喜馬拉雅鴨茅野生二倍體與同源四倍體農(nóng)藝性狀的對(duì)比研究

黃梅芬,薛世明,高月娥,李喬仙,張美艷,余梅,鐘聲

(云南省草地動(dòng)物科學(xué)研究院，云南 昆明650212)

?

喜馬拉雅鴨茅野生二倍體與同源四倍體農(nóng)藝性狀的對(duì)比研究

黃梅芬,薛世明,高月娥,李喬仙,張美艷,余梅,鐘聲*

(云南省草地動(dòng)物科學(xué)研究院，云南 昆明650212)

摘要：本研究對(duì)供試的喜馬拉雅野生二倍體鴨茅及其同源四倍體鴨茅進(jìn)行單株和條播種植，旨在獲得不同倍性水平鴨茅農(nóng)藝性狀特性。結(jié)果表明,喜馬拉雅野生二倍體具有營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期比同源四倍體長(zhǎng)，后期生長(zhǎng)迅速，生育期比同源四倍體長(zhǎng)的特點(diǎn)；同源四倍體各構(gòu)件中的葉量(P<0.01)和單株產(chǎn)量(P<0.05)明顯地高于同期喜馬拉雅野生二倍體鴨茅。隨著倍性的增加，增加了分蘗數(shù)、生殖枝數(shù)和千粒重，但是生殖枝所占的比重、穗量、種子數(shù)、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率均降低，導(dǎo)致同源四倍體的育性不及喜馬拉雅野生二倍體鴨茅。在干物質(zhì)產(chǎn)量方面，同源四倍體每次刈割的產(chǎn)量和年干物質(zhì)產(chǎn)量比喜馬拉雅野生二倍體鴨茅分別提高20.3%~72.8%和18.3%~41.5%，枯草比例下降23.9%。從供草的均衡分析，同源四倍體供草均衡性優(yōu)于喜馬拉雅野生二倍體。在飼草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值方面，不論野生二倍體還是同源四倍體，隨著成熟度的增加，粗蛋白、粗脂肪、灰分、鈣含量、磷含量和半纖維素含量明顯下降，中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和酸性木質(zhì)素增加，而且隨著倍性水平增加，同期生長(zhǎng)不同倍性鴨茅的各營(yíng)養(yǎng)成分增減不一，尤以完熟期的鴨茅隨倍性水平的增加，鈣含量明顯地增加。

關(guān)鍵詞：喜馬拉雅鴨茅；倍性；農(nóng)藝性狀；營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

鴨茅(Dactylisglomerata)是一種多年生的溫帶著名叢生禾本科牧草，原產(chǎn)歐洲西部及中部、亞洲和北非溫帶地區(qū)，具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、含糖高、中度耐陰、抗逆性強(qiáng)，適應(yīng)性廣等特點(diǎn)[1-3]。鴨茅是美國(guó)目前大面積種植的主要牧草，也是新西蘭、澳大利亞、英國(guó)、法國(guó)、意大利等地重要的牧草資源[4]。自然分布的鴨茅雖然大多以四倍體為主，但世界許多地區(qū)也有二倍體鴨茅分布的報(bào)道[5-9]，特別是同源四倍體和二倍體由于其占據(jù)不同生態(tài)位[10]而常能同域共生[11-12]。在我國(guó)西南、西北地區(qū)有分布[1]，特別是西部橫斷山區(qū)野生鴨茅資源十分豐富，發(fā)現(xiàn)二倍體鴨茅和四倍體鴨茅同時(shí)存在[13-14]，但野生鴨茅仍以二倍體為主，其主要農(nóng)藝性狀與鴨茅四倍體栽培品種存在較大差異[5,15-16]。豐富的野生鴨茅資源，以及其適宜濕潤(rùn)溫涼的氣候和耐旱性強(qiáng)，對(duì)我國(guó)南方中高海拔地區(qū)具有良好的生態(tài)適應(yīng)性。隨著退耕還林(草)力度的不斷加大，云南及我國(guó)西部類(lèi)似地區(qū)對(duì)鴨茅的需求將更加強(qiáng)烈。

我國(guó)現(xiàn)有1個(gè)鴨茅種(D.glomerata)，2個(gè)亞種，即鴨茅(D.glomeratasubsp.glomerata)和喜馬拉雅鴨茅(D.glomeratasubsp.Himalayensis)[17]。喜馬拉雅亞種屬于較古老鴨茅亞種二倍體，生長(zhǎng)在高海拔高緯度比較寒冷的地方[18]。主要生長(zhǎng)在海拔1800~4000 m，但是分布的范圍不相連，一部分在喜馬拉雅山脈西部地區(qū)，其他部分分布在中國(guó)的西南部。歐洲類(lèi)型的喜馬拉雅鴨茅分布在大陸性氣候條件下，屬于優(yōu)勢(shì)種群，具有株型大、葉片寬長(zhǎng)、生長(zhǎng)旺盛、生殖枝長(zhǎng)、花序長(zhǎng)而寬、開(kāi)花較其他鴨茅亞種遲[19-21]的植物，甚至是在夏季的熱濕環(huán)境中未出現(xiàn)病害[21]。特別是來(lái)源于中國(guó)貴州地區(qū)的野生二倍體鴨茅的花序，有幾個(gè)花序特性與來(lái)源于印度的喜馬拉雅亞種特別相似[22]，但是中國(guó)的喜馬拉雅鴨茅與原亞種的區(qū)別是外稃脊上無(wú)纖毛[23]。存在于亞洲的溫帶和亞熱帶的印度、中國(guó)和日本地區(qū)的喜馬拉雅鴨茅屬多年生，主要用于水土流失的控制。

