不同生态型扁蓿豆种子性状的遗传多样性和相关性分析

2016-12-04志勇中国农业科学院草原研究所农业部沙尔沁牧草资源重点野外科学观测试验站内蒙古呼和浩特0000内蒙古赤峰市林西县农牧业局内蒙古赤峰0550

种子 2016年8期

，，，志勇，， (.中国农业科学院草原研究所/农业部沙尔沁牧草资源重点野外科学观测试验站，内蒙古呼和浩特 0000；.内蒙古赤峰市林西县农牧业局，内蒙古赤峰 0550)

·问题探讨·

李鸿雁1，李俊1，黄帆1，李志勇1，孙丽楠2，许莲华2
(1.中国农业科学院草原研究所/农业部沙尔沁牧草资源重点野外科学观测试验站，内蒙古呼和浩特 010010；2.内蒙古赤峰市林西县农牧业局，内蒙古赤峰 025250)

对扁蓿豆(Medicagoruthenica(L.)Trautv.)不同生态区的20份野生材料种子性状的变异进行系统研究，分别测定千粒重、种子长、种子宽和种子长宽比共4个种子形态指标，方差分析表明：扁蓿豆种子性状变异幅度最大的为千粒重，变异系数为12.50%，所有性状均表现差异极显著。主成分分析表明：前2个主成分包含了原来4个性状指标的93.74%，足以能够代表所有性状变异的全部信息，特征值总和为3.749。聚类分析表明：在遗传距离为12时，可以把20份野生材料分为六大类。相关分析表明：种子长和种子宽、种子宽和千粒重均呈极显著正相关，而种子长和种子长宽比、种子长和千粒重均呈显著正相关。研究表明，扁蓿豆植物野生种质材料具有丰富的遗传多样性。

扁蓿豆；种子特性；多样性；相关性

扁蓿豆(Medicagoruthenica(L.)Trautv.)属豆科(Leguminosae)苜蓿属(Medicago)多年生草本植物，为典型草原或草甸草原的常见伴生植物[1]。多分布在我国黄河流域及其以北年降水量250～400 mm的地区，生于草原、沙质地、荒草地及固定沙丘，也常见于疏林、灌丛和向阳山坡。与禾本科牧草混播，是建立永久性人工或半人工放牧地的优良草种。具有抗旱、抗寒、耐瘠薄、适应性广、蛋白质含量高、适口性好、不含皂素、家畜过量采食不会发生鼓胀病等特点，营养期粗蛋白含量可达18%以上，是一种优质的蛋白质饲用植物[2]。由于枝叶繁茂，扁蓿豆也是很好的水土保持植物。尤其是在高寒地区十分缺乏优良豆科牧草，而唯有扁蓿豆可在此类地区分布，适口性好，营养丰富，草质优良，是建立人工草地及草地补播的优良草种[3]。扁蓿豆为典型的上繁草，非常适合与各种生育期较晚的下繁或中繁禾本科混播[4]。野生扁蓿豆在适宜的栽培条件下能够充分发挥生产潜力，当前，对它进一步引种驯化，推广栽培是有意义的[5]。

扁蓿豆花期较长，单株花期持续近2个月，荚果成熟需1个月，而且完全成熟后极易开裂，给采种造成很大影响，导致种子产量低[6]。扁蓿豆种子硬实率高达93.4%[3]，采用摩擦和酸浸的方法可有效地降低扁蓿豆种子的硬实率，提高发芽率[7]。赵丽丽等[8]采用98%硫酸处理打破扁蓿豆种子硬实率，使其发芽率提高到90%以上。扁蓿豆在种子发育过程中，荚果和种子含水量随着种子成熟度的提高而呈下降趋势，同时种子活力、千粒重和硬实率呈上升趋势，发芽率呈先增后减的趋势[9]。

