57 份紫花苜蓿种质农艺性状及产量分析和评价

张建文，张龙龙，张 泉，杨星文，陈 健，刘富渊，牛军鹏，王佺珍

（1.酒泉大业种业有限责任公司，甘肃 酒泉 735000；2.甘肃西部草王牧业集团有限公司，甘肃 酒泉 735000；3.西北农林科技大学草业与草原学院，陕西 杨凌 712100）

甘肃省酒泉地区是我国最大的种子生产基地之一，当地日照时间长，光照强度大、热量充足、降雨稀少、 祁连山脉积雪融化而成的水流和丰富的地下水资源成为当地独特灌溉优势， 是理想的紫花苜蓿生产区域［1-2］。 目前，我国市场上销售的紫花苜蓿品种繁多， 生态适应性和生产性能差异较大。影响紫花苜蓿生产性能的因素较多，若仅以某些性状如产草量、 生长速度等评价品种的优劣及品种差异， 会割裂不同性状因子的综合影响，因此，如何对紫花苜蓿的生产性能进行综合评价，以定量取代定性， 筛选出影响生产性能的主要因素和综合生产性能优异的品种对苜蓿品种培育和生产实践具有现实意义［3-5］。 该研究以不同来源的紫花苜蓿为材料，通过隶属函数排名、主成分分析、聚类分析，将供试材料初步分类，以期为筛选出适宜当地种植的高产量、 高蛋白紫花苜蓿品种提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于甘肃省酒泉市上坝镇中国农业大学草业科学实验站，海拔1 480 m，距酒泉市区35 km。气候干燥少雨，蒸发量大，昼夜温差大，属于典型的大陆性气候。 年均温度7.3 ℃，全年≥0 ℃积温3 461.9 ℃，≥10 ℃积温2 954.4 ℃， 无霜期130 d，年均降水量85.3 mm，蒸发量2 148.8 mm，年均相对湿度46%。 年日照时间长3 033.4 h，年太阳辐射总量6.1×109J/m2。 试验地耕层（0～30 cm）土壤有机质含量为7.91 g/kg，全氮含量为0.598 g/kg，速效磷为11.0 mg/kg， 速效钾为110.5 mg/kg，pH值为8.6［1］。

1.2 试验材料和播种方法

供试的57 份紫花苜蓿种质材料来自国内外不同生态区， 材料及来源见表1。 试验采用3 m×5 m小区，随机区组排列，3 次重复。 穴播，穴距10 cm，行距30 cm［6］。 各材料均于2018 年夏季播种，2018年秋现蕾期测得数据。

表1 紫花苜蓿种质供试材料及来源

1.3 测定指标与方法

试验测定的各项指标参考马金星等［6］和孙万斌等［7］报道的方法。 株高：指植株在自然状态下的高度，每个小区随机选取15 株测高度，求平均值。主茎直径：每个小区随机选取15 株，用游标卡尺测主茎直径，求平均值。分枝数：随机取5 穴，数每穴中可见一级分枝数。节间数：每个品种随机选取30 株，数主茎节数。 主茎节长：随机选取30 株，量取样株中间位置节长，求平均值。 叶/茎值：鲜草所有叶和花蕾的重量除以茎秆的重量， 刈割时各品种选取1 kg 有代表性的鲜草作为样品， 然后将茎叶（花序归入叶中）分开，自然风干后称重。鲜草产量：2018 年8 月初平茬后， 在9 月底测得一茬产量，每个小区割1 m 样段，称重。 干草产量：鲜草自然阴干后（含水量＜12%）称重。 鲜干比：总鲜草产量与总干草产量的比值。粗蛋白和粗纤维含量：按国家标准方法测定粗蛋白（GB/T 6432—2018）、粗纤维（GB/T 6434—2006）含量。

1.4 隶属函数综合排名

应用隶属函数法对57 份紫花苜蓿材料进行综合排名。 计算每份材料的相对株高、 相对分枝数、相对叶/茎值、相对鲜草产量、相对干草产量、粗蛋白含量的具体隶属函数值。公式为X（μ）=（XXmin）/（Xmax-Xmin）， 式中X 为参试样品某一指标的测定值，Xmax和Xmin分别为所有材料中该指标的最大值和最小值， 最后把每份材料各项指标隶属函数值累加，取平均值为综合评价值。

