43份扁穗牛鞭草資源在中高海拔地區(qū)的適應(yīng)性評價(jià)

徐遠(yuǎn)東，范 彥，冉啟凡，陳積山，何 瑋

(重慶市畜牧科學(xué)院/國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系云陽綜合試驗(yàn)站/重慶市草業(yè)工程技術(shù)研究中心，重慶 400015)

【研究意義】扁穗牛鞭草(Hemarthriacompressa(L. F.)R. Br.)是禾本科黍亞科牛鞭草屬多年生根莖型草本植物，為熱帶、亞熱帶優(yōu)質(zhì)飼用及水土保持草種[1]。牛鞭草生長期長、生長速度快、再生力強(qiáng)和產(chǎn)量高，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和抗逆性。扁穗牛鞭草分布在長江以南各地及河北、山東、陜西等地, 生于海拔2000 m以下的田邊、路旁濕潤處，少數(shù)可在北半球溫帶濕潤或較寒冷的立地條件生存[2-3]。但牛鞭草的主要分布和栽培利用區(qū)域?yàn)楹０?00～900 m的水濕地帶[4]，在冬季或較高海拔地區(qū)生長較為緩慢[5]，如何篩選培育耐寒性較強(qiáng)的資源材料，以擴(kuò)展牛鞭草的生產(chǎn)種植利用范圍和時間，是牛鞭草育種的一個研究方向。【前人研究進(jìn)展】20世紀(jì)50年代以來，美國、中國、日本、新西蘭等國家先后開展了牛鞭草屬野生種質(zhì)資源的搜集、開發(fā)和利用研究,美國育成并登記的品種有立大爾它(H.altissimacv. Redalta)等4個品種[2]，我國育成并登記的有“重高”(H.compressacv. Chonggao) 等3個品種[6-7]。牛鞭草有較強(qiáng)的耐寒性，有報(bào)道在南京、四川等地-9 ℃條件下仍能越冬[8-9]。牛鞭草在四川地區(qū)的生產(chǎn)適應(yīng)性和坪用價(jià)值也有相關(guān)研究報(bào)道[10-12]。王訊、黃慧君從可溶性糖等理化指標(biāo)方面對牛鞭草抗寒性的影響進(jìn)行了研究[13-14]。刈割留茬高度對牛鞭草的耐寒性有影響，留茬高耐寒性增強(qiáng)，留茬低耐寒性減弱[15]。嚴(yán)林的研究顯示，牛鞭草的越冬性能在海拔1300～1500 m高度出現(xiàn)分化[5]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】在海拔1400 m的中高海拔地區(qū)，通過觀察43份扁穗牛鞭草資源材料的越冬返青情況及早春生長情況，利用差異性分析、相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析法開展牛鞭草資源的適應(yīng)性評價(jià)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過對43份牛鞭草資源早春生長性狀指標(biāo)的評價(jià)，探索牛鞭草資源耐寒生長評價(jià)的有效方法，篩選耐寒性較強(qiáng)的優(yōu)良資源材料，以期為扁穗牛鞭草優(yōu)異耐寒材料的選育研究提供基礎(chǔ)參考資料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于重慶市南川區(qū)三泉鎮(zhèn)蓮花村，海拔1400 m，經(jīng)度107.364469°，緯度29.10085°，屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，降水豐沛。該地區(qū)為中山地貌，土壤屬黃壤土，酸性。

1.2 試驗(yàn)材料

供試扁穗牛鞭草資源43份，來自于四川省和重慶市區(qū)縣，序號及資源編號見表1。試驗(yàn)材料于2019年春季開始種植于試驗(yàn)田，每個資源小區(qū)面積4 m2(2 m×2 m)，株行距50 cm×50 cm；隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)；試驗(yàn)期間統(tǒng)一常規(guī)管理。于2019春季采集牛鞭草資源各性狀指標(biāo)，7月7日測產(chǎn)。

表1 牛鞭草資源編號與越冬返青表現(xiàn)

1.3 測定內(nèi)容及方法

1.3.1 越冬返青情況 開春后觀察地面莖葉顏色，枯黃與否；以1/3～1/2植株出現(xiàn)新生芽苗統(tǒng)計(jì)返青時間，越早返青說明耐寒生長性能越好。