扁蓿豆在生产中具有较广泛的应用价值，因此受到国内外学者的广泛关注。近年来，师文贵等[10]、韩海波等[11]、宁红梅等[12]、额尔敦嘎日迪等[13]、李鸿雁等[14-15]、李志勇等[16]从形态学、染色体水平、蛋白质和DNA 水平上对内蒙古扁蓿豆居群进行了遗传多样性的研究。李海贤等[9,17]曾在扁蓿豆种子生产研究现状、种子产量构成因子方面进行了研究, 李志勇[18]和李鸿雁等[19]研究扁蓿豆不同居群种子产量性状的遗传变异。本研究对分布于不同生态区的20份野生扁蓿豆种子的形态特性进行观测，揭示扁蓿豆种子性状变异的特点及其不同生态区种质间的相关性，以期对我国扁蓿豆种质资源的广泛利用提供理论依据。

表1 扁蓿豆试验材料

编号采集地种质名称M⁃1蒙古国扁蓿豆M．ruthenicaM⁃2内蒙古锡林郭勒盟灰腾梁扁蓿豆M．ruthenicaM⁃3内蒙古赤峰市黄花型扁蓿豆M．ruthenica(yellowtype)M⁃4内蒙古赤峰市黄花型扁蓿豆M．ruthenica(yellowtype)M⁃5内蒙古通辽市大清沟黄花型扁蓿豆M．ruthenica(yellowtype)M⁃6内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒扁蓿豆M．ruthenicaM⁃7内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒细叶扁蓿豆M．ruthenicavar．oblongifoliaM⁃8内蒙古包头市达茂旗扁蓿豆M．ruthenicaM⁃9内蒙古包头市土右旗扁蓿豆M．ruthenicaM⁃10内蒙古呼和浩特市扁蓿豆M．ruthenicaM⁃11内蒙古呼和浩特市扁蓿豆M．ruthenicaM⁃12西藏自治区扎达县扁蓿豆M．ruthenicaM⁃13内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市扁蓿豆M．ruthenicaM⁃14内蒙古锡林郭勒盟西苏旗扁蓿豆M．ruthenicaM⁃15内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市扁蓿豆M．ruthenicaM⁃16辽宁省辽西县扁蓿豆M．ruthenicaM⁃17内蒙古呼和浩特市清水河县扁蓿豆M．ruthenicaM⁃18内蒙古海拉尔市细叶扁蓿豆M．ruthenicavar．oblongifoliaM⁃19山西省扁蓿豆M．ruthenicaM⁃20山西省沁水县扁蓿豆M．ruthenica

表2 扁蓿豆种子性状的方差分析结果

平均值方差变异系数(%)最大值最小值F差异显著性种子长2．170．1597．32．521．880．995∗∗种子宽1．720．1096．31．921．420．373∗∗种子长宽比1．270．06451．381．180．935∗∗千粒重2．480．32112．53．271．841．000∗∗

注：“**”表示p<0.01差异极显著，“*”表示p<0.05差异显著。

1 材料和方法

1.1 材料

试验种子均由中国农业科学院草原研究所国家牧草种质中期库提供, 具体见表1。

1.2 试验方法

随机选取50粒种子，用游标卡尺分别测定种子长度和种子宽度，以种子纵轴为其长度，以腹面横向最大距离为其宽度，测量单位精确到小数点后2位；采用十字对角线取样法，检定千粒重；5次重复，取平均值。

1.3 数据统计

采用SPSS 11.5软件和Excel 5.0进行统计分析，统计变异系数、主成分分析、聚类分析和相关分析。

2 结果与分析

2.1扁蓿豆种子性状的基本统计分析

对20份扁蓿豆材料的4个性状的基本统计数据进行分析。结果(表2)表明：扁蓿豆种子性状的变异幅度最大的为千粒重，变异系数为12.5%，变异范围为1.84～3.27 mm，平均值为2.48 mm，变异幅度最小的为种子长宽比，其变异系数为5%，变异范围为1.18～1.38 mm，平均值为1.27 mm；所有性状均表现差异极显著。说明不同材料之间存在较大的差异。

