山蚂蝗属Desmodium Desv.种质资源形态多样性研究

刘苗苗等

摘 要 对37份山蚂蝗材料的植物学特征、外部性状的变异及其规律进行观测统计及聚类分析。通过数据统计和相关性分析，结果表明：（1）山蚂蝗的植物学特征存在广泛变异，其变异系数为85%（叶柄长）～9%（叶色），平均为45%；（2）山蚂蝗植物学各性状指标间存在不同程度的相关性，其中叶片类型、叶尖、花冠颜色、茎的生长习性、旗瓣大小、荚果长、荚果宽、单荚粒数之间存显著（p<0.05）或极显著（p<0.01）正相关，叶长与叶宽正相关系数最大（0.892）；叶片类型与叶长、叶宽、花序轴长度成极显著负相关，系数分别为-0.611、-0.462、-0.485。通过聚类分析，在欧氏距离8.0处，可将37份供试山蚂蝗材料划分为6类，其中度尼山蚂蝗CIAT46562和灰色山蚂蝗CPI46561单独聚为一类，为直立或斜升、羽状三出复叶型。

关键词 山蚂蝗属；种资资源；形态特征；变异

中图分类号 S54 文献标识码 A

Abstract Sixteen important morphological characteristics of 37 Desmodium Desv. accessions were studied. The results indicated that abundant morphological variation existed among the populations of D. Desv. The coefficients of variation were in the range of 9% to 85%， with the average of 45%. The morphological characteristics of D. Desv. had different degree of correlation coefficient， and leaf type， blade tip， corolla color， stem growth habit， and the flag size， pod fruit length， pod fruit width， grains per pod had significant（p<0.05）or extremely significant（p<0.01）positive correlation， and the correlation coefficient between length and width of leaf was the largest（0.892）. In addition， the correlation coefficients between leaf type and leat length， leaf width and inflorescence length were negative， which was -0.611， -0.462， -0.485. Based on 16 morphological characteristics， these accessions were clustered into six groups. CIAT4656（D. dunniinicaraguense）and CPI46561（D. incanum）were a group， they were all erect or inclined and ternate pinnate leaf type.

Key words Desmodium Desv.； Germplasm resources； Botanical morphological characteristics； Variation

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.10.004

随着畜牧业的迅速发展，牧草研究作为生产业基础得以重视，海南地理位置特殊，气候条件优越，牧草资源丰富，尤为适宜牧草基础生产业的研究。山蚂蝗属（Desmodium Desv.）是豆科蝶形花亚科山蚂蝗族，一年或多年生草本或灌木植物，广泛分布于热带和亚热带地区，全球约350种[1-4]。山蚂蝗属植物适应性强，某些品系具有较强的抗旱性和耐盐性、耐干热、耐贫瘠，对土壤适应范围广等特点[5-7]，其用途广泛，可做饲料、绿肥、堤岸防护，也可用于人工草地建植或天然草地改良，某些山蚂蝗属植物具有较高的药用价值，某些舞草类还能用于园林造景[8-12]。由于山蚂蝗属某些植株粗蛋白含量较高，是较好的牧草饲料，1980年后，我国海南、广东、云南等省区先后从澳大利亚和哥伦比亚等国引进山蚂蝗属的多个牧草品种[13-14]，以丰富国内牧草种质资源。

