高志琦，云 嵐，何茹雪，何佩臻

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院/草地資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010018)

新麥草(Psathyrostachysjuncea)，又名俄羅斯野黑麥 (Russian Wildrye)，是禾本科 (Gramineae) 小麥族 (Triticeae) 新麥草屬 (Psathyrostachys) 牧草，野生種質(zhì)具有穩(wěn)定二倍性 (2n=14, NsNs)[1]。新麥草野生種起源于西伯利亞，于19世紀(jì)30年代作為牧場(chǎng)種質(zhì)推廣應(yīng)用于加拿大西部及北美地區(qū)[2-3]。本國(guó)野生種主要分布于新疆天山以北、西藏及內(nèi)蒙古中西部。新麥草多分蘗、耐踐踏、具有抗旱和耐寒性[4]，而新麥草野生品種具有結(jié)實(shí)率低和落粒性強(qiáng)等特性，造成新麥草種子產(chǎn)量降低，影響新麥草種質(zhì)資源的開(kāi)發(fā)與利用[5]。隨著我國(guó)西部生態(tài)建設(shè)的推進(jìn)，對(duì)優(yōu)質(zhì)牧草品種的需求日益迫切，選育出優(yōu)良新麥草品種能大大緩解我國(guó)西北地區(qū)種質(zhì)資源的緊缺。

將育成品種與野生種質(zhì)進(jìn)行雜交以期獲得具有豐富變異性的育種材料是牧草育種中一項(xiàng)重要的育種方式[6-8]。種子產(chǎn)量是評(píng)價(jià)牧草性能的重要指標(biāo)，新麥草種子產(chǎn)量影響因子一直被作為學(xué)者們的研究重點(diǎn)[9]，通過(guò)雜交獲得具有雜種優(yōu)勢(shì)的群體后對(duì)具有目標(biāo)性狀的后代進(jìn)行進(jìn)一步選擇是雜交育種的工作重點(diǎn)。本研究將野生新麥草材料與新麥草育成品種新麥草進(jìn)行雜交并對(duì)后代植株進(jìn)行田間培育，通過(guò)相關(guān)性，主成分等分析探索新麥草雜交后代穗長(zhǎng)、穗寬、穗節(jié)數(shù)、每節(jié)小穗數(shù)等12項(xiàng)繁殖性狀與種子產(chǎn)量之間的關(guān)系，并對(duì)新麥草雜交后代各單株繁殖性狀、種子產(chǎn)量進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，以期獲得種子產(chǎn)量表現(xiàn)優(yōu)異的新麥草雜交后代個(gè)體用于后續(xù)新麥草育種研究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以新疆野生新麥草材料“XJ-ALT”為母本，以內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)育成品種“蒙農(nóng)4號(hào)”新麥草為父本，雜交后獲得117株新麥草雜種F1代可育單株。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市賽罕區(qū)內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)新校區(qū)牧草實(shí)驗(yàn)站 (111.41°E，40.48°N)，屬溫帶大陸性氣候，年平均氣溫為6.7℃，平均年較差為34.4℃～35.7℃，平均日較差為13.5℃～13.7℃，年平均降水400 mm左右。土壤為砂質(zhì)栗鈣土，pH值7.0左右，肥力適中。

新麥草雜種F1代種質(zhì)單株于2017年建植，小區(qū)面積29 m2,行距50 cm，株距50 cm，每行種植6株植株，位置分別記為1-6號(hào)，共27行，單株編號(hào)原則：“行數(shù)-位置”。生長(zhǎng)期間采用常規(guī)水肥管理措施，各指標(biāo)測(cè)定時(shí)間設(shè)定于群體田間生長(zhǎng)第3年。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

