不同扁蓿豆种质在甘肃天祝高寒地区的农艺性状表现

2018-09-06徐长林张建文杨海磊柴锦隆鱼小军

草业科学 2018年8期

张鹏，徐长林，张建文，杨海磊，肖红，柴锦隆，鱼小军

(甘肃农业大学草业学院，草业生态系统教育部重点实验室，中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃省草业工程实验室，甘肃兰州 730070)

扁蓿豆(Medicagoruthenica)，别名花苜蓿、王国葫芦巴、扁豆子、扁豆草、野苜蓿等，属于多年生豆科牧草，是典型草原、草甸草原、高山草原中的常见伴生植物[1-2]，广泛分布在我国北方地区，其适口性好并且营养价值较高，且不含皂素，即使在家畜采食过量时也不会发生臌胀病[3]，是一种良好的蛋白质饲草。扁蓿豆也是一种耐寒性强、抗干旱、耐贫瘠、耐盐碱的牧草，且在黑钙土、栗钙土和中度盐碱土上均能较好生长的多年生轴根牧草，特别是在紫花苜蓿(M.sativa)不能越冬生长的寒冷地区以及相对较干旱地区，扁蓿豆都能够较良好生长[4]。此外，扁蓿豆种质内具有较高的遗传多样性，具有选育和驯化栽培牧草的潜力[5-6]，这对于在寒旱区栽培种植来说是极其有利的。

国内外关于扁蓿豆的研究主要集中于种子萌发、抗旱性及遗传多样性等方面[7]，关于在寒旱区农艺性状的相关研究较少，特别是种植牧草品种单一、营养价值低、生产利用转化率低的高寒牧区。因此，本研究通过分析种植于天祝高寒牧区23份扁蓿豆种质的表现，测定扁蓿豆的形态学和营养两方面的指标，采用灰色关联分析和聚类分析进行了综合评价，筛选出适宜当地种植的扁蓿豆种质，并为该地区扁蓿豆的栽培种植提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试23份扁蓿豆种质来自甘肃、陕西及国家牧草种质资源中期库(表1)。

1.2 试验地概况

该研究地设在青藏高原东北缘的甘肃省天祝藏族自治县甘肃农业大学天祝高山草原试验站，地理坐标35°33′ N，107°49′ E，海拔2 960 m，当地气候寒冷潮湿、空气稀薄、白天太阳辐射强、夜晚和白天的温差大。年均温为-0.1 ℃，1月均温-18.3 ℃，7月均温12.7 ℃，水热同期，年日照时数2 600 h；年降水量416 mm，多为地形雨，集中于7-9月，年蒸发量1 592 mm。无绝对无霜期，仅分冷、热两季。土壤以亚高山草甸土、亚高山黑钙土等为主，试验地的土壤pH为7.0～8.2，土层厚约40～80 cm，有机质含量10%～16%[8]。

1.3 试验设计

所有参试种质在2015年5月1日进行播种，播种量为12 kg·hm-2。小区面积为3 m×5 m，3次重复，采用随机区组排列。前茬为燕麦(Avenasativa)，播种前对试验地进行翻耕，播种深度1～2 cm。每年人工拔除杂草2次。

1.4 测定内容与方法

于2016年10月5日进行刈割测产试验，共测定23份扁蓿豆种质的9项形态学指标(自然株高、绝对株高、茎叶比、直立性、根颈粗、根颈芽、分枝数、单株产量、单株地下生物量)[9-10]和3项营养指标(粗蛋白、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维)。

自然株高：测量从地表到植株最高点的垂直高度，所选小区随机取10株，求平均值。绝对高度：测量从地表面到植株最高点的拉直长度，所选小区随机取10株，求平均值。直立性：用植株自然高度与绝对高度的比值来表示直立性,比值大，表示直立性好。单株产量：所选小区随机取10株，测得茎重与叶(含花序、种子)重之和。茎叶比：所选小区随机取10株，将茎、叶(含花序、种子)分开，烘干后分别称重，计算叶重与茎重的比值。地下生物量：所选小区随机取10株，测量其完整根的重量。根颈粗：所选小区随机取10株，用游标卡尺测量其根颈膨大处为直径，最后分别求其平均值。根颈芽：所选小区随机取10株，记录其根颈芽，求平均值。分枝数：所选小区随机取10株，数其分枝数，求平均值。上述指标均做3次重复。粗蛋白(CP)用凯氏定氮法，酸性洗涤纤维(ADF)、中性洗涤纤维(NDF)用范氏洗涤法进行测定[11-12]。

表1 供试的23份扁蓿豆种质及来源Table 1 23 germplasms of Medicago ruthenica and their sources

续表1

采集地或种质名称Collecting or introduce site生境Habit地理坐标Geographical coordinate海拔Elevation/m年降水量Annual precipitation/mm甘肃景泰Jintai, Gansu地埂、路边Terrace edge, roadside不详Unknown不详Unknown182.4CF021284(中畜545,Zhongxu 545)国家草种质资源中期库National grass mid germplasm repositoryCF021289(NM63-079)国家草种质资源中期库National grass mid germplasm repositoryCF021291(Q8508)国家草种质资源中期库National grass mid germplasm repositoryCF021294(中畜812,Zhongxu 812)国家草种质资源中期库National grass mid germplasm repository