关于山蚂蝗属植物的研究，国外研究较深入，Mbugua等[15]用银叶山蚂蝗、绿叶山蚂蝗等热带豆科植物进行体外消化试验发现，山蚂蝗属植物中的单宁能抑制反刍动物对饲料的消化率。Nurfeta等[16]将绿叶山蚂蝗与玉米秸秆配合饲喂绵羊发现，配合饲喂可提高绵羊对玉米秸秆的利用率。国内研究近几年有了较大发展，研究方面也越来越广泛，从生理生化到生物分子均有涉及。徐开未等[11]进行了关于山蚂蝗属固氮菌抗逆性研究，筛选到抗盐、抗酸碱、抗低温和高温性能均较强的优良菌株4株。贺欣、王春梅等[8，17]对山蚂蝗属植物进行分子标记，对其种质资源进行分类。国内对山蚂蝗植物外观形态的研究较少，而外观形态是山蚂蝗遗传变异研究的重要依据之一。不同来源的山蚂蝗种质在当地自然条件的过程中，必然发生遗传分化，并表现出种质之间形态上的差异[18]。因此植物外部形态的观测与研究是植物各方面研究的基础，对植物前初级生产层尤为重要。近年来我国关于植物种质资源调查的工作大量展开，植物形态方面的研究取得很大进展。杨慧滨[19]通过对四翅滨藜、冰草、高羊茅的植物学特征和物候期观察发现，四翅滨藜的适应性很强、营养价值高，适宜作为牧草引种；唐燕琼等[18]通过对48份柱花草种质植物学特性的观测研究，对其进行聚类分析，将48份种质分为两大类： 圭亚那种柱花草种和非圭亚那种柱花草种。随着山蚂蝗在牧草方面的开发，对山蚂蝗的研究也越来越广泛，范小勇等[6]对部分山蚂蝗植物学特性进行了观测分析，但由于该实验只对山蚂蝗属植物的叶和种子进行观测，因此本实验在此基础上增加了对茎和花的观测，增强数据的说服力，以研究山蚂蝗属不同种质资源主要形态特征的变异及探讨各性状间的相关性，以奠定山蚂蝗属植物种质资源的研究基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验地概况 试验在中国热带农业科学院牧草中心试验基地进行（北纬19°31′，东经109°34′），海拔149 m，属热带季风气候类型。太阳辐射强，光热充足。年平均光照时数在2 000 h以上，雨量适中，年降雨量900～2 200 mm，年均1 815 mm。由于受季风影响，全年雨量分布很不均匀，干季雨季分明。5～10月份为雨季，占年雨量的84%，11月～次年4月为干季，占年雨量的16%。土壤为花岗岩发育的砖红壤土，肥力中等，排水良好[12，20]。

1.1.2 材料 参试的山蚂蝗属种质共37份，均由中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所热带牧草中心提供（表1）。

1.2 方法

1.2.1 实验方法 山蚂蝗的种植小区面积26 m2（长6.5 m×宽4 m），行距50 cm，每小区13行，每行8株，每区105株，小区之间间隔1 m，走道1.5 m。试验观测期间为7月至翌年1月。根据热带牧草种质资源数据质量控制规范[21]，观测期间在每个小区内随机抽取山蚂蝗的茎、叶、花、荚果和种子进行观测，形态指标分为质量性状（茎的颜色、叶色、叶片类型、叶尖、叶基、花冠颜色、茎的生长习性）和数量性状（叶柄长、叶长和叶宽、花序轴长度、每朵花序小花数、旗瓣大小、荚果长度、荚果宽度和单荚粒数）。采用目测法测定质量性状，使用实验工具尺测量数量性状，每个指标重复20次。

1.2.2 形态指标测定 根据热带牧草种质资源数据质量控制规范[21]选择其中9项，具体如下：

叶色、叶片类型、叶尖、叶基、叶柄长、叶长和叶宽，茎的颜色、茎的生长习性：于2013年7月随机抽取成熟叶片20张，测定其叶柄长、长度和宽度，求平均值；采用目测法，观测叶色、叶片类型、叶尖、叶基和茎的颜色、茎的生长习性，20次重复。

花序轴长度、每朵花序小花数、旗瓣大小和花冠颜色：盛花期（2013年11月）随机抽取花序轴20枝，测定其花序轴长度、每朵花序小花数和旗瓣大小，求平均值；目测法观测花冠颜色，重复20次。

