， ， ， 志勇， ， (.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所/農(nóng)業(yè)部沙爾沁牧草資源重點(diǎn)野外科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 0000；.內(nèi)蒙古赤峰市林西縣農(nóng)牧業(yè)局， 內(nèi)蒙古 赤峰 0550)

·問(wèn)題探討·

不同生態(tài)型扁蓿豆種子性狀的遺傳多樣性和相關(guān)性分析

李鴻雁1，李俊1，黃帆1，李志勇1，孫麗楠2，許蓮華2
(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所/農(nóng)業(yè)部沙爾沁牧草資源重點(diǎn)野外科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.內(nèi)蒙古赤峰市林西縣農(nóng)牧業(yè)局， 內(nèi)蒙古 赤峰 025250)

對(duì)扁蓿豆(Medicagoruthenica(L.)Trautv.)不同生態(tài)區(qū)的20份野生材料種子性狀的變異進(jìn)行系統(tǒng)研究，分別測(cè)定千粒重、種子長(zhǎng)、種子寬和種子長(zhǎng)寬比共4個(gè)種子形態(tài)指標(biāo)，方差分析表明：扁蓿豆種子性狀變異幅度最大的為千粒重，變異系數(shù)為12.50%，所有性狀均表現(xiàn)差異極顯著。主成分分析表明：前2個(gè)主成分包含了原來(lái)4個(gè)性狀指標(biāo)的93.74%，足以能夠代表所有性狀變異的全部信息，特征值總和為3.749。聚類分析表明：在遺傳距離為12時(shí)，可以把20份野生材料分為六大類。相關(guān)分析表明：種子長(zhǎng)和種子寬、種子寬和千粒重均呈極顯著正相關(guān)，而種子長(zhǎng)和種子長(zhǎng)寬比、種子長(zhǎng)和千粒重均呈顯著正相關(guān)。研究表明，扁蓿豆植物野生種質(zhì)材料具有豐富的遺傳多樣性。

扁蓿豆； 種子特性； 多樣性； 相關(guān)性

扁蓿豆(Medicagoruthenica(L.)Trautv.)屬豆科(Leguminosae)苜蓿屬(Medicago)多年生草本植物，為典型草原或草甸草原的常見(jiàn)伴生植物[1]。多分布在我國(guó)黃河流域及其以北年降水量250～400 mm的地區(qū)，生于草原、沙質(zhì)地、荒草地及固定沙丘，也常見(jiàn)于疏林、灌叢和向陽(yáng)山坡。與禾本科牧草混播，是建立永久性人工或半人工放牧地的優(yōu)良草種。具有抗旱、抗寒、耐瘠薄、適應(yīng)性廣、蛋白質(zhì)含量高、適口性好、不含皂素、家畜過(guò)量采食不會(huì)發(fā)生鼓脹病等特點(diǎn)，營(yíng)養(yǎng)期粗蛋白含量可達(dá)18%以上，是一種優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)飼用植物[2]。由于枝葉繁茂，扁蓿豆也是很好的水土保持植物。尤其是在高寒地區(qū)十分缺乏優(yōu)良豆科牧草，而唯有扁蓿豆可在此類地區(qū)分布，適口性好，營(yíng)養(yǎng)豐富，草質(zhì)優(yōu)良，是建立人工草地及草地補(bǔ)播的優(yōu)良草種[3]。扁蓿豆為典型的上繁草，非常適合與各種生育期較晚的下繁或中繁禾本科混播[4]。野生扁蓿豆在適宜的栽培條件下能夠充分發(fā)揮生產(chǎn)潛力，當(dāng)前，對(duì)它進(jìn)一步引種馴化，推廣栽培是有意義的[5]。