國(guó)內(nèi)雖在野生二倍體和四倍體鴨茅的農(nóng)藝性狀、生物特性、抗旱性、抗病性、遺傳變異等方面開(kāi)展研究[15,24-28]，但只局限于部分鴨茅種質(zhì)研究材料，尚未見(jiàn)喜馬拉雅野生二倍體鴨茅及其誘導(dǎo)獲得的同源四倍體鴨茅的系統(tǒng)研究。本研究是基于多年試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)有育種價(jià)值的喜馬拉雅野生二倍體鴨茅及其誘導(dǎo)獲得的同源四倍體鴨茅材料在農(nóng)藝性狀方面表現(xiàn)的差異性進(jìn)行探討，為鴨茅種質(zhì)資源的多樣性保護(hù)、選育研究和合理開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地自然概況

試驗(yàn)地位于昆明小哨云南省草地動(dòng)物科學(xué)研究院辦公區(qū)和牧草試驗(yàn)示范基地內(nèi)。地處25°21′ N，102°58′ E，海拔1960 m。試驗(yàn)基地屬暖溫帶與北亞熱帶的過(guò)渡氣候帶，試驗(yàn)期間(2011年至2013年)的年均氣溫14.5℃，極端最高溫29.7℃，極端最低溫-8.9℃，最熱月均氣溫19.7℃，最冷月均氣溫5.1℃，3年平均降水量約810.4 mm，干、濕季節(jié)明顯，5-10月為雨季，降水量占全年的87%左右，11月至次年4月為干季，降水量占全年的13%左右，年均相對(duì)濕度67.9%，風(fēng)速1.545 m/s，年均蒸發(fā)量2410.9 mm。日均溫≥5℃年積溫5267.7℃，有效積溫是3530.6℃，全年無(wú)霜期240 d以上。土壤為石灰?guī)r母質(zhì)發(fā)育的山地紅壤，其基礎(chǔ)養(yǎng)分是有機(jī)質(zhì) 38.67 g/kg，全氮1.56 g/kg，全磷0.858 g/kg，全鉀11.85 g/kg，速效氮219.30 mg/kg，速效磷34.59 mg/kg，速效鉀223.96 mg/kg，pH值4.92。

1.2材料

喜馬拉雅野生二倍體鴨茅于2010年10月采自海拔1800~2200 m的曲靖市朗目山[16]。

同源四倍體來(lái)源于喜馬拉雅野生二倍體鴨茅經(jīng)化學(xué)誘導(dǎo)所得[29]。

1.3研究方法

采用單株種植和小區(qū)條播對(duì)比試驗(yàn)相結(jié)合的觀測(cè)方法。其中，單株盆栽試驗(yàn)在2010年11月10日采用實(shí)驗(yàn)室發(fā)芽育苗，單株盆栽(陶盆規(guī)格為內(nèi)徑45 cm，高45 cm)種植，每份材料種植20個(gè)單株，盆栽土為沙、腐質(zhì)土和紅壤按1∶1∶1配制而成，盆栽試驗(yàn)實(shí)行統(tǒng)一管理，適時(shí)灌溉，確保田間持水量>80%。單株年施肥量：尿素20 g、鈣鎂磷肥40 g、硫酸鉀4 g、硫酸銅、硫酸鋅和硼砂各0.2 g。小區(qū)試驗(yàn)面積為15 m2(3 m×5 m)，采用0.35 m行距條播，播種量為22.5 g/小區(qū)，重復(fù)4次，播種時(shí)間為2010年11月12日，施用尿素200 kg/hm2(其中尿素的60%作為追肥在拔節(jié)期施入)、鈣鎂磷450 kg/hm2和硫酸鉀100 kg/hm2作為基肥，結(jié)合中耕除草等農(nóng)藝措施，盡量為試驗(yàn)材料的生長(zhǎng)提供理想的環(huán)境條件。

1.3.1物候期物候期觀測(cè)在小區(qū)試驗(yàn)中進(jìn)行，主要在定植的第二年觀測(cè)供試?guó)喢┓登?分蘗)、拔節(jié)、孕穗、抽穗、開(kāi)花、結(jié)實(shí)成熟幾個(gè)主要物候期，以50%植株進(jìn)入每一發(fā)育時(shí)期為準(zhǔn)。

1.3.2產(chǎn)量及季節(jié)分布單株產(chǎn)量：第一次刈割時(shí)間在2011年10月12日進(jìn)行測(cè)定；單株再生草產(chǎn)量測(cè)定時(shí)間在2011年12月12日和2012年3月21日分別測(cè)定，其中在3月測(cè)定的單株需分揀鮮樣和枯草樣后稱量，重復(fù)測(cè)定10個(gè)單株。測(cè)產(chǎn)后取樣250 g放入105℃殺青15 min，然后在75℃烘箱中烘48 h至恒重，稱量記錄單株干重、枯草重，計(jì)算干鮮比和枯草比例。