荚果长度、荚果宽度和单荚粒数：荚果成熟期（2014年1月）随机抽取荚果20枚，测定其荚果长度、宽度和每颗荚果的粒数，求平均值。

1.3 数据处理

运用Excel 2013进行数据整理，观测数据记录后，运用赋值法和数量性状共同进行变异性分析。赋值如下，茎的生长习性：1，直立；2，斜升；4，平卧；5，匍匐。花冠颜色：9，黄紫；14，白紫；16，淡紫；17，紫色；18，深紫；19，蓝紫。叶基：1，锐尖；2，渐尖；3，钝性；5，凹；6，凸；7，微凸；8，截形。叶片类型：1，单叶；6，羽状三出复叶。叶色：10，浅绿；11，绿色；12，深绿。茎的颜色：11，绿色；14，紫绿；17，紫色；18，深紫；20，红褐；21，褐色；22，深褐。利用SPSS（16.0）数据处理系统软件对所测性状进行处理，进行相关性分析，并按欧氏距离进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 山蚂蝗植物学性状变异分析

通过对37份山蚂蝗种质资源的16个植物学性状进行基本统计分析，结果表明（表2），不同材料间存在不同程度的差异，表现出明显的形态多样性。其中，叶柄长变异范围最大，为7.24～87.40，变异系数高达85%，其次是茎的生长习性，变异系数为76%，花序轴长度、叶片类型、每朵花小花数和叶尖变异系数亦较高，分别为70%、67%、65%和54%，变异范围分别为2.03～13.70、1.00～6.00、6.57～44.60和1.00～7.00；叶色变异幅度最小，变异系数仅为9%，变异范围为10.00～12.10；叶长、叶宽、旗瓣大小、荚果长度、荚果宽度、单荚粒数、茎的颜色、叶基、花冠颜色变异系数较小，分别为38%、45%、35%、37%、31%、32%、28%、34%和15%。

2.2 山蚂蝗植物学性状相关性分析

通过对供试材料统计分析发现，37份山蚂蝗之间的植物学形态并不是相互独立，而是存在一定的关系，由表3可知各营养器官之间存在一定的相关性。显而易见，叶长和叶宽之间极显著相关系数为0.892，叶片越长，叶片越宽，因此可知山蚂蝗植株叶片长宽比，较为集中，实验观测发现叶片类型基本为阔椭圆形。叶片类型与叶尖、茎的生长习性呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.626和0.564，并与叶长、叶宽存在极显著负相关，相关系数达-0.611和-0.462，即单叶（赋值为1）的叶长、叶宽比羽状三出复叶（赋值为6）的叶长、叶宽长，反之亦然。叶柄长与叶长、叶宽之间也存在极显著正相关，相关系数分别为0.439和0.644，即叶柄越长，叶长和叶宽越长。

各生殖器官之间亦存在不同程度的相关性，由表3可知，旗瓣大小与荚果长度和宽度及单荚粒数存在极显著正相关，相关系数分别为0.845、0.890和0.426，说明旗瓣越大荚果越大，单荚粒数越多。同时荚果长度与荚果宽度、单荚粒数存在极显著正相关，分别为0.730、0.703。

营养器官与生殖器官之间亦有一定相关性，茎的生长习性与花序轴长度有极显著负相关性，相关系数为0.719，即直立茎（赋值为1）比匍匐茎（赋值为5）的花序轴长。叶片类型与旗瓣大小存在极显著正相关，相关系数为0.469，且叶片类型与花序轴长度有极显著负相关性，即单叶的花序轴长度比羽状三出复叶的要长。