扁蓿豆花期較長(zhǎng)，單株花期持續(xù)近2個(gè)月，莢果成熟需1個(gè)月，而且完全成熟后極易開(kāi)裂，給采種造成很大影響，導(dǎo)致種子產(chǎn)量低[6]。扁蓿豆種子硬實(shí)率高達(dá)93.4%[3]，采用摩擦和酸浸的方法可有效地降低扁蓿豆種子的硬實(shí)率，提高發(fā)芽率[7]。趙麗麗等[8]采用98%硫酸處理打破扁蓿豆種子硬實(shí)率，使其發(fā)芽率提高到90%以上。扁蓿豆在種子發(fā)育過(guò)程中，莢果和種子含水量隨著種子成熟度的提高而呈下降趨勢(shì)，同時(shí)種子活力、千粒重和硬實(shí)率呈上升趨勢(shì)，發(fā)芽率呈先增后減的趨勢(shì)[9]。

扁蓿豆在生產(chǎn)中具有較廣泛的應(yīng)用價(jià)值，因此受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，師文貴等[10]、韓海波等[11]、寧紅梅等[12]、額爾敦嘎日迪等[13]、李鴻雁等[14-15]、李志勇等[16]從形態(tài)學(xué)、染色體水平、蛋白質(zhì)和DNA 水平上對(duì)內(nèi)蒙古扁蓿豆居群進(jìn)行了遺傳多樣性的研究。李海賢等[9,17]曾在扁蓿豆種子生產(chǎn)研究現(xiàn)狀、種子產(chǎn)量構(gòu)成因子方面進(jìn)行了研究, 李志勇[18]和李鴻雁等[19]研究扁蓿豆不同居群種子產(chǎn)量性狀的遺傳變異。本研究對(duì)分布于不同生態(tài)區(qū)的20份野生扁蓿豆種子的形態(tài)特性進(jìn)行觀測(cè)，揭示扁蓿豆種子性狀變異的特點(diǎn)及其不同生態(tài)區(qū)種質(zhì)間的相關(guān)性，以期對(duì)我國(guó)扁蓿豆種質(zhì)資源的廣泛利用提供理論依據(jù)。

表1 扁蓿豆試驗(yàn)材料

編號(hào) 采集地種質(zhì)名稱M?1蒙古國(guó) 扁蓿豆M．ruthenicaM?2內(nèi)蒙古錫林郭勒盟灰騰梁 扁蓿豆M．ruthenicaM?3內(nèi)蒙古赤峰市 黃花型扁蓿豆M．ruthenica(yellowtype)M?4內(nèi)蒙古赤峰市 黃花型扁蓿豆M．ruthenica(yellowtype)M?5內(nèi)蒙古通遼市大清溝 黃花型扁蓿豆M．ruthenica(yellowtype)M?6內(nèi)蒙古錫林郭勒盟白音錫勒 扁蓿豆M．ruthenicaM?7內(nèi)蒙古錫林郭勒盟白音錫勒 細(xì)葉扁蓿豆M．ruthenicavar．oblongifoliaM?8內(nèi)蒙古包頭市達(dá)茂旗 扁蓿豆M．ruthenicaM?9內(nèi)蒙古包頭市土右旗 扁蓿豆M．ruthenicaM?10內(nèi)蒙古呼和浩特市 扁蓿豆M．ruthenicaM?11內(nèi)蒙古呼和浩特市 扁蓿豆M．ruthenicaM?12西藏自治區(qū)扎達(dá)縣 扁蓿豆M．ruthenicaM?13內(nèi)蒙古錫林郭勒盟錫林浩特市 扁蓿豆M．ruthenicaM?14內(nèi)蒙古錫林郭勒盟西蘇旗 扁蓿豆M．ruthenicaM?15內(nèi)蒙古錫林郭勒盟錫林浩特市 扁蓿豆M．ruthenicaM?16遼寧省遼西縣 扁蓿豆M．ruthenicaM?17內(nèi)蒙古呼和浩特市清水河縣 扁蓿豆M．ruthenicaM?18內(nèi)蒙古海拉爾市 細(xì)葉扁蓿豆M．ruthenicavar．oblongifoliaM?19山西省 扁蓿豆M．ruthenicaM?20山西省沁水縣 扁蓿豆M．ruthenica

表2 扁蓿豆種子性狀的方差分析結(jié)果

平均值方差變異系數(shù)(%)最大值最小值F差異顯著性種子長(zhǎng)2．170．1597．32．521．880．995??種子寬1．720．1096．31．921．420．373??種子長(zhǎng)寬比1．270．06451．381．180．935??千粒重2．480．32112．53．271．841．000??