小區(qū)產(chǎn)量：第1次刈割測(cè)產(chǎn)時(shí)間在2011年6月13日，以后根據(jù)植株的長(zhǎng)勢(shì)情況在2011年8月8日、10月15日、2012年8月8日和10月16日和2013年10月16日分別測(cè)產(chǎn)，留茬3 cm。測(cè)產(chǎn)時(shí)對(duì)試驗(yàn)小區(qū)的鴨茅全部刈割，稱鮮重，然后取250 g鮮樣放入105℃殺青15 min，在75℃烘箱中烘48 h至恒重，稱量后計(jì)算干鮮比和單位面積的干物質(zhì)產(chǎn)量。

1.3.3分蘗和再生率每次刈割后統(tǒng)計(jì)單株殘茬蘗數(shù)，重復(fù)10次，計(jì)算平均數(shù)。當(dāng)次刈割殘茬蘗數(shù)與上次刈割殘茬蘗數(shù)的比值，即為上次刈后的再生率，可作為再生性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.3.4再生速率和冬季生長(zhǎng)速率小區(qū)試驗(yàn)的供試?guó)喢┰诘?次刈后第8天開(kāi)始測(cè)定拉直高度，以后每8 d測(cè)量1次株高，連續(xù)測(cè)定8周。重復(fù)20次，取平均值。

2012年12月12日刈割后的單株分別在2013年1月5日和19日、2月4日、16日和28日測(cè)定單株拉直株高，重復(fù)測(cè)定20次，比較不同倍性鴨茅冬季株高變化。

1.3.5繁殖特性生殖枝數(shù)量及所占比重:對(duì)開(kāi)花盛期的單株鴨茅分別記錄生殖枝和營(yíng)養(yǎng)蘗的數(shù)量，重復(fù)10次。取單株平均生殖枝數(shù)與平均單株分蘗數(shù)的比值，得出生殖枝比例。

莖葉穗比例:在2012年10月12日刈割測(cè)定的單株鴨茅進(jìn)行莖、葉、穗各構(gòu)件的測(cè)定工作，獲得莖葉穗各構(gòu)件的產(chǎn)量，并換算比例。

1.3.6種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率種子發(fā)芽前先用5%的次氯酸鈉溶液消毒5 min，然后用蒸餾水沖洗干凈，用雙層濾紙做發(fā)芽床在5℃冷處理7 d，在變溫光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)箱內(nèi)晝溫度為25℃，夜溫度為15℃，光照時(shí)間8 h。首次發(fā)芽計(jì)數(shù)時(shí)間為發(fā)芽后第7天，以后每?jī)商煊涗?次，至21 d試驗(yàn)結(jié)束。發(fā)芽勢(shì)(%)=初次計(jì)數(shù)發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100；發(fā)芽率的計(jì)算見(jiàn)《實(shí)用牧草種子學(xué)》[30]。

1.3.7牧草營(yíng)養(yǎng)成分分析供試?guó)喢┓謩e在分蘗拔節(jié)期和完熟期取樣，依據(jù)B/T6432-6438檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，采用FOSS系列的凱氏定氮儀、脂肪測(cè)定儀、纖維測(cè)定儀和天美紫外分光光度計(jì)等儀器分析鴨茅的粗蛋白、粗脂肪、鈣、磷、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維、酸性木質(zhì)素等營(yíng)養(yǎng)成分含量。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel 2007、SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行變異分析和t檢驗(yàn)。

2結(jié)果與分析

2.1不同倍性水平鴨茅的物候期變化

喜馬拉雅野生鴨茅二倍體及其誘導(dǎo)獲得同源四倍體鴨茅的物候期表現(xiàn)的差異見(jiàn)表1。野生二倍體鴨茅從孕穗期、抽穗期、開(kāi)花期以及到成熟期的乳熟期、蠟熟期和完熟期比同源四倍體分別推遲5，10，11，7，14和14 d。表明喜馬拉雅野生二倍體營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期比同源四倍體長(zhǎng)，生育期亦比同源四倍體長(zhǎng)。從不同物候期測(cè)定的株高表明喜馬拉雅野生二倍體在生長(zhǎng)前期(即抽穗期)的生長(zhǎng)速度明顯不及同源四倍體，低于同期的同源四倍體5.3%~39.1%，但是進(jìn)入到成熟期，其生長(zhǎng)速度超過(guò)了同源四倍體，此時(shí)株高比同源四倍體高23.4%。

表1　喜馬拉雅野生二倍體與同源四倍體鴨茅的物候期和株高的比較

注：同列不同大寫(xiě)字母表示達(dá)到1%水平的顯著性差異。下同。

Note：The capital letters in the same column showed significantly different at 1% level. The same below.