1.3.2 株高 指株叢頂部平均離地高度。

1.3.3 生長速度 定株法測量，取2個不同時間點(diǎn)的植株高度之差，除以生長時間就得到生長速度。

1.3.4 蔓延半徑 指基株根部向四周覆蓋地面的寬度。

1.3.5 葉長、葉寬 取植株中間部位葉片各10片，測定葉基部到葉尖的距離為葉長，最寬處測葉寬。

1.3.6 節(jié)直徑、莖直徑、節(jié)間長 取植株中間部位莖節(jié)10個，測定節(jié)直徑和莖直徑，2個節(jié)之間長度為節(jié)間長。

1.3.7 單株分蘗數(shù) 指單株在近地處所發(fā)生的分枝數(shù)。

1.3.8 鮮干比、莖葉比 (樣品鮮重/樣品干重)×100%為鮮干比；(樣品葉的鮮重/樣品莖葉鮮重總量)×100%為莖葉比。

1.3.9 基株鮮重、干草產(chǎn)量 單個栽培莖段發(fā)出的整個株叢的鮮草產(chǎn)量為基株鮮重；根據(jù)4 m2樣段內(nèi)的鮮草產(chǎn)量換算成每100 m2的干草產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel2010和SPSS18.0進(jìn)行差異性分析、相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析[16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 越冬返青生長情況

43份牛鞭草資源越冬后表現(xiàn)差異較大(表1)。越冬后有1份材料(18號)地面莖葉表現(xiàn)青綠色，其余42份地面莖葉均枯黃；有3份材料(41號、42號、43號)開春后未出現(xiàn)返青，說明根部凍死；有40份材料有新生芽苗返青，但返青時間有先后差別，其中3月份返青的有20份，4月份返青的有12份，5月份返青的有8份。

2.2 性狀指標(biāo)表現(xiàn)及差異性分析

供試43份材料中有40份在春季返青生長，對這40份材料進(jìn)行差異性分析(表2)。各性狀指標(biāo)在不同資源材料間變異幅度較大，變異系數(shù)最大的為干草產(chǎn)量(75.66%)，變異系數(shù)最小為鮮干比(9.59%)，差異排序依次為：鮮干比<莖直徑<葉寬<節(jié)直徑<單株分蘗數(shù)<葉長<莖葉比<節(jié)間長<蔓延半徑<株高<基株鮮重<生長速度<干草產(chǎn)量，變異幅度的大小在一定程度上反映了各因子對干草產(chǎn)量的影響程度。

表2 牛鞭草各性狀指標(biāo)表現(xiàn)及差異性分析

續(xù)表2 Continued table 2

2.3 性狀指標(biāo)相關(guān)性分析

對供試品種進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析，結(jié)果顯示各性狀間相關(guān)性較高(表3)。株高與生長速度、蔓延半徑、葉長、葉寬、節(jié)直徑、莖直徑、節(jié)間長、單株分蘗數(shù)、基株鮮重、干草產(chǎn)量成顯著正相關(guān)，與莖葉比成顯著負(fù)相關(guān)。生長速度與干草產(chǎn)量、基株鮮重、葉長、節(jié)間長成顯著正相關(guān)。蔓延半徑與節(jié)間長、單株分蘗數(shù)、葉長、葉寬、節(jié)直徑、莖直徑顯著正相關(guān)。葉長與葉寬、節(jié)直徑、莖直徑、節(jié)間長極顯著正相關(guān)。葉寬與節(jié)直徑、莖直徑、節(jié)間長極顯著正相關(guān)。節(jié)直徑與莖直徑、節(jié)間長成極顯著正相關(guān)，與莖葉比成顯著負(fù)相關(guān)。莖直徑與節(jié)間長成極顯著正相關(guān)，與莖葉比成顯著負(fù)相關(guān)。節(jié)間長與單株分蘗數(shù)、基株鮮重成顯著正相關(guān)，與莖葉比成顯著負(fù)相關(guān)?；牾r重與干草產(chǎn)量成極顯著正相關(guān)，與莖葉比成顯著負(fù)相關(guān)。鮮干比與莖葉比成顯著正相關(guān)，與干草產(chǎn)量成顯著負(fù)相關(guān)。莖葉比與干草產(chǎn)量成顯著負(fù)相關(guān)。綜合來看，對干草產(chǎn)量影響較大的性狀依次為：鮮草產(chǎn)量(0.987**)、生長速度(0.582**)、株高(0.348*)、鮮干比(-0.318*)、莖葉比(-0.369*)，表明基株鮮重、生長速度和株高較高時，干草產(chǎn)量相對較高。