1.5 数据处理

采用Excel 2010 和SPSS 19.0 统计学分析软件进行相关性分析、主成分分析，均值、隶属函数分析。

表2（续） 57 份紫花苜蓿种质农艺性状及产量指标

2 结果与分析

2.1 种质各性状特征分析

供试材料的各农艺性状以及产量说明见表2。株高的变异系数为12.66%，平均株高为66.48 cm，变化范围为48.47～83.00 cm， 株高最高的材料为S-5， 最低的为敖汉2。 主茎直径的变异系数为10.75%，主茎直径平均值为3.20 mm，变化范围为2.39～3.95 mm， 主茎直径最大的材料为农菁1 号，最小的为中苜1 号-2。分枝数的变化幅度最大，变异系数为26.20%， 平均数为19.71， 变化范围为10.20～37.00，分枝数最多的是中苜1 号-2，分枝数最少的是中苜1 号。 节间数的变异系数为13.12%， 平均节间数为10.58， 变化范围为6.80～13.40， 节间数最多的材料为MF4020， 最少的为WL343HQ。 变化幅度居第四的是主茎节长，变异系数为15.48%，平均主茎节长为6.86 cm，变化范围为4.60～10.18 cm， 主茎节长最长的材料为阿尔冈金，最短的为WL343HQ。变化幅度居第五的是叶/茎值，变异系数为15.05%，平均值为1.19，变化范围为0.89～1.66，叶/茎值最高的为WL343HQ，最低的为龙威6010。 变化幅度居第二的是鲜草产量，变异系数为21.34%，平均鲜草产量为18 603.90 kg/hm2，变化范围为10 105.05～28 914.45 kg/hm2，鲜草产量最高的为北方SLT， 最低的为巨能CR。 变化幅度居第三的是干草产量， 变异系数为21.18%，平均干草产量为4 495.95 kg/hm2，变化范围为2 013.75～7 040.25 kg/hm2， 干草产量最高的为SR4030，最低的为巨能CR。 鲜干比的变化幅度是最小的， 变化范围为3.81～5.02， 变异系数为6.61%，平均值为4.15，鲜干比最高的材料为巨能CR， 最低的为S-3。 粗纤维含量的变异系数为10.19%，粗纤维含量平均值为24.87%，变化范围为17.64%～29.69%， 粗纤维含量最高的材料为金皇后，最低的为柏拉图。粗蛋白含量的变异系数为7.50%， 粗纤维平均值为24.17%， 变化范围为21.25%～33.10%， 粗蛋白含量最高的材料为WL343HQ，最低的为S-2。

表2 57 份紫花苜蓿种质农艺性状及产量指标

2.2 隶属函数值分析

将57 份紫花苜蓿材料的株高、分枝数、叶/茎值，鲜草产量、干草产量、粗蛋白含量通过隶属函数进行评价（见表3）。 株高前5 的材料依次为S-5＞S-1＞龙威6010＞S-4＞WL232HQ，分枝数前5 的材料依次为中苜1 号-2＞中苜3 号＞阿尔冈金＞艾禾1 号＞北方SLT， 叶/茎值前5 的材料依次为WL343HQ＞中苜1 号-2＞绿洲1 号＞龙牧806＞艾禾1 号，鲜草产量前5 的材料依次为北方SLT＞中苜3 号＞SR4030＞MF4020＞柏拉图， 干草产量前5的材料依次为SR4030＞中苜3 号＞北方SLT＞柏拉图＞WL343HQ， 粗蛋白含量前5 的材料依次为WL343HQ＞敖汉-1＞中苜1 号-2＞龙牧803＞甘农3号-2。 综合排名前5 的材料为中苜3 号、 北方SLT、SR4030、WL343HQ、中苜1 号-2；综合排名最后的5 种材料为龙牧803、敖汉-1、农菁8 号、公农1 号、巨能CR。

表3 57 份紫花苜蓿种质隶属函数值

表3（续） 57 份紫花苜蓿种质隶属函数值

2.3 不同性状相关性分析

57 份紫花苜蓿材料不同性状相关性分析数据见表4。 株高与主茎直径、主茎节长、叶/茎值极显著（P＜0.01）正相关。 株高与鲜草产量显著（P＜0.05）相关。 主茎直径与叶/茎值极显著（P＜0.01）负相关，与主茎节长显著（P＜0.05）正相关。 主茎直径与叶/茎值极显著（P＜0.01）负相关。节间数与叶/茎值极显著（P＜0.01）负相关，与分枝数显著（P＜0.05） 负相关。 节间数与主茎节长显著 （P＜0.05）正相关。 主茎节间长与叶/茎值极显著（P＜0.01）负相关。

表4 57 份紫花苜蓿种质农艺性状相关系数矩阵

2.4 主成分分析

利用SPSS 19.0 统计学软件对57 份紫花苜蓿材料农艺性状指数进行主成分分析（见表5）。前3个综合指标累计贡献率为73.431%， 表明3 个主成分可较好反映7 个单项指标（株高、主茎直径、分枝数、节间数、主茎节长、叶/茎值、鲜草产量）涵盖的内容，因此，可通过3 个主成分概括57 份紫花苜蓿材料农艺性状的相关性。