2.3 山蚂蝗植物学性状聚类分析

通过聚类分析结果如图1所示，在欧氏距离8.0处，可将37份供试山蚂蝗材料划分为6类，其中CIAT46562和CPI46561聚为1类。第2类有绒毛山蚂蝗48 和CIAT 13218两种绒毛类山蚂蝗。第3类有070313012和101115020两个大叶山蚂蝗品系。第4类包括长柄类和南美类山蚂蝗4个品系，第5类为绝大多数的大叶山蚂蝗品系和长柄山蚂蝗2012.7.7及040822008，共13个品系，占供试材料的35.16%，第6大类包括异果山绿豆、异叶山蚂蝗CIAT13651、糙伏山蚂蝗CIAT和全部的卵叶山蚂蝗、圆叶舞草类，共14个品系，占供试材料的37.84%。

第一大类仅有的两个品系，由图2可知，在此类中荚果形状较大，极为相似，这类叶片类型均为羽状三出复叶，茎直立或斜升。从聚类分析中可知，卵叶山蚂蝗与糙伏山蚂蝗CIAT和异叶山蚂蝗之间；异果山绿豆CIAT3787与圆叶舞草类之间；山蚂蝗04082208与大叶山蚂蝗之间；南美山蚂蝗与长柄山蚂蝗之间具有一定的亲缘关系。

3 讨论与结论

供试的37份山蚂蝗之间的形态差异很大，只有叶色和花冠颜色变异系数在20%以下，分别为9%和15%，其他14个植物学性状的变异系数均不小于28%，其中叶柄长的变异系数高达85%，这一结果也与范小勇等[6]的分析结果相似，说明在长柄山蚂蝗的分类上确实存在很大的空间。实验观测分析发现，叶柄最长的山蚂蝗是度尼山蚂蝗CIAT46562，平均数高达87.4 cm，其次是灰色山蚂蝗CPI46561，平均叶柄长69.51 cm。其次是茎的生长习性，其变异系数为76%，也能较容易通过系统选育的方法选育出直立型和匍匐型山蚂蝗。

在37份供试山蚂蝗的16个植物学性状中各营养器官与各生殖器官之间存在不同程度的相关性。其中叶长与叶宽的极显著正相关系数达0.892，长宽比在1.5～2.0范围内，因此叶形较接近阔椭圆形。分析发现旗瓣大小与荚果长度、荚果宽度、单荚粒数成极显著正相关，相关系数分别为0.845、0.890和0.429，所以在系统培育时在盛花期选择花朵大的，可提高种子产量。在营养器官中叶片类型与其他营养器官和生殖器官均有极显著相关性，与叶长和叶宽的相关系数分别为-0.611和-0.462，即单叶叶片面积比羽状三出复叶大，与荚果宽度有极显著正相关性，相关系数为0.493。这表明在山蚂蝗牧草收获若以营养器官为主，可尽量选择单叶，可提高牧草产量，若以生殖器官为主，则可选择羽状三出复叶形的山蚂蝗。通过37份山蚂蝗供试材料系统评价，对选育出长柄山蚂蝗和短柄山蚂蝗类型以及直立型和匍匐型山蚂蝗奠定基础；根据花序轴长度和叶片类型，为今后选育出长花序轴和短花序轴类型及单叶和羽状三出复叶两大类型的山蚂蝗材料提供参考。

对37份供试山蚂蝗植物的形态进行聚类分析的结果基本与植物学分类相同，卵叶山蚂蝗在欧氏距离2.2处即可归为一类，圆叶舞草在欧氏距离4.3处可聚为一类。分析发现大叶山蚂蝗070313012和大叶山蚂蝗101115020在欧氏距离约6.0处即可独立归为一类，这说明大叶山蚂蝗类型之间存在一定差异。范小勇等[6]的分析结果中度尼山蚂蝗和灰色山蚂蝗与部分绒毛山蚂蝗和个别大叶山蚂蝗聚为一类，在本试验中将其单独聚为一大类，这也可能是形态指标易受环境影响，故同一地点观测的数据有差异。综上，山蚂蝗属植物种资资源繁多，遗传多样性丰富，在生产中可根据叶片类型的不同，选择营养器官或是生殖器官做为合适的饲料。

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