2.4 牛鞭草種質(zhì)各性狀的主成分分析

2.4.1 主成分分析 對供試的13個指標(biāo)性狀的主成分分析表明，前4個主成分特征值均大于1，累積貢獻(xiàn)率為78.669%，反映了大部分信息(表4)。其中，第1主成分占比42.398%，節(jié)間長、株高、節(jié)直徑、葉長、莖直徑、葉寬、生長速度、蔓延半徑等貢獻(xiàn)較大，反映了決定牛鞭草產(chǎn)量的主要因素；第2主成分占比16.270%，鮮干比、莖葉比、葉寬等貢獻(xiàn)較大，反映了決定牛鞭草水分含量的部分因素；第3主成分占比11.64%，單株分蘗數(shù)、鮮干比、莖葉比貢獻(xiàn)較大，反映了分蘗能力占比因子；第4主成分占比8.359%，莖葉比、葉寬、鮮干比、葉長占比貢獻(xiàn)較大，反映了葉片占比因子。總體反映了決定牛鞭草鮮草產(chǎn)量、水分、干物質(zhì)含量相關(guān)的特征。因子載荷矩陣(表5)顯示了每個原始變量對各主成分的貢獻(xiàn)率。

2.4.2 綜合評價(jià) 根據(jù)成分得分系數(shù)矩陣(表6)寫出相應(yīng)的主成分得分表達(dá)式如下：

F1=0.162x1+0.108x2+0.103x3+0.137x4+0.121x5+0.142x6+0.14x7+0.162x8+0.075x9-0.002x10-0.071x11+0.107x12+0.107x13

F2=-0.009x1-0.191x2+0.174x3+0.134x4+0.198x5+0.132x6+0.114x7+0.004x8+0.137x9+0.233x10+0.193x11-0.314x12-0.331x13

F3=0.08x1+0.118x2+0.21x3-0.044x4-0.141x5-0.227x6-0.279x7+0.004x8+0.417x9+0.338x10+0.306x11+0.198x12+0.154x13

F4=0.028x1+0.076x2-0.486x3+0.297x4+0.346x5-0.052x6+0.007x7-0.113x8-0.357x9+0.315x10+0.413x11+0.185x12+0.146x13

綜合得分=0.42398F1+0.1627F2+0.11641F3+0.08359F4

綜合得分公式中各系數(shù)為各主成分對應(yīng)的特征值貢獻(xiàn)率。根據(jù)該公式計(jì)算得出各資源材料的綜合得分，得分越大，綜合表現(xiàn)越好。由表7可知，28號材料得分最高，為45.099；其次25號、15號、27號和19號也較好，得分均在30以上；32號得分最低，為10.22。

表6 主成分得分系數(shù)矩陣

2.5 聚類分析

本研究采用的系統(tǒng)聚類法使用歐氏距離進(jìn)行組間分組。從圖1可以看出，在歐氏距離為10處，可將牛鞭草資源分為4類。類群I僅1份材料，即28號，其干草產(chǎn)量、鮮草產(chǎn)量、株高、生長速度、單株分蘗數(shù)等均較突出，類群II有8份材料，分別為23、26、5、15、25、27、19、24等，其干草產(chǎn)量均在50 kg以上，基株鮮重基本在400 kg以上，類群I和類群II共占比20.93%；類群III有5份材料，占比11.63%，分別為35、36、29、9、31等，其干草產(chǎn)量在30～45 kg，基株鮮重在250～300 kg；類群IV為其余的26份材料，占比60.46%，干草產(chǎn)量均在30 kg以下，基株鮮重在220 kg以下。

3 討 論

扁穗牛鞭草是一種多年生優(yōu)良飼草資源，現(xiàn)有品種多在海拔900 m以下的區(qū)域種植利用。通過野生種質(zhì)的篩選挖掘，培育抗寒種質(zhì)資源，可使牛鞭草的適宜種植范圍擴(kuò)大并延長利用時間。本研究對采自川渝地區(qū)的43份野生牛鞭草資源開展了耐寒性生長觀察，通過觀察資源材料的越冬返青情況，對性狀指標(biāo)的差異性、相關(guān)性進(jìn)行解析，并進(jìn)一步進(jìn)行主成分分析和聚類分析。研究結(jié)果顯示，資源材料的耐寒生長性能表現(xiàn)差異較大。