注：“**”表示p<0.01差異極顯著，“*”表示p<0.05差異顯著。

1 材料和方法

1.1 材 料

試驗(yàn)種子均由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所國(guó)家牧草種質(zhì)中期庫(kù)提供, 具體見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)方法

隨機(jī)選取50粒種子，用游標(biāo)卡尺分別測(cè)定種子長(zhǎng)度和種子寬度，以種子縱軸為其長(zhǎng)度，以腹面橫向最大距離為其寬度，測(cè)量單位精確到小數(shù)點(diǎn)后2位；采用十字對(duì)角線取樣法，檢定千粒重；5次重復(fù)，取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用SPSS 11.5軟件和Excel 5.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)變異系數(shù)、主成分分析、聚類分析和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1扁蓿豆種子性狀的基本統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)20份扁蓿豆材料的4個(gè)性狀的基本統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果(表2)表明：扁蓿豆種子性狀的變異幅度最大的為千粒重，變異系數(shù)為12.5%，變異范圍為1.84～3.27 mm，平均值為2.48 mm，變異幅度最小的為種子長(zhǎng)寬比，其變異系數(shù)為5%，變異范圍為1.18～1.38 mm，平均值為1.27 mm；所有性狀均表現(xiàn)差異極顯著。說(shuō)明不同材料之間存在較大的差異。

2.2 扁蓿豆種子性狀的主成分分析

對(duì)20份扁蓿豆野生材料的4個(gè)種子性狀指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，各項(xiàng)目特征值、貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率見(jiàn)表3。從表3可以看出，前2個(gè)主成分包含了所有性狀指標(biāo)的93.74%，代表了性狀變異的全部信息，其特征值的總和為3.749。其中第1主成分對(duì)總變異的貢獻(xiàn)率為59.636%，影響較大的性狀有種子長(zhǎng)(0.850)，種子寬(0.946)，千粒重(0.876)；第2主成分對(duì)總變異的貢獻(xiàn)率為34.103%，影響較大的性狀有種子長(zhǎng)寬比(0.992)。

2.3 扁蓿豆種子性狀的聚類分析

利用歐式距離進(jìn)行聚類分析(見(jiàn)圖1)，可以看出，在歐式距離為12時(shí)，可以將20份材料分為六類。第Ⅰ類4份材料，其中來(lái)自內(nèi)蒙古錫林郭勒盟白音錫勒的2份(M-6、M-7)，來(lái)自內(nèi)蒙古通遼市大清溝的M-5，來(lái)自內(nèi)蒙古呼和浩特市清水河縣的M-17；第Ⅱ類10份材料，其中8份均來(lái)源于內(nèi)蒙古(M-2、M-4、M-8、M-11、M-13、M-14、M-15、M-18)，來(lái)自西藏自治區(qū)的M-12，來(lái)自于遼寧省遼西縣的M-16；第Ⅲ類1份材料，來(lái)自于內(nèi)蒙古呼和浩特市M-10；第Ⅳ類3份材料，來(lái)自于蒙古國(guó)的M-1、來(lái)自于內(nèi)蒙古包頭市土右旗的M-9和來(lái)自于山西省沁水縣的M-20；第Ⅴ類1份材料，來(lái)自于內(nèi)蒙古赤峰市的M-3；第Ⅵ類1份材料，來(lái)自于山西省的M-19。

表3 扁蓿豆種子性狀主成分分析結(jié)果

性狀第1主成分第2主成分種子長(zhǎng)0．8500．509種子寬0．946-0．210千粒重0．876-0．277種子長(zhǎng)寬比0．6020．992特征值2．3851．364貢獻(xiàn)率(%)59．63634．103累積貢獻(xiàn)率(%)59．63693．740

