不同来源马棘种子和苗期性状的变异研究

范彦　唐露

摘   要   为了揭示马棘种子和苗期性状的变异规律，筛选马棘新品种选育的优异种质，对巫山地区19个马棘种质种子和苗期共10个性状进行调查分析。结果表明，马棘不同种质间的种子和苗期性状有显著差异（P<0.05），种子平均变异系数7.73%～12.88%。相关性分析表明，种子长、种子宽、发芽率与种子千粒重呈极显著正相关，苗高与地上生物量和地下生物量呈极显著正相关;采用主成分综合得分法筛选出12号、25号、16号3个得分较高的资源;应用聚类分析将19个种质聚为3类，其中第Ⅱ类综合表现较好，包含较大苗高、种子宽、地上及地下生物量。

关键词   马棘;种子;苗期生长;表型性状;综合分析

中图分类号：S811   文献标志码：A    DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.19.008

马棘（Indigofera  pseudotinctoria Mats）隶属于蝶形花科（Papilionaceae）木蓝属（Indigofera），全属包含约750个种，广泛分布于热带及亚热带地区，亚洲及非洲分布最为丰富[1-2]。马棘为多年生二倍体（2n=2X=16）小灌木，在中国、日本及韩国是一种重要的经济及农业树种，分布于海拔100～2 000 m的草地、山坡和灌木丛中[3]。马棘含有黄酮类、酚类、鞣质、类甾醇类及多种微量元素，具有清热解毒、祛痰止咳、镇痛消炎等功效[4]。马棘生长旺盛、枝叶繁茂、适口性好、固氮能力强、营养价值高，是高产优质的木本饲草[5];根系发达，耐瘠薄、适应性强，观赏性佳，广泛应用于城市绿化，边坡防护，水土保持[6];作为饲用观赏兼用型豆科木本植物，具有很高的饲用价值、生态价值和经济价值，越来越受到人们的重视。研究者对马棘药性物质提取及功能验证[7]、育苗栽培[8]、抗逆性[9]、水土保持[10]、饲用价值[11]及遗传多样性[12]等方面开展了相关研究。

笔者长期以来从事西南区马棘野生种质资源的收集、评价及育种研究，利用AFLP分子标记对巫山县不同海拔地区的马棘种质资源进行分析，发现其具有丰富的遗传多样性，由于长期的地理隔离和自然选择，不同居群在形态上出现不同的变化。野生马棘在自然条件下，种子结实率高，形态变异度大。种子产量和形状、发芽率是野生马棘驯化选育的重要指标，通过研究种子表型多样性，相关联的苗期性状，可为马棘种质资源创新和保护利用提供一种理论方法。本研究采集了19份野生马棘种质资源（巫山县18份、南川区1份），研究不同居群的马棘种子质量和幼苗生长的差异特征，为马棘驯化选育筛选优异种质资源提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为从巫山县各地区采集的18份马棘种子和南川区采集的1份马棘种子，各采集地的编号和自然条件见表1。2015年11月至2016年2月，在种子成熟期，每个采集地选择15株以上优良植株采集等量的种子，混合后作为该采集地的种质供试材料。

1.2 种子形态性状测定

将采集回来的马棘荚果自然风干后揉搓取得种子。用电子游标卡尺分别测量种子长、种子宽，每个采集点每个重复随机选取30粒种子，3次重复。随机选取每个地点100粒马棘种子，用万分之一精度电子天平称其重量，重复5次，计算种子千粒重。

1.3 种子发芽指标测定

每个地点每个重复选取饱满的种子50粒，3次重复。用5%次氯酸钠溶液消毒5 min，然后用蒸馏水冲洗3次，在蒸馏水中浸泡12 h。在直径9 cm的培养皿内铺3层滤纸，加入10 mL蒸馏水，将浸泡后的种子均匀摆在培养皿中。将培养皿放入植物生长箱（25 ℃，空气湿度70%）内连续培养10 d，其间每天浇水以保证滤纸湿润，并详细记录种子的发芽情况。计算种子的发芽势、发芽率。

1.4 幼苗生长性状观测

19份种质资源在培养皿中培育发芽后，移栽至重庆畜科院草业所资源圃，每份资源10株，3个重复，共30株。移栽40 d后对生长一致马棘幼苗进行表型性状测定，每份资源每重复测定3株幼苗的高度、分枝数，同时整株取样，洗净烘干后称量其地上及地下部分重并计算生物量。