表5 各主成分方差贡献率 单位：%

由表6 可知， 第一主成分特征向量中株高贡献量最大，其次是主茎直径、主茎节长和主茎节间数，概括为株高因子；第二主成分特征向量中分枝数贡献最大、 其次是鲜草产量， 概括为草产量因子； 第三主成分特征向量中载荷较高且为正值的性状是主茎节长和分枝数， 载荷较高且为负值的性状是与抗倒伏有关的性状指标主茎直径， 概括为抗倒伏性因子。

表6 57 份紫花苜蓿种质性状主成分的特征向量

2.5 聚类分析

用SPSS 19.0 软件聚类法 （hierarchical clus-tering methods），根据供试的57 份紫花苜蓿株高、叶/茎值、干草产量、鲜草产量、粗蛋白含量的欧式距离进行聚类分析，并构建树状图（见图1）。 在欧式距离为5 时，将57 份紫花苜蓿聚为4 类，第一类包括敖汉-1、敖汉-2、甘农9 号、龙牧803、农菁8 号、巨能CR，鲜草产量较低，隶属函数综合排名靠后；第二类包括SR4030、中苜3 号、北方SLT，是鲜草产量和隶属函数综合排名前3 的品种；第三类包括WL168HQ、普沃、驯鹿、DS310FY、甘农6号、S-2、冲击波、康赛、甘农3 号、S-5、S-6，苜蓿皇后、挑战者、龙威6010、龙牧801、MF4020、柏拉图、WL343HQ、陇东苜蓿，鲜草产量较高，但其他指标较差，隶属函数综合排名处于中上；其余品种为第四类，鲜草产量和综合排名均处于中等（见表3）。

图1 57 份紫花苜蓿种质聚类分析

3 讨论

优质品种是苜蓿产业发展的关键因素， 而优良的苜蓿种质是苜蓿种质资源性状改良、 杂交亲本选择及品种选育的物质基础［6-8］。 紫花苜蓿常被加工成苜蓿干草、苜蓿青贮、苜蓿草粉、苜蓿草颗粒、苜蓿草块等产品，是奶牛最优质的牧草饲料之一，在肉牛、猪、鸡、鸭等动物生产中同样得到广泛应用［9-12］。 对于国内巨大内需市场，需要筛选产量高而且蛋白含量高的苜蓿品种。 评价分析单一农艺性状难以反映苜蓿品种的经济价值。 紫花苜蓿的干草产量是评价其品种优劣的关键特征， 也是衡量紫花苜蓿生产力大小的主要指标， 不同的草产量可以反映不同品种的生产性能及适应性［13］。紫花苜蓿各农艺性状反映不同的特性，株高、主直径、分枝数、节间数、节长、叶/茎值与苜蓿产量［14］、粗蛋白及粗纤维含量有一定关系［15］，该研究对7个主要农艺性状指标进行主成分分析， 总结了3个主成分，第一个主成分代表株高因子，反映了株高对苜蓿产量有重要影响； 第二个主成分为产量因子，主要是分枝数对苜蓿产量的重要影响，第三个主成分为抗倒伏性因子，主要是与主茎节长、直径等因子相关的性状， 反映苜蓿在当地抗倒伏的能力，是影响苜蓿产量及品质的重要因子。 以上3个主成分是苜蓿品种适应性选育的重要依据。 在实际生产中， 紫花苜蓿最重要的指标是产量和蛋白质含量，因此，该研究将蛋白质产量引入，作为筛选适应当地品种的重要依据， 鲜干比也是反映苜蓿品质的重要指标，影响蛋白质产量。各项指标与苜蓿品质有关，但并非均呈线性相关，需要分类和综合评价。苜蓿各农艺性状指标存在相关性，该试验对各农艺性状指标进行相关性分析和主成分分析， 将多种相关的随机变量转换成少量的综合指标，并且可以反映原来多种变量的信息［5，16-18］，再进行聚类分析；将57 份材料分为4 类，将产量最低以及综合排名最低的材料分为第一类； 将产量及综合排名最高的分为第二类； 产量较高其他指标较差的材料分为第三类； 产量和综合排名属于中间的材料分为第四类。 聚类后可作为基础材料为今后紫花苜蓿不同选育方向提供参考。

4 结论

在甘肃省酒泉地区种植当年综合评价较好的紫花苜蓿品种为中苜3 号、 北方SLT、SR4030、WL343HQ； 综合评价较差的品种为龙牧803、敖汉-1、农菁8 号。 粗蛋白产量前5 的紫花苜蓿品种为WL343HQ、SR4030、中苜3 号、柏拉图、MF4020。