表7 40份牛鞭草種質(zhì)材料綜合得分及排名

資源材料的越冬返青觀察，印證了嚴(yán)林[5]的試驗(yàn)結(jié)果，在海拔1300～1500 m高度，牛鞭草資源的越冬性能開始分化較大。43份材料中有3份凍死，順利越冬的40份材料返青時間差異較大，其中20份3月返青，8份延后到5月返青。性狀指標(biāo)的差異性分析顯示，干草產(chǎn)量、生長速度等指標(biāo)的差異幅度居前，說明耐寒生長條件下，該類指標(biāo)突出的資源材料更能適應(yīng)寒冷的生長條件。相關(guān)性分析表明，莖桿粗長、生長速度和株高較高的資源材料，能獲得較高的干草產(chǎn)量，具有更好的耐寒生長適應(yīng)性。

劉金平的研究結(jié)果認(rèn)為：影響牛鞭草基株產(chǎn)量的第一主成分是分蘗數(shù)，第二主成分是株高和蔓延半徑，即植株空間分布范圍[17]。本文研究中主成分分析獲得4個主成分，其累積貢獻(xiàn)率達(dá)78.669%，各主成分較好地體現(xiàn)了性狀間的關(guān)系，第1主成分為產(chǎn)量因子，第2主成分為水分因子，第3主成分為分蘗數(shù)因子，第4主成分為葉型因子。研究結(jié)果的差異可能是試驗(yàn)研究討論方向的不同，本文重點(diǎn)討論耐寒條件下生長的差異性。在牛鞭草的耐寒育種中，表型性狀的選育可優(yōu)先考慮以上因子。

聚類分析能較好地實(shí)現(xiàn)牛鞭草資源材料間的區(qū)分與整理，為優(yōu)異種質(zhì)的篩選利用提供依據(jù)[18]。本研究通過系統(tǒng)聚類分析，將牛鞭草資源分為4大類，其中，類群I為28號材料，其特點(diǎn)表現(xiàn)在與產(chǎn)量因子密切相關(guān)的性狀指標(biāo)如株高、生長速度、蔓延半徑、葉長、葉寬、節(jié)間長、單株分蘗數(shù)等均很突出；類群II有8份材料，其干草產(chǎn)量略遜于類群I，其特點(diǎn)為在株高、蔓延半徑、生長速度、葉長、節(jié)間長等部分性狀指標(biāo)較突出，綜合效應(yīng)導(dǎo)致干草產(chǎn)量相對突出，均在50以上；類群III有5份材料，其主要在株高、生長速度、蔓延半徑、葉長、節(jié)間長等指標(biāo)表現(xiàn)一般，綜合效應(yīng)反映為干草產(chǎn)量很一般；類群IV共26份材料，總體表現(xiàn)為株高、生長速度、分蘗數(shù)等均較差，綜合效應(yīng)為干草產(chǎn)量很低，均在30以下。聚類分析的結(jié)果與主成分分析得分評價(jià)大體一致，但聚類區(qū)分更看重產(chǎn)量因子，以產(chǎn)量因子為主將資源材料分為幾個等級，基本反映了資源材料在中高海拔地區(qū)的不同生產(chǎn)適應(yīng)性。

4 結(jié) 論

海拔1300～1500 m處，牛鞭草資源的耐寒生長適應(yīng)性分化較大。43份供試資源中，6.98%的資源不能越冬，直接凍死；60.46%的資源能越冬，但生長表現(xiàn)較差；11.63%的資源能越冬，生長表現(xiàn)一般；20.93%的資源不僅能順利越冬，生長表現(xiàn)也較佳。

產(chǎn)量因子、水分因子、分蘗數(shù)因子和葉型因子可作為牛鞭草耐寒材料選育中優(yōu)先考慮的因子。

本研究篩選出的類群I和類群II共9份資源材料，表現(xiàn)出了較好的越冬和早春生產(chǎn)性能，可作為進(jìn)一步的耐寒材料選育利用。