2.2不同倍性鴨茅生物產(chǎn)量變化

2.2.1單株產(chǎn)量的變化結(jié)果見(jiàn)表2。同源四倍體在成熟期刈割的株重以及再生后的第1次和第2次刈割的單株干重分別比同期喜馬拉雅野生二倍體單株干重提高7.5%，193.2%(P<0.01)和49.01%(P<0.01)，單株總產(chǎn)明顯比喜馬拉雅野生二倍體提高29.3%(P<0.01)；從不同時(shí)期刈割單株產(chǎn)量結(jié)果表明同源四倍體鴨茅生長(zhǎng)表現(xiàn)好于喜馬拉雅野生二倍體，而且干季的枯草比例比喜馬拉雅野生二倍體鴨茅減少了23.9%。表中所示同源四倍體鴨茅各次刈割的單株干重差異小，季節(jié)性獲得的單株生物產(chǎn)量變化沒(méi)有喜馬拉雅野生二倍體的大。

表2　喜馬拉雅野生二倍體與同源四倍體鴨茅單株重的比較(Mean±SD)

2.2.2小區(qū)產(chǎn)量不同倍性鴨茅6次測(cè)產(chǎn)的結(jié)果以及定植第1、2和3年的干物質(zhì)產(chǎn)量結(jié)果見(jiàn)表3所示。同源四倍體第1次、第2次、第3次和第4次的干物質(zhì)產(chǎn)量分別比喜馬拉雅野生二倍體鴨茅提高20.8%，46.9%，72.8%和20.3%，尤以第2次測(cè)產(chǎn)的干物質(zhì)產(chǎn)量明顯高于同期的喜馬拉雅野生二倍體鴨茅(P<0.05)。同源四倍體定植第1年、第2年、第3年的干物質(zhì)產(chǎn)量和3年平均干物質(zhì)產(chǎn)量也比喜馬拉雅野生二倍體鴨茅分別提高41.5%(P<0.01)，18.3%，22.1%和28.8%。從飼草均衡性供應(yīng)分析，同源四倍體鴨茅各次刈割間獲得的干物質(zhì)產(chǎn)量差異較小，飼草供應(yīng)的均衡性好于野生二倍體鴨茅，而且通過(guò)加倍獲得的同源四倍體，其產(chǎn)量均明顯高于喜馬拉雅野生二倍體，能較大程度地改善全年供草的均衡性。

表3　喜馬拉雅野生二倍體與同源四倍體鴨茅的生物產(chǎn)量比較(Mean±SD)

注：同行不同小寫(xiě)和大寫(xiě)字母表示達(dá)到5%和1%水平的顯著性差異。下同。

Note:The small letters and capital letters in the same row showed significantly different at 5% and 1% levels, respectively. The same below.

2.3不同倍性鴨茅的分蘗和再生率

表4所示，單株同源四倍體第1次、第2次和第3次刈割的分蘗數(shù)分別比喜馬拉雅野生二倍體鴨茅的增加123.36%(P<0.05)，37.80%和105.50%(P<0.05)，同源四倍體鴨茅的分蘗能力比喜馬拉雅野生二倍體的強(qiáng)。在再生率方面，第2次刈割后的同源四倍體分蘗再生性不及喜馬拉雅野生二倍體，但是第3次刈割后的同源四倍體分蘗再生性較喜馬拉雅野生二倍體提高42%。表明喜馬拉雅野生二倍體鴨茅通過(guò)染色體加倍后所獲同源四倍體，其分蘗再生能力隨刈割次數(shù)的增加而提高。

表4　喜馬拉雅野生二倍體與同源四倍體鴨茅的分蘗及再生性比較(Mean±SD)

注：同列不同小寫(xiě)字母表示達(dá)到5%水平的顯著性差異。下同。

Note:The small letters in the same column showed significantly different at 5% level. The same below.

2.4不同倍性鴨茅生長(zhǎng)速度變化

2.4.1不同倍性鴨茅刈割后生長(zhǎng)速度的比較對(duì)刈割后供試?guó)喢┤丈L(zhǎng)速度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖1所示。同源四倍體刈后前5周的日生長(zhǎng)速度均不及野生二倍體鴨茅，從第6周開(kāi)始明顯快于野生二倍體鴨茅，尤其在第6周和第8周的日生長(zhǎng)速率明顯地比同期的喜馬拉雅野生二倍體鴨茅分別提高62.5%(P<0.01)和66.7%(P<0.05)。

圖1　不同倍性鴨茅刈后日生長(zhǎng)速度的變化Fig.1　Changes of growth speed per day in different ploidyof D. glomerata subsp. Himalayensis　　　單星和雙星號(hào)分別表示同周生長(zhǎng)速度達(dá)到5%和1%水平的顯著性差異。The growth rates with single and binary asterisks in the same week showed significantly different at 5% and 1% levels, respectively.