1.5 数据统计分析

采用Excel 2013软件对各表型性状数据进行统计，用SPSS 23.0软件进行统计描述、方差分析及Duncan多重比较，对各个产地的种子和幼苗性状进行相关性分析，对各性状进行主成分分析（按照特征值大于1 提取主成分），对不同来源的种子及苗期性状采用欧氏距离类平均法聚类分析。

2 结果与分析

2.1 马棘种子及苗期表型性状变异分析

不同来源马棘种子的长、宽、长宽比、千粒重、发芽势、发芽率测定结果见表2，苗高、分枝数、地上生物量、地下生物量测定结果见表3。试验结果表明：马棘的种子和幼苗性状均呈显著差异（P<0.05），说明各种质表型性状间存在丰富的多样性。其中，种子千粒重范围为3.64～4.62 g，以16号为最大，24号为最小。比较不同来源种子的长、宽、长宽比等形态性状，发现亦分别存在显著差异，以16号、32号、30号等地来源的种子较长较宽饱满，26号、19号、14号的种子较短较窄较小;发芽势、发芽率最高为33号，分别高达62%、68%，19号的发芽率最低，仅为32%，14号的发芽势最低，仅为27%。苗高以24号最大，为13.75 cm，其次较高的还有31号、16号、12号、30号，23号的苗高最低，仅为10.26 cm;幼苗分枝数最多为9.0个，最少为7.2个;地上生物量、地下生物量最大值（14号）7.46 g、0.99 g，分別为最小值（23号）的2.54倍、2.60倍。

变异系数越大，性状的离散程度越大。对不同表型性状的变异程度进行比较，结果（见表4）表明：19个不同地点马棘的种子和幼苗性状平均变异系数在7.73%～12.88%，其中，29号最大，为12.88%，其次较大的依次为12号、30号、17号，20号最小，仅为7.73%。马棘种子和幼苗10个表型性状的平均变异系数幅度在5.70%～17.52%，其中，变异系数最大的是千粒重，变异系数最小的是分枝数和发芽率。

2.2 马棘种子及苗期表型性状间相关性分析

对不同来源的马棘种子和幼苗10个表型性状之间进行相关性分析，结果见表5。种子长、种子宽与种子千粒重成极显著正相关，相关系数为0.503和0.641，表明种子越长越宽，千粒重越大;长宽比与千粒重呈负相关，不过相关性未达显著水平。种子长与苗高呈显著正相关。千粒重与发芽率呈极显著正相关，相关性系数为0.597，表明种子越大越饱满则发芽率越高。发芽势虽与发芽率呈极显著正相关，但是与千粒重不存在相关性，表明相关性并不存在传递性。苗高与地上生物量和地下生物量呈极显著正相关，相关系数较大，分别为0.746和0.630。种子长宽比与其他性状无显著相关性。

2.3 马棘种子及苗期表型性状主成分分析

为确定每个性状对马棘种子和幼苗表型变异的影响程度，对马棘10个表型性状进行了主成分分析。表型性状指标的特征根和特征向量见表6（第4～10主成分值较小未列入）。主成分分析中前3个主成分的特征值大于1，累计贡献率达84.799%，反映了原指标大部分信息，可代表原来的10个性状进行评价和分析。其中第一主成分的代表性状为株高、地上生物量、地下生物量，特征值为2.76，贡献率为32.576%，可看作幼苗生长水平的综合性状;第二主成分代表性状为种子宽、千粒重、发芽势、发芽率，特征值为2.06，贡献率为27.641%，可看作种子萌发特性的综合性状;第三主成分的代表性状为种子长、种子长宽比，特征值为1.76，贡献率为24.582%，可看作种子形态的综合性状。

2.4 不同来源马棘种子和幼苗表型性状的综合评价

主成分分析所提取的3个主成分能综合反映10个表型性状。将主要性状指标原始数据进行标准化之后，计算3个主成分的得分，以主成分对应的特征值所占比例为权重，算出各产地马棘种子和苗期分值（F1、F2、F3），以各主成分的方差贡献率为权重，得出综合分值公式：F=0.402 6F1+0.301 3F2+

0.256 7F3，计算出不同产地马棘表现综合得分值，并对得分进行排序，以此来评价各种源的优劣。由表7可知，综合表现最好的为12号，其次较好的为15号、16号;表现最差的为14号，其发芽率、发芽势、千粒重及生物量等表现都较差，其次26号、20号综合得分低，表现差。