圖1 扁蓿豆種子性狀聚類分析

2.4 扁蓿豆種子性狀的相關(guān)分析

通過(guò)主成分分析可以看出，前2個(gè)主成分包含了4個(gè)種子性狀指標(biāo)的93.740%，基本能夠代表這4個(gè)種子性狀變異的全部信息，因此分析了這4個(gè)指標(biāo)之間的相關(guān)性并進(jìn)行了差異顯著性檢驗(yàn)(表4)，結(jié)果顯示，各性狀間的相關(guān)程度不同。種子長(zhǎng)與種子寬呈極顯著正相關(guān)(0.729)(p<0.01)，種子寬和千粒重呈極顯著正相關(guān)(0.790)(p<0.01)，種子長(zhǎng)和種子長(zhǎng)寬比呈顯著正相關(guān)(0.496)(p<0.05)，種子長(zhǎng)和千粒重呈顯著正相關(guān)(0.552)(p<0.05)。

表4 扁蓿豆種子性狀間的相關(guān)分析

種子長(zhǎng)種子寬種子長(zhǎng)寬比千粒重種子長(zhǎng)1種子寬0．729??1種子長(zhǎng)寬比0．496?-0．2301千粒重0．552?0．790??-0．2181

注：“**”表示p<0.01差異極顯著，“*”表示p<0.05差異顯著。

3 討論與結(jié)論

本研究首次對(duì)扁蓿豆種質(zhì)資源種子性狀進(jìn)行較系統(tǒng)的鑒定評(píng)價(jià)。對(duì)20份扁蓿豆野生材料的4個(gè)種子性狀的變異系數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：所有性狀均表現(xiàn)差異極顯著，可能由于扁蓿豆是多年生、異花授粉植物，分布地域廣，具有較高的遺傳變異水平。4個(gè)種子性狀的變異系數(shù)的變化范圍分布在5%～12.5%之間，其中千粒重、種子長(zhǎng)和種子寬是引起扁蓿豆種質(zhì)變異的主要性狀。陽(yáng)翠等認(rèn)為，不同居群的苦豆子在種子大小、種皮顏色、千粒質(zhì)量、發(fā)芽率、種子活力等方面存在較大差異，說(shuō)明苦豆子種質(zhì)資源的生態(tài)類型多, 遺傳背景較復(fù)雜[20]。與本研究結(jié)果相一致。

主成分分析結(jié)果表明：種子長(zhǎng)、種子寬和千粒重等是引起扁蓿豆種質(zhì)變異的主要性狀，這與變異系數(shù)分析結(jié)果基本一致，也與師文貴[10]等和韓海波等[11]的研究結(jié)果相一致。因此，可以把主成分的分析結(jié)果應(yīng)用到生產(chǎn)中，為牧草育種工作提供依據(jù)。

聚類分析表明：20份野生扁蓿豆材料可劃分為六大類，其中相同或相似地理來(lái)源的野生材料大部分聚在一起。表明材料之間的親緣關(guān)系與地理起源相關(guān)，但是也有交叉現(xiàn)象，主要與扁蓿豆在某些形態(tài)上的差異較大有關(guān)，反映了扁蓿豆遺傳資源較豐富。

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The Genetic Diversity and Correlation Analysis of Seed Traits ofMedicagoruthenicawith Different Ecotype

LIHongyan1,LIJun1,HUANGFan1,LIZhiyong1,SUNLi’nan2,XULianhua2

2016-04-20

“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃課題“淀粉類(小麥野生材料)種質(zhì)遺傳完整性新技術(shù)研究及監(jiān)測(cè)”(編號(hào)：2013 BAD 01 B 0105)；農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)項(xiàng)目“多年生牧草收集、編目、更新與利用”(編號(hào)：2015 NWB 037)資助。

李鴻雁(1964—)，女，遼寧省錦州市人；博士，研究員，主要從事牧草資源保存與創(chuàng)新利用研究；E-mail:hongyli1964@126.com。

李志勇(1965—)，男，博士，研究員，主要從事牧草種質(zhì)資源保存與創(chuàng)新利用研究；E-mail:zhiyongli1216@126.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.08.067

S 541.9

A

1001-4705(2016)08-0067-04