2.2 扁蓿豆种子性状的主成分分析

对20份扁蓿豆野生材料的4个种子性状指标进行主成分分析，各项目特征值、贡献率和累计贡献率见表3。从表3可以看出，前2个主成分包含了所有性状指标的93.74%，代表了性状变异的全部信息，其特征值的总和为3.749。其中第1主成分对总变异的贡献率为59.636%，影响较大的性状有种子长(0.850)，种子宽(0.946)，千粒重(0.876)；第2主成分对总变异的贡献率为34.103%，影响较大的性状有种子长宽比(0.992)。

2.3 扁蓿豆种子性状的聚类分析

利用欧式距离进行聚类分析(见图1)，可以看出，在欧式距离为12时，可以将20份材料分为六类。第Ⅰ类4份材料，其中来自内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒的2份(M-6、M-7)，来自内蒙古通辽市大清沟的M-5，来自内蒙古呼和浩特市清水河县的M-17；第Ⅱ类10份材料，其中8份均来源于内蒙古(M-2、M-4、M-8、M-11、M-13、M-14、M-15、M-18)，来自西藏自治区的M-12，来自于辽宁省辽西县的M-16；第Ⅲ类1份材料，来自于内蒙古呼和浩特市M-10；第Ⅳ类3份材料，来自于蒙古国的M-1、来自于内蒙古包头市土右旗的M-9和来自于山西省沁水县的M-20；第Ⅴ类1份材料，来自于内蒙古赤峰市的M-3；第Ⅵ类1份材料，来自于山西省的M-19。

表3 扁蓿豆种子性状主成分分析结果

性状第1主成分第2主成分种子长0．8500．509种子宽0．946-0．210千粒重0．876-0．277种子长宽比0．6020．992特征值2．3851．364贡献率(%)59．63634．103累积贡献率(%)59．63693．740

图1 扁蓿豆种子性状聚类分析

2.4 扁蓿豆种子性状的相关分析

通过主成分分析可以看出，前2个主成分包含了4个种子性状指标的93.740%，基本能够代表这4个种子性状变异的全部信息，因此分析了这4个指标之间的相关性并进行了差异显著性检验(表4)，结果显示，各性状间的相关程度不同。种子长与种子宽呈极显著正相关(0.729)(p<0.01)，种子宽和千粒重呈极显著正相关(0.790)(p<0.01)，种子长和种子长宽比呈显著正相关(0.496)(p<0.05)，种子长和千粒重呈显著正相关(0.552)(p<0.05)。

表4 扁蓿豆种子性状间的相关分析

种子长种子宽种子长宽比千粒重种子长1种子宽0．729∗∗1种子长宽比0．496∗-0．2301千粒重0．552∗0．790∗∗-0．2181

注：“**”表示p<0.01差异极显著，“*”表示p<0.05差异显著。

3 讨论与结论

本研究首次对扁蓿豆种质资源种子性状进行较系统的鉴定评价。对20份扁蓿豆野生材料的4个种子性状的变异系数进行分析，结果表明：所有性状均表现差异极显著，可能由于扁蓿豆是多年生、异花授粉植物，分布地域广，具有较高的遗传变异水平。4个种子性状的变异系数的变化范围分布在5%～12.5%之间，其中千粒重、种子长和种子宽是引起扁蓿豆种质变异的主要性状。阳翠等认为，不同居群的苦豆子在种子大小、种皮颜色、千粒质量、发芽率、种子活力等方面存在较大差异，说明苦豆子种质资源的生态类型多, 遗传背景较复杂[20]。与本研究结果相一致。

主成分分析结果表明：种子长、种子宽和千粒重等是引起扁蓿豆种质变异的主要性状，这与变异系数分析结果基本一致，也与师文贵[10]等和韩海波等[11]的研究结果相一致。因此，可以把主成分的分析结果应用到生产中，为牧草育种工作提供依据。

聚类分析表明：20份野生扁蓿豆材料可划分为六大类，其中相同或相似地理来源的野生材料大部分聚在一起。表明材料之间的亲缘关系与地理起源相关，但是也有交叉现象，主要与扁蓿豆在某些形态上的差异较大有关，反映了扁蓿豆遗传资源较丰富。

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