2.4.2冬季生長(zhǎng)表現(xiàn)不同倍性鴨茅單株在定植第3年冬季生長(zhǎng)的株高測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。同源四倍體5次測(cè)定的株高顯著地比野生二倍體鴨茅的株高分別高 30.8%，39.3%，45.9%，28.2%和25.4%(P<0.01)，表明同源四倍體在冬季生長(zhǎng)的速度明顯快于喜馬拉雅野生二倍體。

2.5倍性鴨茅的繁殖特性

表5　喜馬拉雅野生二倍體與同源四倍體鴨茅冬季生長(zhǎng)的表現(xiàn)(Mean±SD)

2.5.1不同倍性鴨茅花期葉穗莖生物構(gòu)件差異花期不同倍性鴨茅的各生物構(gòu)件變化見(jiàn)表6所示?；ㄆ谙柴R拉雅野生二倍體葉、莖和穗構(gòu)件占單株干重的35.1%,20.3%和44.6%,而同源四倍體葉、莖和穗構(gòu)件占單株干重的45.6%,14.2%和40.2%。表明經(jīng)誘導(dǎo)加倍獲得同源四倍體的葉構(gòu)件比例比野生二倍體鴨茅的增加10.5%,莖和穗構(gòu)件的比例則減少6.1%和4.4%。另外,同源四倍體除了穗重低于喜馬拉雅野生二倍體鴨茅0.8%外,葉、莖和單株的干重比野生二倍體鴨茅分別增加45.7%,21.5%和29.3%,其構(gòu)件中的葉量(P<0.01)和單株產(chǎn)量(P<0.05)顯著地高于同期喜馬拉雅野生二倍體鴨茅。表明倍性水平的增加,在一定程度上增加鴨茅營(yíng)養(yǎng)體產(chǎn)量,進(jìn)而改善同源四倍體飼草的品質(zhì)。

表6 花期喜馬拉雅野生二倍體與同源四倍體鴨茅各生物構(gòu)件干重和單株重的比較(Mean±SD)Table6 ComparisondrymatterweightsofvariousbiologicalcomponentsandsingleplantbetweenwilddiploidandautotetraploidofD.glomeratasubsp.Himalayensisinfloweringstageg/plant項(xiàng)目Items喜馬拉雅野生二倍體Wilddiploid同源四倍體Autotetraploid葉重Leafweight21.3±2.6B39.2±1.8A穗重Spikeweight12.3±1.412.2±1.0莖重Stemweight27.1±1.834.5±7.5單株重Singleplantweight60.7±2.4b85.9±10.2a

2.5.2不同倍性鴨茅的生殖枝數(shù)、營(yíng)養(yǎng)蘗數(shù)的變化表7所示，同源四倍體的生殖枝數(shù)及營(yíng)養(yǎng)蘗數(shù)比同期喜馬拉雅野生二倍體鴨茅的分別提高57.0%和83.4% (P<0.05)，但喜馬拉雅野生二倍體鴨茅生殖枝數(shù)所占的比例比其同源四倍體高4.5%，表明喜馬拉雅野生二倍體鴨茅的繁殖能力稍強(qiáng)于同源四倍體。

2.5.3不同倍性鴨茅的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率變化不同倍性鴨茅的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率以及每花序的種子數(shù)和千粒重的比較結(jié)果見(jiàn)表7。喜馬拉雅野生二倍體鴨茅的種子數(shù)、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率均比其同源四倍體分別提高31.0%，48.3%和3.0%，尤其是種子數(shù)顯著高于同源四倍體(P<0.01)，千粒重卻顯著低于同源四倍體鴨茅(P<0.01)。表明同源四倍體的每花序種子數(shù)雖遠(yuǎn)不及喜馬拉雅野生二倍體的多，但是其千粒重得到明顯提高。

表7　喜馬拉雅野生二倍體與同源四倍體鴨茅繁殖特性比較

2.6不同倍性鴨茅營(yíng)養(yǎng)成分的變化

表8所示，喜馬拉雅野生二倍體鴨茅從分蘗拔節(jié)期到完熟期的營(yíng)養(yǎng)成分分析結(jié)果表明，干物質(zhì)含量、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和木質(zhì)素分別增加2.8%，15.7%，27.2%和12.12%，但是粗蛋白、粗脂肪、灰分、鈣、磷和半纖維素的含量則分別減少44.5%，29.4%，9.7%，46.4%，46.4%和13.8%。同源四倍體從分蘗拔節(jié)期到完熟期的營(yíng)養(yǎng)成分分析結(jié)果表明，干物質(zhì)含量、灰分、鈣、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和木質(zhì)素分別增加0.2%，0.2%，14.3%，4.5%，29.1%和11.76%，粗蛋白、粗脂肪、磷和半纖維素含量則分別減少51.8%，22.0%，20.0%和41.1%。表明野生二倍體鴨茅和同源四倍體鴨茅均隨著成熟度的增加，粗蛋白、粗脂肪、灰分、鈣含量、磷含量和半纖維素含量明顯下降，中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和酸性木質(zhì)素增加。

在分蘗拔節(jié)期，同源四倍體營(yíng)養(yǎng)成分中干物質(zhì)含量、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和半纖維素分別比喜馬拉雅野生二倍體增加2.65%，0.40%，11.18%，2.61%和21.15%，但是粗脂肪、灰分、鈣、磷和酸性木質(zhì)素的含量則分別比喜馬拉雅野生二倍體減少17.07%，3.47%，29.79%，12.50%和22.73%。在完熟期，同源四倍體營(yíng)養(yǎng)成分中灰分、鈣、磷、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維分別比喜馬拉雅野生二倍體增加7.69%，60.00%，6.67%，1.65%和8.40%，但是粗蛋白、粗脂肪、半纖維素和酸性木質(zhì)素分別比喜馬拉雅野生二倍體減少12.86%，8.28%，11.05%和22.97%。