種子收獲期測(cè)定F1代新麥草以下繁殖性狀，各指標(biāo)均取5次測(cè)定的平均值：穗長(zhǎng)(cm)、穗寬(cm)、穗節(jié)數(shù)、每節(jié)小穗數(shù)、每小穗小花數(shù)、每小節(jié)結(jié)實(shí)種子數(shù)、單穗種子數(shù)、單穗小花數(shù)、單株小花數(shù)、生殖枝數(shù)、單株種子數(shù)及千粒重(g)，通過(guò)計(jì)算得出單株結(jié)實(shí)率(%)(單株種子數(shù)/單株小花數(shù) × 100%)，并通過(guò)稱重獲得單株種子產(chǎn)量(g)[10]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總及簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)Origin 2019b(MicroCal, USA)或SAS軟件完成各指標(biāo)相關(guān)性及主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 F1代新麥草繁殖性狀簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)各性狀及種子產(chǎn)量指標(biāo)進(jìn)行變異性分析可發(fā)現(xiàn)新麥草F1群體的所有繁殖性狀都有一定程度的性狀分離(見(jiàn)表1)。繁殖性狀中變異程度從大到小排列依次為單株種子數(shù)、單株小花數(shù)、生殖枝數(shù)、單穗種子數(shù)、每小節(jié)結(jié)實(shí)種子數(shù)、單穗小花數(shù)、每小穗小花數(shù)、千粒重、穗長(zhǎng)、穗寬、穗節(jié)數(shù)、每節(jié)小穗數(shù)，變異系數(shù)在5.46%～73.49%之間。在種子產(chǎn)量指標(biāo)中，單株種子產(chǎn)量(CV= 73.80%)變異單株結(jié)實(shí)率(CV= 43.26%)更明顯。

表1 F1代新麥草種質(zhì)各性狀測(cè)定值的簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)

2.2 F1代新麥草繁殖性狀與種子產(chǎn)量相關(guān)性分析

相關(guān)性分析(見(jiàn)圖1)表明，與單株種子產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度達(dá)極顯著水平(P>0.01)的繁殖性狀有10個(gè)，相關(guān)系數(shù)大小關(guān)系為單株種子數(shù)>單株小花數(shù)>生殖枝數(shù)>單穗種子數(shù)>每小節(jié)結(jié)實(shí)種子數(shù)>單穗小花數(shù)>穗寬>穗節(jié)數(shù)>穗長(zhǎng)>每小穗小花數(shù)。單株結(jié)實(shí)率與每小節(jié)結(jié)實(shí)種子數(shù)、單穗種子數(shù)、單株種子數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與穗寬呈顯著正相關(guān)(P>0.05)，但與每小穗小花數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，與單穗小花數(shù)負(fù)相關(guān)性達(dá)顯著水平。

2.3 F1代新麥草繁殖性狀及種子產(chǎn)量主成分分析

相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)與單株種子產(chǎn)量具有一定相關(guān)性的指標(biāo)高達(dá)11個(gè)，為探究是否可將多個(gè)指標(biāo)組合為幾個(gè)較少的綜合指標(biāo)對(duì)F1代新麥草種子產(chǎn)量情況及繁殖發(fā)育能力進(jìn)行綜合性描述，本研究將各相關(guān)繁殖性狀、單株種子產(chǎn)量及單株結(jié)實(shí)率進(jìn)行主成分分析(表2)，因子設(shè)定情況如下：穗長(zhǎng)(X1)、穗寬(X2)、穗節(jié)數(shù)(X3)、每小穗小花數(shù)(X4)、每小節(jié)結(jié)實(shí)種子數(shù)(X5)、單穗種子數(shù)(X6)、單穗小花數(shù)(X7)、 單株小花數(shù)(X8)、單株種子數(shù)

注：**代表P<0.01，極顯著相關(guān)；*代表P<0.05，顯著相關(guān)。

(X9)、生殖枝數(shù)(X10)、單株種子產(chǎn)量(X11)、單株結(jié)實(shí)率(X12)。結(jié)果顯示共有5個(gè)主成分因子入選，其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到84.45%，表明這5個(gè)主成分因子可代表14項(xiàng)觀測(cè)指標(biāo)在F1代新麥草材料種子產(chǎn)量因子變異的大部分信息。