1.5 分析方法及原理

将参试扁蓿豆种质看成一个灰色系统，而每个参试种为该系统中的一个因素，分析该灰色系统中各因素的关联程度即关联度。对自然高度、绝对高度、茎叶比、直立性、根颈芽、根颈粗、地下生物量、单株产量、NDF、ADF、CP的测定结果运用该方法进行综合分析：首先根据参试种质的测定指标假定一个扁蓿豆种质的理想材料X0，将假定理想材料X0的各项指标作为假定数列，每份种质的测定指标值作为比较数列Xi，计算得出扁蓿豆种质的各测定项目同假定材料相应指标间的关联度，最后根据所求关联度值评定所有参试种质，判定所有扁蓿豆参试种质与理想种质的相近程度，即在该地农艺性状表现最佳的种质。设假定数列为X0，扁蓿豆种质的比较数列为Xi，i=1，2，3，……，N，且X0={X0(1)，X0(2)，X0(3)，……，X0(N)}，Xi={Xi(1)，Xi(2)，Xi(3)，……，Xi(N)}，则称εi(k)为X0与Xi在第k点的关联系数：

式中：Δi(k)表示X0数列与Xi数列在第k点的绝对差值，记作：

Δi(k)=|X0(k)-Xi(k)|。

等权关联度为

式中：n为样本数。

权重系数公式为

加权关联度公式为

1.6 数据处理

将试验所得的数据利用Microsoft Excel 2010进行整理与计算，并用SPSS 19.0软件进行统计与方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同扁蓿豆种质的根颈芽、根颈粗、分枝数

蒙99-10扁蓿豆种质根颈芽最多，为27.1；其次是蒙99-102(20.7)与中畜545(16.0)；根颈芽最少的有渭源(8.5)、夏河(8.2)，均与蒙99-10扁蓿豆种质间存在显著差异(P<0.05)(表2)。中畜545和天水扁蓿豆种质的根颈较粗，分别为5.65与5.63 mm，渭源扁蓿豆种质的根颈粗值最小，仅为3.63 mm。分枝数较多的扁蓿豆种质是中畜545和会宁，其次是永昌-1、土默特，这两者之间差异不显著(P>0.05)，但显著高于渭源和景泰(P<0.05)。

2.2 不同扁蓿豆种质的绝对高度、自然高度、直立性

景泰扁蓿豆种质的自然高度最高，为27.70 cm，会宁扁蓿豆种质的植株自然高度最低，为6.00 cm，两者差异显著(P<0.05)；蒙99-102的绝对高度最高，为47.4 cm，最低的是会宁(18.5 cm)，两者差异显著(P<0.05)(表3)。景泰的直立性最好，其自然高度与绝对高度的比值为0.70，中畜545与NM63-079的直立性最差，其比值分别为0.27、0.26。

2.3 不同扁蓿豆种质的茎叶比、单株产量、地下生物量

中畜545扁蓿豆种质的单株产量最高，为2.57 g，渭源最低，为0.62 g，两者显著差异(P<0.05)。单株的地下生物量较高的是蒙99-10(1.32 g)、中畜545(1.32 g)、镇原(1.31 g)，三者差异不显著(P>0.05)，但显著高于渭源(0.52 g)(P<0.05)(表4)；在茎叶比指标中，会宁扁蓿豆种质的最优，其次为天水，NM63-079最差。

表2 不同扁蓿豆种质的根颈芽、根颈粗、分枝数Table 2 Number of overwintering buds, rhizome thickness, and branch numbers of different M. ruthenica germplasms

同列不同小写字母表示各材料间差异显著(P<0.05)。下同。

Different lowercase letters within the same column indicate significant difference at the 0.05 level; similarly for the following tables.

表3 不同扁蓿豆种质的绝对高度、自然高度、直立性Table 3 Absolute height, natural height, and erectness of different M. ruthenica germplasms

表4 不同扁蓿豆种质的茎叶比、单株产量、地下生物量Table 4 Stem-leaf ratio, yield per plant, and underground biomass of different M. ruthenica germplasms

2.4 不同扁蓿豆种质的营养

粗蛋白含量较高的扁蓿豆种质是会宁和永昌-2，两者都近似为15.8%，最低的是Q8508，为10.0%(表5)。酸性洗涤纤维含量，最低的种质是会宁，为21.2%，最高的是土默特，为35.2%。中性洗涤纤维含量最低的种质是会宁，为26.8%，榆中的含量最高，为43.1%。综上，会宁扁蓿豆种质在营养指标方面均优于其它种质(P<0.05)。

