賈振宇，米福貴,*，張躍華，孫 娜，王雪婷

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院/草地資源教育部重點實驗室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼草栽培、加工與高效利用重點實驗室，呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古蒙草生態(tài)環(huán)境(集團)股份有限公司，呼和浩特 010030)

披堿草屬(Elymusspp.)隸屬于禾本科(Gramineae)小麥族(Triticeae)，主要分布于歐亞大陸和北美洲北部，垂直分布從海拔幾米的海灘一直到海拔5200m以上的喜馬拉雅山[1]。該屬內(nèi)多數(shù)種類為優(yōu)良牧草，具有較高的飼用價值，同時含有麥類作物可能缺乏的抗蟲、抗逆等優(yōu)良基因，適應(yīng)性廣，抗逆性強，具有較高的生態(tài)、經(jīng)濟價值[2～3]，是我國北方地區(qū)最重要的禾本科牧草之一，也是固土治沙的重要草本植物。目前，國內(nèi)對披堿草屬牧草的研究主要集中在資源評價、栽培生產(chǎn)、抗逆性等方面[4～6]，而針對種質(zhì)資源表型性狀變異的報道還較少[7～9]。本試驗運用相關(guān)分析、方差分析、主成分分析和隸屬函數(shù)分析法，對五份披堿草屬牧草材料的株高、葉片數(shù)量、葉片長度、葉片寬度、莖粗、莖節(jié)數(shù)、節(jié)間長度、穗長共8個表型性狀進行測試鑒定，旨在為優(yōu)良種質(zhì)篩選及種植利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地自然概況

試驗在呼和浩特市林格爾縣盛樂鎮(zhèn)西溝門合創(chuàng)農(nóng)業(yè)科技研究中心進行，地處39°58′～40°41′N、 111°26′～112°18′E。該地區(qū)為中溫帶半干旱大陸性季風氣候，干旱、多風，日照時間充足，晝夜溫差較大。季節(jié)氣溫特點為：春季升溫快；夏季晝長夜短，天熱少雨；秋天降溫劇烈；冬季晝短夜長，溫度低。年均溫6.2℃左右，7月均溫22.1℃，近30年極端低溫為-30℃，極端高溫為35.9℃。0℃以上日均氣溫的連續(xù)時間約為233d左右；日均溫度在5℃以上連續(xù)時間為195d左右。年均降雨量為392.8mm，日最大降水量為99.1mm。土壤為栗鈣土，輕度鹽堿化，土壤質(zhì)地為非砂礫質(zhì)。

1.2 供試材料及來源

參試材料為五份不同的披堿草屬牧草種質(zhì)，其中包括1個國審品種、3個栽培種和1個正處于選育和鑒定評價階段的新品系，材料來源詳見表1。

表1 參試披堿草屬牧草材料來源

1.3 研究方法

1.3.1小區(qū)設(shè)計及田間管理

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，三次重復。小區(qū)面積20m2(4m×5m)，小區(qū)間隔50cm，穴播，行距50cm，株距40cm。

1.3.2觀測內(nèi)容與方法

觀測指標包括物候期、越冬率、單株鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量、莖葉比、鮮干比、植物學表型性狀等。每份材料所有測定指標均設(shè)置30個重復。

物候期：主要記錄返青期、抽穗期、開花期、完熟期，各物候期均以群體50%進入該時期為準。

越冬率：當年入冬前統(tǒng)計每小區(qū)存留植株總數(shù)，翌年返青后統(tǒng)計植株存活數(shù)，三次重復。越冬率=植株存活數(shù)/植株總數(shù)×100%。

單株生物量、葉莖比、鮮干比： 每份材料隨機選取5株刈割，留茬高度5cm，編號稱重，稱取后將莖(含葉鞘)、葉分開，然后置于烘箱中，先105℃殺青30min，再65℃烘干12h。計算莖葉比、干生物量和鮮干比。

表型性狀：于抽穗期測定，每個單株隨機選取3個分蘗枝，分別測定株高、葉片長度、葉片寬度、節(jié)間長度、莖粗、穗長、莖節(jié)數(shù)、葉片數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 2007和SAS 9.0軟件對觀測性狀的變異程度、變化規(guī)律及性狀間相關(guān)關(guān)系進行統(tǒng)計和分析，利用隸屬函數(shù)法對參試材料的農(nóng)藝性狀進行綜合排序。

2 結(jié)果與分析

2.1 物候期

物候期觀測結(jié)果列于表2。從表2看出，所有參試材料均能安全越冬，越冬率均在90%以上，其中披堿草2號的越冬率最高(96%)，表現(xiàn)出較好的抗寒能力。各參試材料越冬率排序為：農(nóng)牧老芒麥<垂穗披堿草 <內(nèi)農(nóng)老芒麥 <圓柱披堿草<披堿草2號。