主成分因子Y1反映了F1后代材料性狀變異的38.24%，表達(dá)式為Y1=0.31X1+0.23X2+0.29X3+0.14X4+0.24X5+0.29X6+0.04X7+0.35X8+0.35X9+0.37X10+0.38X11+0.26X12。主成分因子Y1主要由X11(單株種子產(chǎn)量)、X10(生殖枝數(shù))、X8(單株小花數(shù))和X9(單株種子數(shù))決定，可以認(rèn)為第一主成分代表了新麥草單株種子產(chǎn)量。

主成分因子Y2反映了F1后代材料性狀變異的15.44%，表達(dá)式為Y2=0.30X1-0.04X2+0.27X3+0.17X4+0.32X5-0.18X6+0.36X7-0.09X8+0.41X9-0.22X10-0.37X11-0.42X12。主成分因子Y1主要由X1(穗長(zhǎng))、X5(每小節(jié)結(jié)實(shí)種子數(shù))、X7(單穗小花數(shù))和X9(單株種子數(shù))決定，第二主成分主要包含新麥草單穗性狀特征。

主成分因子Y3反映了F1后代材料性狀變異的12.64%，表達(dá)式為Y3=-0.07X1-0.16X2-0.03X3-0.01X4+0.23X5-0.53X6+0.09X7-0.49X8+0.17X9+0.41X10+0.02X11+0.44X12。主成分因子Y3主要由X10(生殖枝數(shù))和X12(單株結(jié)實(shí)率)決定，第三主成分即可對(duì)新麥草雜交后代生殖分蘗能力進(jìn)行說(shuō)明。

主成分因子Y4反映了F1后代材料性狀變異的9.95%，表達(dá)式為Y4=-0.36X1+0.12X2-0.46X3-0.42X4+0.51X5+0.23X6+0.36X7+0.08X8+0.12X9-0.01X10+0.04X11-0.06X12。主成分因子Y4主要由X5(每小節(jié)結(jié)實(shí)種子數(shù))、X6(單穗種子數(shù))及X7(單穗小花數(shù))決定，可以認(rèn)為第四主成分主要與新麥草花序發(fā)育及結(jié)實(shí)能力相關(guān)。

主成分因子Y5反映了F1后代材料性狀變異的8.17%，表達(dá)式為Y5=-0.22X1+0.57X2-0.28X3+0.69X4-0.08X5+0.01X6+0.19X7-0.12X8-0.03X9+0.00X10-0.07X11+0.05X12。主成分因子Y4主要由X2(穗寬)、X4(每小穗小花數(shù))及X7(單穗小花數(shù))決定，第五主成分主要與新麥草穗部寬度發(fā)育情況有關(guān)，每小穗小花數(shù)越多，新麥草穗部越寬。

表2 F1代新麥草繁殖性狀的主成分分析

2.4 F1代新麥草單株繁殖性狀評(píng)價(jià)

通過(guò)公式Z= (0.382 4×Y1+ 0.154 4×Y2+ 0.126 4×Y3+ 0.099 5×Y4+ 0.081 7×Y5)/0.844 5。計(jì)算F1群體各單株材料的綜合得分評(píng)價(jià)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)綜合得分大于0.80的后代材料共有27株，列出綜合得分大于0.95的后代材料進(jìn)行進(jìn)一步選擇，見(jiàn)表3。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在117株新麥草雜交后代中有18株植株在繁殖性狀中表現(xiàn)顯著優(yōu)異，可根據(jù)種質(zhì)選育方向選擇具有相對(duì)優(yōu)異性狀的植株進(jìn)行后續(xù)育種研究。

