外引进的野生鸭茅亚种或育成品种材料在北京种植,进行初步的田间形态学性状观测,旨在为鸭茅不同倍性材料的遗传学分析与选育利用提供依据。

1 材料与方法

1.1试验地自然概况 试验于2008-2009年在北京东郊克劳沃草业技术开发中心双桥科研与生产基地进行。试验地地势平坦、开阔,光照、通风条件良好,土壤质地为砂质土壤,土壤熟化程度高。试验地位于华北平原北端,39°34′ N,116°28′ E,海拔50 m,为典型的暖温带半湿润大陆性季风气候,夏季高温多雨,冬季寒冷干燥。年平均气温10~12℃,年平均降水量为595 mm,其中75%集中在6-8月[19]。

1.2试验材料 参试的16个种质材料当中,包括9个日本鸭茅育成品种,来自日本草地畜产种子协会饲料作物研究所,均为首次引入我国的种质材料;7个野生鸭茅种质,来自美国植物引种试验站(表1),其中PI316209和PI538922国内已有引进与评价研究[12],其余5份材料目前在我国尚未有评价报道。

表1 试验材料及其来源

1.3试验设计 由于各参试材料收集到的种子数量少,试验按育苗后移栽的方式进行,每个材料观测评价50株,按15株为一个重复,每个参试材料重复3次。具体试验过程为:2008年7月温室育苗,当年10月将幼苗移至北京东郊的克劳沃草业技术开发中心双桥基地种植,株行距50 cm×50 cm。

1.4测定项目

1.4.1物候期 对每个品种2009年的返青期、拔节期、抽穗期、开花期和完熟期分别进行观测记录,各生育期以50%的植株达到发育阶段为依据。

1.4.2形态学性状 参考彭燕等[11]选用的测定指标和方法,对每个品种分别进行以下性状观测:1)抽穗期营养器官性状:叶长、叶宽、株高、节间长度、茎粗、旗叶长度、旗叶宽度;2)花序性状:花序长度、花序宽度;3)穗部性状:小穗长度、小穗宽度;4)种子性状:种子长度、种子宽度、种子千粒重。

1.5数据分析 试验数据用SPSS 16.0统计软件,对各参试材料不同观测性状的观测值进行单因素方差分析。根据14个性状的平均值,在进行标准化处理后,对其中15个参试材料进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1物候期 参试的16个国外鸭茅材料,2008年10月育苗移栽后,2009年3月开始返青。各参试材料在测试期间,均能安全越冬。除了从西班牙采集的野生鸭茅种质PI237601外,其他的15份参试材料在北京地区均能完成全生育期,而PI237601材料在观测当年未结种子。参试的9个日本育成品种当中,早生绿、春自慢和Barkas成熟期较早,均为97 d,而丘绿成熟期最晚,生育期为104 d(表2)。野生种质当中,PI283241和PI538921成熟最早,生育期均为93 d,二倍体的3份种质材料PI316209、PI420744和PI538922成熟最晚,生育期为106~108 d(表2)。根据各参试材料已有的染色体倍性信息,初步分析参试的四倍体材料普遍比二倍体材料的返青期早(表2)。

2.2形态学性状 参试的16份鸭茅种质材料之间,14项观测指标均不同程度地达到极显著(P<0.01)或显著水平(P<0.05)(表3)。其中,来自西班牙的PI237601材料植株矮小,长势较其他材料差,不能正常结实,表现出明显的不适应性。从参试材料在14项观测性状上的表现来看,种子千粒重、花序宽度、旗叶长度、叶片长度和节间长度等性状变异范围较大,而种子宽度性状的变异范围最小,变异系数为10.1%(表3)。

表2 2009年鸭茅参试材料物候期观测

2.3参试材料形态学性状的聚类分析 根据以上形态学观测结果,剔出具有明显不适性的PI237601材料后,对其余的15个参试材料的14个性状数据进行标准化处理,然后进行聚类分析,可以初步划分为四大类(图1)。

A类:包括‘丰绿’和‘春自慢’2个日本育成品种,以及PI316209、 PI420744和 PI538922共3个野生材料,均为二倍体材料,其中前2个均为鸭茅亚种D.glomeratasubsp.lobata,第3个为鸭茅亚种D.glomeratasubsp.woronowii。

B类:为来自俄罗斯的鸭茅亚种D.glomeratasubsp.lobata野生材料PI538921,主要特点是旗叶较宽。

C类:包括‘Barkas’、‘丘绿’、‘早生绿’、‘北绿’、‘牧场绿’5个日本育成品种和属于鸭茅亚种D.glomeratasubsp.smithii的PI441032,以及属于鸭茅亚种D.glomeratasubsp.lobata的PI283241,这类的主要特点是植株较为高大,种子千粒重较高。

D类:包括‘夏绿’、‘秋绿Ⅱ’2个日本育成品种。

图1 15个鸭茅表型性状欧氏距离聚类图

表3 鸭茅主要表型性状差异分析

3 讨论与结论

3.1物候期 对16份国外鸭茅种质材料的引种种植与初步观测发现,参试的种质材料大部分能适应北京地区,在移栽后第2年能完成整个生育周期,只有来源于西班牙的野生种PI237601不能结实。已知染色体倍性的材料当中,四倍体材料的返青期、开花期总体早于二倍体,这与Lumaret和Gulilerm[20]研究的鸭茅四倍体比二倍体开花早的结论相符合。

3.2表型性状 通过对这16份材料的表型性状的观测分析可以看出,参试的材料形态学差异较大。从测试的14项形态学指标当中,种子千粒重、花序宽度、旗叶长度、叶片长度和节间长度等性状变异范围较大,变异系数均大于20%。这与彭燕等[11]对以国内野生鸭茅种质为主的形态学多样性研究结果一致。种子长度和种子宽度变异最小,其次是旗叶宽度、小穗长度和叶片宽度变异较小。

3.3聚类分析 参试的16份鸭茅种质材料当中,除不能完成全生育期的PI237601之外,其余15份材料可划分为4类,其中3个二倍体鸭茅种质材料聚为一类,与其他四倍体材料存在明显差异。谢文刚等[12]的研究结果表明,鸭茅的遗传多样性与地理来源和气候类型存在一定的关系,我国收集的鸭茅野生种质与亚洲、欧洲、美洲、大洋洲和非洲等其他地域收集的种质之间存在明显的遗传差异。本研究与谢文刚等[12]的研究中均包括了PI316209和PI538922两份种质材料,本研究从形态学性状将PI316209和PI538922划分为一类的结果与谢文刚等用SSR分子标记的分析结果基本一致。本研究引进的鸭茅种质对丰富我国鸭茅种质资源,为进一步开展鸭茅遗传学及品种选育具有一定的作用。

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