表8　喜馬拉雅野生二倍體與同源四倍體鴨茅不同物候期營(yíng)養(yǎng)成分的變化

3討論

3.1不同倍性鴨茅生育期和生長(zhǎng)的變化

生育期作為描述農(nóng)作物農(nóng)藝性狀的重要指標(biāo)，為指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)同源四倍體生育期比喜馬拉雅野生二倍體短了14 d，特別是野生二倍體在抽穗期前的生長(zhǎng)速度不及同源四倍體，此時(shí)喜馬拉雅野生二倍體鴨茅在抽穗期的株高僅是完熟期株高的36.6%，以后快速進(jìn)入到生殖生長(zhǎng)，到了完熟期的株高超過(guò)了同源四倍體23.4%；同源四倍體在拔節(jié)后很快地進(jìn)入抽穗期，進(jìn)行生殖生長(zhǎng)，此時(shí)抽穗期的株高已到達(dá)完熟期株高的74.3%，說(shuō)明喜馬拉雅野生二倍體具有營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期比同源四倍體長(zhǎng)，生育期比同源四倍體長(zhǎng)的特點(diǎn)，與Lumaret[31]的研究結(jié)果一致，同時(shí)再次驗(yàn)證了張新全等[25]、鐘聲等[24]報(bào)道的二倍體鴨茅具有前期生長(zhǎng)遲緩，后期生長(zhǎng)迅速，生育期較長(zhǎng)的特點(diǎn)，四倍體則具有前期生長(zhǎng)迅速，生育期較短的結(jié)果[15]。

3.2不同倍性鴨茅生物產(chǎn)量及葉莖穗構(gòu)件等的變化

生物產(chǎn)量是進(jìn)行牧草選育的重要性狀之一[1]。不同倍性鴨茅的單株產(chǎn)量、葉量、干物質(zhì)產(chǎn)量、分蘗數(shù)、再生速度和冬季的生長(zhǎng)均隨倍性水平的增加而增加，表現(xiàn)出一定的劑量增加效應(yīng)。尤其是同期同源四倍體鴨茅的干物質(zhì)產(chǎn)量明顯高于喜馬拉雅野生二倍體，且全年產(chǎn)草的均衡性好于喜馬拉雅野生二倍體。隨著倍性水平的增加，同源四倍體鴨茅單株生物構(gòu)件中的葉量增加更為明顯，在一定程度上增加營(yíng)養(yǎng)體產(chǎn)量，進(jìn)而改善同源四倍體飼草的品質(zhì)。

3.3不同倍性鴨茅繁殖特性的變化

不同倍性鴨茅的葉、莖、穗構(gòu)件的比例研究表明，除了同源四倍體種子的千粒重明顯高于喜馬拉雅野生二倍體鴨茅外，其穗量和穗所占全株的比例以及生殖枝比例、種子數(shù)、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率略不及喜馬拉雅野生二倍體鴨茅，說(shuō)明同源四倍體的育性可能有所下降，與黃群策和孫敬三[32]、楊業(yè)華[33]報(bào)道相符。這是由于在同源多倍體細(xì)胞內(nèi)的染色體組來(lái)源于一個(gè)二倍體物種，它們?cè)诩?xì)胞遺傳學(xué)上的重要標(biāo)志就是在減數(shù)分裂過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)3個(gè)或3個(gè)以上相同染色體聯(lián)結(jié)在一起的多倍體，這將導(dǎo)致大部分同源多倍體植物很難產(chǎn)生出具有正常生活力的種子[32]所致?；蛘呤怯捎谥参镌诙缎运竭M(jìn)行有性生殖能力比較強(qiáng)，而在多倍性水平上進(jìn)行有性生殖能力會(huì)明顯變?nèi)鮗34]所致。其中，研究獲得的喜馬拉雅野生二倍體鴨茅的每花序上的平均種子數(shù)明顯多于同源四倍體的結(jié)果與Bretagnolle和Lumaret[35]的研究結(jié)果一致。

3.4不同倍性鴨茅營(yíng)養(yǎng)成分的變化

牧草的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的高低是評(píng)價(jià)飼草飼用的主要指標(biāo)[1]。而牧草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值主要取決于粗蛋白質(zhì)和纖維含量的多少，粗蛋白質(zhì)含量越高，纖維含量越低的牧草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值就越高[36]。同時(shí)，粗蛋白含量是衡量牧草品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，粗蛋白的高低決定了牧草飼用價(jià)值的高低[37]。本研究中兩倍性水平的鴨茅隨著成熟度的增加，粗蛋白、粗脂肪、灰分、鈣含量、磷含量、半纖維素和木質(zhì)素含量明顯下降，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維增加，其鴨茅飼用的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值明顯下降。另外，在分蘗拔節(jié)期，隨著倍性水平的增加，鴨茅營(yíng)養(yǎng)成分中半纖維素和中性洗滌纖維增加最多，干物質(zhì)含量、粗蛋白、灰分、酸性洗滌纖維含量相對(duì)穩(wěn)定，但是粗脂肪、鈣、磷和酸性木質(zhì)素含量均有12.50%~29.79%的減少；在完熟期，倍性水平的增加，鴨茅鈣含量明顯增加，灰分、磷、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維呈1.65%~8.40%的增加，粗蛋白、粗脂肪、半纖維素和酸性木質(zhì)素含量則減少了8.28%~22.97%。表明完熟期的鴨茅隨著倍性水平的增加，鈣含量呈明顯增加效應(yīng)，其他營(yíng)養(yǎng)成分未表現(xiàn)出明顯地增加效應(yīng)。而水野和彥[38]報(bào)道的牧草適口性與牧草鈣含量存在正相關(guān)關(guān)系，與酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明完熟期的鴨茅隨倍性水平的增加，可明顯增加鴨茅的鈣含量，進(jìn)而改善鴨茅的適口性。