表3 新麥草F1群體優(yōu)良單株繁殖性狀綜合得分

3 討論

牧草種子是進(jìn)行飼草生產(chǎn)、草業(yè)發(fā)展、生態(tài)治理的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和根本的生產(chǎn)資料[11],本研究中發(fā)現(xiàn)，新麥草雜交后代各單株種子產(chǎn)量表現(xiàn)變異性較大，所以在明確新麥草種子產(chǎn)量因子的前提下，進(jìn)一步分析F1代新麥草繁殖性狀表現(xiàn)，對(duì)選擇優(yōu)質(zhì)新麥草育種材料具有重要意義。王佺珍等[12]人發(fā)現(xiàn)對(duì)新麥草種子產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)最大的指標(biāo)為生殖枝數(shù)；云嵐等[13]人發(fā)現(xiàn)單株穗數(shù)，單穗種子數(shù)與單株種子產(chǎn)量具有極顯著相關(guān)性；王勇[14]提出單位面積花序數(shù)是蒙農(nóng)4號(hào)新麥草種子產(chǎn)量影響因子中的第一限制因子；張晨[15]等人探究單株種子產(chǎn)量與穗節(jié)數(shù)、單穗小穗數(shù)、單穗小花數(shù)等新麥草繁殖性狀的相關(guān)程度，發(fā)現(xiàn)生殖枝數(shù)、穗節(jié)數(shù)、單穗小花數(shù)、千粒重與單株種子產(chǎn)量關(guān)聯(lián)性最高。本研究中發(fā)現(xiàn)單株結(jié)實(shí)率與每小穗小花數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，與單穗小花數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)性，說(shuō)明無(wú)法通過(guò)新麥草在生殖生長(zhǎng)中小花數(shù)的多少來(lái)判斷新麥草種子產(chǎn)量，將12項(xiàng)繁殖性狀與種子產(chǎn)量及結(jié)實(shí)率進(jìn)行相關(guān)性分析并結(jié)合主成分分析，結(jié)果表明可通過(guò)單株小花數(shù)、生殖枝數(shù)、單穗種子數(shù)、每小節(jié)結(jié)實(shí)種子數(shù)、單穗小花數(shù)、穗長(zhǎng)6項(xiàng)繁殖性狀對(duì)新麥草生殖生長(zhǎng)狀況進(jìn)行較全面的概括。雜交育種[16]是對(duì)不同種群、不同基因型個(gè)體間進(jìn)行雜交，是獲得牧草新品種的主要方式之一。本研究選用生殖生長(zhǎng)表現(xiàn)良好的育成品種蒙農(nóng)4號(hào)新麥草為父本，抗鹽堿性良好但種子產(chǎn)量表現(xiàn)較差的野生新麥草“XJ-ALT”為母本進(jìn)行雜交，目的是利用雜種優(yōu)勢(shì)獲得既具有野生新麥草抗性又具有高產(chǎn)特征的優(yōu)良新麥草材料。本研究通過(guò)對(duì)F1群體各單株材料的綜合得分進(jìn)行比較，獲得數(shù)株繁殖性狀與種子產(chǎn)量表現(xiàn)優(yōu)異的雜交后代材料，如2-2號(hào)植株，第一主成分Y1得分顯著高于其他植株，種子產(chǎn)量明顯優(yōu)于其他后代材料；9-1、24-2、25-3號(hào)植株在多個(gè)主成分中得分情況均較高，綜合性狀良好。這些后代材料的獲得對(duì)培育草種高產(chǎn)新麥草種質(zhì)工作具有重要意義。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)新麥草雜交后代繁殖性狀及種子產(chǎn)量進(jìn)行評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，有不少新麥草F1代材料的繁殖性狀得到了改良，群體中生殖分蘗數(shù)及結(jié)實(shí)種子能力的升高保證了后代單株的種子產(chǎn)量，主成分分析所得5個(gè)主成分因子對(duì)各性狀變異累計(jì)貢獻(xiàn)率為84.45%，通過(guò)綜合評(píng)價(jià)得分，篩選出了18個(gè)新麥草優(yōu)良株系，其中2-2號(hào)單株代表單株種子產(chǎn)量的第1主成分得分顯著高于其他植株，可作為重點(diǎn)選育對(duì)象。