表2 各參試材料的生育期

播后第二年，五份供試材料均于4月上旬返青，6月下旬抽穗，7月上旬開花，7月底或8月上旬種子成熟。由返青至抽穗，依材料不同大約需要70～86d，抽穗至開花需15～20d，開花后約月余種子趨于成熟。圓柱披堿草、披堿草2號返青較早，而內(nèi)農(nóng)老芒麥和農(nóng)牧老芒麥返青較晚，二者相比相差5～10d。各材料生育天數(shù)為110～132d，其中農(nóng)牧老芒麥、內(nèi)農(nóng)老芒麥及垂穗披堿草的生育天數(shù)較短，尤以農(nóng)牧老芒麥的生育天數(shù)為最短，返青后110d就可完熟。圓柱披堿草、披堿草2號的成熟期較其他三份材料晚7～10d，生育天數(shù)最長的是披堿草2號，完成完熟需要132d。

2.2 相關(guān)農(nóng)藝性狀

2.2.1不同材料間農(nóng)藝性狀的變異分析

相關(guān)性狀的觀察測試結(jié)果表明，供試材料間各性狀指標的變異系數(shù)范圍為6.55%～21.25%，其中節(jié)間長度、莖節(jié)數(shù)、花序長、葉片數(shù)量的變異幅度最大，變異系數(shù)分別為21.25%、15.07%、13.59%、11.46%；葉片寬度、株高的變異幅度最小，變異系數(shù)分別為9.41%、6.55%(表3)。變異系數(shù)從小到大順序為：株高<葉片寬度<莖粗<葉片長度<葉片數(shù)量<花序長<莖節(jié)數(shù)<節(jié)間長度。

表3 參試材料各性狀的平均值、標準差和變異系數(shù)

2.2.2不同材料間農(nóng)藝性狀的單因素方差分析

不同供試材料間，僅葉片寬度、葉片長度差異不顯著(P>0.05)；而單株鮮重、單株干重存在著顯著差異(0.01

表4 參試材料不同性狀的單因素方差分析

2.2.3不同材料間農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析

對五份供試材料表型性狀進行的Pearson相關(guān)分析的結(jié)果表明，各性狀間存在著明顯的相關(guān)性(見表5)。其中，株高與節(jié)間長度呈極顯著正相關(guān)，與單株干重和單株鮮重呈顯著正相關(guān)，與莖葉比呈顯著負相關(guān)；莖節(jié)數(shù)與葉片數(shù)量呈極顯著正相關(guān)，與花序長呈顯著正相關(guān)，與莖葉比呈顯著負相關(guān)；莖粗與葉片長度呈顯著正相關(guān)；莖葉比與鮮干比呈極顯著正相關(guān)，與單株干重呈極顯著負相關(guān)。 即株高、莖節(jié)數(shù)和葉片數(shù)量多、葉片寬且長的材料其花序也長，反之亦然?？傮w來看，地上生物量與莖節(jié)數(shù)、葉片數(shù)量、花序長、葉寬、葉長存在相關(guān)性，但均未達到顯著水平，僅與株高呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

表5 參試材料不同性狀的相關(guān)分析

2.2.4不同品種間農(nóng)藝性狀的主成分分析

對五份供試材料8個表型性狀的主成分分析結(jié)果表明，特征值≥1的主成分有3個，累積方差貢獻率達到80.92%，能夠反映大部分信息。3個主成分的函數(shù)式如下(X1為株高，X2為莖節(jié)數(shù)，X3為葉片數(shù)，X4為花序長，X5為莖粗，X6為節(jié)間長度，X7為葉寬，X8為葉長)：

F1=-0.147x1+0.481x2+0.483x3+0.442x4-0.263x5-0.374x6+0.302x7-0.134x8

F2=0.560x1+0.219x2+0.223x3+0.239x4+0.473x5+0.318x6+0.203x7+0.407x8

F3=-0.413x1-0.155x2-0.143x3-0.050x4+0.236x5-0.433x6+0.313x7+0.665x8

由函數(shù)式可以看出:第一主成分貢獻率為41.97%，莖節(jié)數(shù)、葉片數(shù)量因子的作用較大，基本上反映了植株葉片數(shù)量多少的特征；第二主成分貢獻率為23.45%，株高、莖粗、節(jié)間長度對其作用較大，大致反映出這3個因子與植株株型相關(guān)的關(guān)系；第三主成分貢獻率為15.49%，主要以葉片寬度和葉片長度為主，是反映植株葉片大小的綜合指標(表6)。

表6 參試材料8個形態(tài)指標主成分的特征值、貢獻率和累積貢獻率

2.3 地上生物量

對地上生物量的測定結(jié)果表明(表7)，內(nèi)農(nóng)老芒麥、圓柱披堿草的生物量較高，且顯著高于其他三種材料(P<0.05)，而農(nóng)牧老芒麥和披堿草2號的生物量相對比較低，分別為9143.3kg/hm2和9093.8kg/hm2；內(nèi)農(nóng)老芒麥的生物量最高，顯著高于其余四份參試材料(P<0.05)；圓柱披堿草的干草產(chǎn)量僅次于內(nèi)農(nóng)老芒麥，但與垂穗披堿草之間無顯著(P>0.05)差異；農(nóng)牧老芒麥和披堿2號干草產(chǎn)量相對較低，僅為4190.8kg/hm2和3707.5kg/hm2。