4結(jié)論

隨著喜馬拉雅鴨茅倍性水平的增加，其農(nóng)藝性狀中的分蘗數(shù)、生殖枝數(shù)、葉量、單株重、千粒重和營(yíng)養(yǎng)成分中的鈣含量表現(xiàn)出明顯的表型劑量增加效應(yīng)，而其他農(nóng)藝性狀和營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)則表現(xiàn)出增減不一。由于試驗(yàn)僅對(duì)喜馬拉雅野生二倍體鴨茅及其同源四倍體鴨茅開(kāi)展研究，所獲得初步結(jié)果具有一定局限性，因此，要獲得喜馬拉雅鴨茅不同倍性水平農(nóng)藝性狀的最終結(jié)果，還需進(jìn)一步開(kāi)展多種倍性鴨茅農(nóng)藝性狀的研究，經(jīng)多方驗(yàn)證，獲得最終結(jié)論。

References：

[1]Wang W X, Meng X H, Zhang Z H,etal. Technical Manual of Grassland Production[M]. Lanzhou: Gansu Science and Technology Press, 1992: 225-226.

[2]Hirata M, Yuyaman, Cai H W. Isolation and characterization of simple sequence repeat markers for the tetraploid forage grassDactylisglomerata. Plant Breeding, 2011, 130: 503-506.

[3]Holmes W. Production and Utilization of Grassland[M]. Tang W Q, interpretation. Urumchi: Xinjiang People’s Press, 1986: 107.

[4]Jia S X. Forage Floras of China (Volume 1)[M]. Beijing: Agriculture Press, 1987: 69-73.

[5]Zhang X Q, Du Y, Zheng D C,etal. Karyotype analysis ofDactylisglomerataL. grassland of China, 1994, (3): 55-57.

[6]Lindner R, Garci A. Genetic differences between natural populations of diploid and tetraploidDactylisglomerataspp. izcoi. Grass and Forage Science, 1997, 52(3): 291-297.

[7]Lumaret R, Barrientos E. Phylogenetic relationships and gene flow between sympatric diploid and tetraploid plants ofDactylisglomerata(Gramineae). Plant Systematics and Evolution, 1990, 169: 1-2, 81-96.

[8]Ortiz S, Rodriguez, Oubina J.Dactylisglomeratasubsp. Izcoi, a new subspecies from Galicia NW Iberian peninsula. Annales Botanici Fennici, 1993, 30: 4, 305-311.

[9]Falistocco E, Caceres M E, Falcinelli M. Meiotic mechanisms of 2n pollen formation inDactylisglomeratasubsp. Lusitanica. Journal of Genetics and Breeding, 1994, 48: 1, 41-45.

[10]Maceira N O, Jacquard P, Lumaret R. Competition between diploid and derivative autotetraploidDactylisglomerataL. from Galicia. Implication for the establishment of novel polyploidy populations. New Phytologist, 1993, 124: 321-328.

[11]Borrill M, Lindner R. Diploid-tetraploid sympatry inDactylis(Gramineae). New Phytologist, 1971, 70: 1111-1124.

[12]Lumaret R, Bowman C M, Dyer T A. Autotetraploidy inDactylisglomerataL.: Further evidence from studies of chloroplast DNA variation. Theoretical and Applied Genetics, 1989, 78: 393-399.

[13]Wu Q J. Wild Herbage Atlas of Guizhou Province[M]. Guiyang: Guizhou People’s Publishing House, 1986.

[14]Fujimoto F, Sato S, Gujgnard G,etal. Studies on genetic resources of the genusDactylisII. Characteristics of populations ofDactylisglomerataL., collected in Morocco and Portugal. Bulletin of National Grassland Research Institute, 1991, 45: 25-42.

[15]Zhong S, Du Y, Zheng D C,etal. A study on agronomic characters of ploidsDactylisglomerataL. Acta Agrestia Sinica, 1997, 5(1): 54-61.

[16]Zhou Z W, Kui J X, Zhong S,etal. Karyotype analysis of wildDactylisglomerataL. in Yunnan. Pratacultural Science, 2000, 17(6): 48-51.

[17]Wetschnig W. Karyotype morphology of some diploid subspecies ofDactylisglomerataL.(Poaceae). Annales Rei Botanicae, 1991, 31: 35-55.