2.5 不同扁蓿豆种质的综合评价及聚类

根据灰色关联理论，对参试扁蓿豆种质的11项指标(自然高度、绝对高度、茎叶比、直立性、根颈芽、根颈粗、地下生物量、单株产量、NDF、ADF、CP)进行综合分析，计算等权关联度与加权关联度(表6)。综合分析得知，排名前三的分别是蒙99-10、中畜545和宁县，且其等权关联度值和加权关联度值的排名次序一致，即蒙99-10>中畜545>宁县；另外在排名中渭源扁蓿豆种质排名22，Q8508扁蓿豆种质排名23。

当欧式距离为5时，23份扁蓿豆种质可分为4大类群：蒙99-10、中畜545、宁县、中畜812、天水种质聚为第Ⅰ类；景泰、会宁、镇原、蒙99-102和永昌-1种质聚为第Ⅱ类；第Ⅲ类扁蓿豆种质即为榆中、永昌-2、陇西、自选8号、天祝、土默特、临夏；B-509、夏河、NM63-079、陇县、渭源、Q8508剩余的这6份扁蓿豆种质聚为第Ⅳ类(图1)。

表5 不同扁蓿豆种质的营养Table 5 Nutritional value of different M. ruthenica germplasms %

表6 不同扁蓿豆种质的综合评价Table 6 Comprehensive evaluation of different M. ruthenica germplasms

3 讨论

牧草高产的3个主要性状指标有株高、茎粗、复叶数。株高是反映苜蓿生长发育状况和产量活力的重要指标[20]，在一定程度上自然高度与绝对高度的比值能够代表该种质的直立性，比值越大说明植物的直立性越好，具有抗倒伏性强的优良特性；比值越小，表明植株的直立性差、易倒伏，叶片易感病，不利于作物再生，且在作物收割的过程中叶片容易脱落，增加不必要的损失，最终使得作物的品质变差[21]。徐成体和李玉玲[22]研究表明,成熟期扁蓿豆在青海省西宁地区的自然高度为37.2～85.7 cm，但在本研究中，这两项指标与前人研究结果相差较大，这可能与种植区气候条件有关，高寒干旱的环境条件成为限制植物生长的重要因素。

根颈粗在一定程度上体现植物成长的健康状况，同时与其他性状之间有密切的关系，因此也是形态指标中重要的一项内容。本研究中，中畜545和天水扁蓿豆种质的根颈粗值最大，渭源的根颈粗值最小。根颈芽的多少在一定程度上可以表明植物第2年的再生能力[23]，根颈芽越多，其再生能力相对越强；在分枝数增加的同时，叶片总数量和叶总面积越大，越有利于地上生物量的积累。本研究中，蒙99-10的根颈芽最多，其地下生物量也在测定种质中位居第一位；中畜545的分枝数最多。在单株产量方面，中畜545表现最佳，蒙99-10和蒙99-102在单株产量中也表现良好。综上，在根颈粗、分枝数以及单株产量的指标中，中畜545在所有参试种质当中表现出了最佳的农艺性状。

饲草的NDF和ADF增加，则家畜的消化率下降，因此NDF和ADF的测定数值越小，牧草营养价值越好[24]。在本研究中，会宁扁蓿豆种质的NDF和ADF值都低于其他参试种质的值。有研究表明，苜蓿初花期至盛花期的粗蛋白含量一般在17%～20%，高蛋白苜蓿品种开花初期的粗蛋白含量达22%(以干物质基础计)，且紫花苜蓿的粗蛋白主要分布于叶中[25]。在本研究中，扁蓿豆干草的粗蛋白含量范围在10.0%～15.8%，其中会宁扁蓿豆种质的粗蛋白含量最高，其次是永昌-2，由于本研究在盛花期测量，所以比初花期扁蓿豆粗蛋白的含量低(18.9%)[26]。此外，会宁扁蓿豆种质的茎叶比最优，其次为天水，NM63-079的茎叶比值最小，这种茎叶比的结果表现与营养指标测定的结果一致。

图1 23份扁蓿豆种质的聚类分析Fig. 1 Cluster analysis based on 23 tested Medicago ruthenica germplasms

此外，运用灰色关联分析与聚类分析[27-28]，对所有参试种进行比较全面的综合评价：蒙99-10和中畜545扁蓿豆种质综合排名分别居第一、二位，宁县种质扁蓿豆排名第三，渭源和Q8508扁蓿豆种质排在最后，两种关联度评价的结果基本一致；在对参试种质进行灰色关联度分析之后，依据加权关联度值进行系统聚类分析，表明23份扁蓿豆种质分为4大类群：蒙99-10、中畜545、宁县、中畜812、天水种质聚为第Ⅰ类，其综合表现远远强于其他参试种；景泰、会宁、镇原、蒙99-102和永昌-1扁蓿豆种质聚为第Ⅱ类，表现性相对良好；第Ⅲ类为榆中、永昌-2、陇西、自选8号、天祝、土默特、临夏扁蓿豆种质，表现性中等；剩余的6份扁蓿豆种质为第Ⅳ类，表现最差。对所有参试种质进行灰色关联度分析和聚类分析的结果，与农艺性状相对较好的5份扁蓿豆种质在甘肃天祝高寒区的实际情况一致。