表7 參試材料莖葉比、鮮干比和產(chǎn)草量

五份參試材料莖葉比測定結(jié)果差異較明顯(表7)，內(nèi)農(nóng)老芒麥的莖葉比最小，且顯著低于農(nóng)牧老芒麥、圓柱披堿草和披堿草2號(P<0.05)，但與垂穗披堿草無顯著差異(P<0.05)。內(nèi)農(nóng)老芒麥和垂穗披堿草的鮮干比相對較小，分別為2.10和2.09，且顯著低于其他三份參試材料(P<0.05)；農(nóng)牧老芒麥、披堿草2號、圓柱披堿草的鮮干比相對較高，分別為2.81、2.74、2.67。該分析結(jié)果表明，內(nèi)農(nóng)老芒麥和垂穗披堿草干物質(zhì)積累的相對較多。

2.4 綜合性狀評價

通過對包括株高、莖節(jié)數(shù)、葉片數(shù)量、花序長度、莖粗、節(jié)間長度、葉片寬度、葉片長度、葉莖比、鮮干比、干草產(chǎn)量、鮮草產(chǎn)量等指標在內(nèi)的隸屬函數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)內(nèi)農(nóng)老芒麥綜合性狀隸屬函數(shù)值最高(為0.68)，其次為圓柱披堿草(為0.54)，參試材料綜合排序為農(nóng)牧老芒麥<垂穗披堿草<披堿草2號<圓柱披堿草<內(nèi)農(nóng)老芒麥(表8)。

表8 參試材料各性狀指標的隸屬函數(shù)值

3 討論

生物學特性和農(nóng)藝性狀是評價植物生長發(fā)育及產(chǎn)量潛力的常規(guī)指標和基本依據(jù)，有助于探明植物材料間的遺傳變異及親緣關(guān)系等[10]。植物種質(zhì)資源經(jīng)過長期的自然、人工選擇和生態(tài)位適應(yīng)，不同材料間通常會發(fā)生程度不同的分化[11]，呈現(xiàn)豐富的遺傳變異[12～13]。供試五份披堿草屬牧草種質(zhì)間大多數(shù)性狀指標的變異系數(shù)范圍為6.55%～21.25%，差異均達到顯著水平(P<0.05)，其中節(jié)間長度、莖節(jié)數(shù)、花序長、葉片數(shù)量的變異系數(shù)較高，表明供試種質(zhì)與產(chǎn)草量相關(guān)的指標變異大，有利于進行高產(chǎn)種質(zhì)的篩選。一般認為，株高、旗葉長、旗葉寬、分蘗數(shù)等性狀對單株產(chǎn)量有貢獻，但Pearson相關(guān)分析表明，單株鮮重、干重與葉寬、花序長、莖節(jié)數(shù)、葉片數(shù)量之間存在較高的相關(guān)性，但未達到顯著差異水平，而僅與株高呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，這與孫銘等[14]對多花黑麥草優(yōu)良種質(zhì)表型變異分析的結(jié)果相似，可能的原因在于地上生物量的體現(xiàn)與農(nóng)藝性狀的整體關(guān)系較大，因此在披堿草屬種質(zhì)資源篩選過程中可能需要綜合各項指標進行考察。主成分分析將8個性狀指標綜合成為3個主成分，這3個主成分分別反映了參試材料葉片數(shù)量的特征、植株高矮的特征和葉片大小的特征，代表了8個原始因子80.92%的信息量，是五份材料間形態(tài)變異的主要因素。相對于傳統(tǒng)的分析方法而言，隸屬函數(shù)統(tǒng)計分析法在立足植物多元指標的基礎(chǔ)上進一步開展植物種質(zhì)間的綜合評價，從而在很大程度上提高了綜合評價的準確性，且能更好地反應(yīng)不同植物種質(zhì)的真實表現(xiàn)，因而得到了較多的應(yīng)用[15]。在本試驗中，通過對參試材料的多個表型和產(chǎn)量相關(guān)性狀隸屬函數(shù)統(tǒng)計評價得出，內(nèi)農(nóng)老芒麥表現(xiàn)突出，是具有潛力的育種原材料。

4 結(jié)論

4.1內(nèi)農(nóng)老芒麥綜合性狀表現(xiàn)最佳，鮮草和干草產(chǎn)量最高，株高、葉長、葉寬、花序長等性狀表現(xiàn)較優(yōu)，在新品種選育和種植利用中具有較高應(yīng)用潛力。

4.2五份披堿草屬牧草在物候期、越冬率、生產(chǎn)性能、表型性狀方面的綜合評價排序為農(nóng)牧老芒麥<垂穗披堿草<披堿草2號<圓柱披堿草<內(nèi)農(nóng)老芒麥。

4.3在五份披堿草屬牧草的表型性狀中，株高、莖節(jié)數(shù)、節(jié)間長度、莖粗、葉片數(shù)量、葉寬、葉長是主要的變異來源，其中莖節(jié)數(shù)和葉片數(shù)量引起的變異最大，其次是株高、莖粗和節(jié)間長度，最后為葉寬和葉長。