2.5 马棘种子及苗期表型性状聚类分析

根据马棘种子和苗期性状，采用欧氏距离离差平方和法对26个种源进行聚类分析，结果见图1。当欧氏距离为5时，19个地点马棘可划分为3个类群。第Ⅰ类群包括17号、22号、1号、14号、16号、30号、18号、32号、33号、20号，包含了最大长宽比（22号，1.57），最大千粒重（16号，4.62 g），最大种子长（16号，2.38 cm），最大发芽势和发芽率（33号，62%、68%）;第Ⅱ类群为12号、24号、19号、25号、31号，包含了最大苗高（24号，13.75 cm），较高地上及地下生物量，最大种子宽（12号，1.68 cm），这类种子苗期综合表现较好;第Ⅲ类群包括15号、29号、23号、26号，包含了最大分枝数（23号，9.00个），其余性状则表现一般。综上分析显示，巫山地区表现较好的马棘种源为第Ⅱ类，该结果与主成分分析结果较为一致，第Ⅱ类可作为试验点育苗的速生良种。

3 结论与讨论

3.1 不同来源种子和苗期性状变异特征分析

马棘在我国西南尤其是巫山地区分布广泛，在进化中为适应环境的变化产生了与之相适应的遗传变异，而种子形态受遗传因素的影响，在自然环境的长期作用下，发生了丰富的变异。探究马棘种子形态及萌发特性的多样性，揭示其性状变异与不同种质资源的相关性，可为马棘优良种质的选择提供基础依据。本研究中，19个不同来源的马棘种子及幼苗表型性状变异明显，可能是马棘对不同的生态环境所采取的适应性策略，表明其在遗传育种选择方面具有较大的潜力。10个表型性状的平均变异系数为9.53%，明显高于红砂的变异系数（1.94%）[13]、无患子的变异系数（7.34%）[14]，但低于枫香的变异系数（15.83%）[15]、小桐子的变异系数（13.14%）[16]。

3.2 种子形态对种子萌发和幼苗生长的影响

种子形态特征和千粒重能够影响种子发芽率和幼苗的生长状况。有关研究表明，四川大头茶的种子大小与萌发率顺序表现一致，且种子越重，幼苗越高，生长越快，生物量也越大[17];小桐子种子千粒重越大，发芽率越高，但种子形状及千粒重与幼苗生长特性无关[16];樟树不同来源种子形态指数对萌发率有影响但不显著，而种子长/宽比与苗木生长显著相关[18];乌药种子大小对发芽率影响不大，但种子宽与苗高呈极显著正相关[19]。本研究中，马棘不同来源种子发芽及幼苗生长情况存在差异显著。性状间相关性分析表明，马棘种子长/宽比与千粒重呈极显著正相关、与株高呈显著正相关，但与分枝数及生物量相关性不显著;千粒重与发芽率显著正相关，但与苗期性状无显著相关性。

3.3 种子和幼苗性状的综合评价及聚类分析

主成分分析是在尽可能多地保留原始变量信息的前提下，通过少数几个主成分来揭示多个变量间的内部结构，使评价结果更加科学、准确。目前舒枭等[20]，许红叶等[21]，魏安智等[22]，周亚峰等[23]，Wang等[24]，Li等[25]对厚朴、刺葡萄、泡桐、甜瓜、苹果、苹果砧木苗期性状利用主成分分析方法进行了综合评价，在解决生产实际问题中发挥了重要作用。本研究通过主成分分析，得出12号、25号的种子及幼苗性状综合表现优于其他材料。对比主成分分析的得分排名及单个性状表现结果，发现主成分分析能更加充分兼顾多指标的综合影响，对马棘种子及苗期性状进行多指标评价具有一定优势，例如：在主成分分析中排名第三的16号，虽其发芽势、发芽率分别排名第19、18位，但種子长、千粒重均排名第一，株高、种子宽等都排名靠前，因此其综合得分较高。

通过聚类分析选择优良种源，结果显示，在巫山地区表现最优的种源为第Ⅱ类种源，巫山巫峡镇白泉村、巫山大昌镇双马村、巫山两坪乡朝元村3个采集地的马棘种子综合表现较好，试验结果可为巫山地区马棘品种选育的种质选择提供参考。但该结果只是一个初步的选择，还应当进行整个生育期的观察试验，同时增加农艺性状、光合作用、营养养分等生理指标，增加分子遗传证据，以便确定更加优异的种质资源。

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（责任编辑：丁志祥）