[18]Lumaret R. Doubled duplication of the structural gene for cytosolic phosphoglucose isomerase in theDactylisglomerataL. polyploid complex. Molecular Biology and Evolution, 1986, 3(6): 499-521.

[19]Sato T, Maceira N, Lumaret R,etal. Flowering characteristics and fertility of interploidy progeny from normal and 2n gametes inDactylisglomerataL. New Phytologlist, 1993, 124: 309-319.

[20]Fujimoto F. Genetic resources of orchardgrass (DactylisglomerataL.) and related subspecies from warmer regions. Japan Agricultural Research Quarterly, 1993, 27: 106-111.

[21]Guignard G, Fujimoto F, Yamaguchi H. Studies on genetic resources of genusDactylisI Characteristics of several subspecies and CHIAS chromosome image analysis of subsp.HimalayesisDomin. Bulletin of National Grassland Research Institute, 1991, 45: 11-23.

[22]Lumaret R. Cytology, genetics, and evolution in the genusDactylis. Critical Reviews in Plants Science, 1988, 7(1): 55-91.

[23]Editorial Committee of Flora of China, Chinese Academy of Sciences. The Flora of Chinese (The First Edition)[M]. Beijing: Chinese Science Press, 2002: 90.

[24]Zhong S, Du Y, Zheng D C,etal. A study on agronomic characters of tetraploidsDactylisglomerata. Pratacultural Science, 1998, 8(2): 20-23.

[25]Zhang X Q, Du Y, Zheng D C. Study on biological property in diploid and tetraploid ofDactylisglomerata. Journal of Sichuan Agricultural University, 1996, 14(2): 202-206.

[26]Zeng B, Lan Y, Wu L. The rust resistance research of Chinese natural orchardgrass germplasm. Journal of Plant Genetic Resources, 2010, 11(3): 278-283.

[27]Peng Y, Zhang X Q, Zeng B. A study on variations of morphologic features ofDactylisglomerataL. Acta Prataculturae Sinica, 2007, 16(2): 69-75.

[28]Jiang L F, Zhang X Q, Huang L K,etal. Analysis of genetic diversity in a cocksfoot(Dactylisglomerata) variety using SCoT markers. Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(1): 229-238.

[29]Zhong S. Study on crossing of different ploidy ofDactylisglomerata. Southwest China Journal of Agricultural Science, 2006, 19(6): 1034-1038.

[30]Han J G. Practical Forage Seed Science[M]. Beijing: China Agricultural University Press, 1997: 133-142.

[31]Lumaret R. Polyploidy and habits differentiation inDactylisglomerataL. from Galicia(Spain). Oecologia, 1987, 173(3): 436-446.

[32]Huang Q C, Sun J S. Prospects for the plant polyploidy in crop breeding. Science and Technology Review, 1997, (7): 50, 53-55.

[33]Yang Y H. General Genetics[M]. Beijing: Higher Education Press, 2000: 150-156.

[34]Huang Q C. Progress of apomixes in poaceae. Journal of Wuhan Botanical Research, 1999, 17(Suppl.): 39-44.

[35]Bretagnolle F, Lumaret R. Bilateral polyploidization inDactylisglomerataL. subsp. lusitanica: occurrence, morphological and genetic characteristics of first polyploids. Euphytica, 1995, 84: 197-207.

[36]Zhang X Q. High Quality Forage-Exploration, Innovation and Utilization of Orchardgrass Germplasm[M]. Beijing: Science Press House, 2015.

[37]Wang S M, Hu S L, Zhang B,etal. The study on hay yield and nutrition of alfalfa cultivars. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica, 2004, 13(1): 14-17.

[38]Mizuno K. Studies on palatability in varieties of orchardgrass(DactylisglomerataL.). Research Report of Pasture Trial Station, 1999, 58: 61-121.

參考文獻(xiàn):

[1]汪王璽, 孟憲漢, 張自和, 等. 草業(yè)生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)[M]. 蘭州: 甘肅科學(xué)技術(shù)出版社, 1992: 225-226.

[3]Holmes W. 草地生產(chǎn)及其利用[M]. 唐文青, 譯. 烏魯木齊: 新疆人民出版社, 1986: 107.

[4]賈慎修.中國(guó)飼用植物志(第一卷)[M]. 北京: 農(nóng)業(yè)出版社, 1987: 69-73.

[5]張新全, 杜逸, 鄭德成, 等. 鴨茅染色體核型分析. 中國(guó)草地, 1994, (3): 55-57.

[13]吳啟進(jìn). 貴州省主要野生牧草圖譜[M]. 貴陽(yáng): 貴州人民出版社, 1986.

[15]鐘聲, 杜逸, 鄭德成, 等. 二倍體鴨茅農(nóng)藝性狀的初步研究. 草地學(xué)報(bào), 1997, 5(1): 54-61.

[16]周自瑋, 奎嘉祥, 鐘聲, 等. 云南野生鴨茅核型分析. 草業(yè)科學(xué), 2000, 17(6): 48-51.

[23]中國(guó)科學(xué)院中國(guó)植物志編輯委員會(huì).中國(guó)植物志(第一版)[M]. 北京: 中國(guó)科學(xué)出版社, 2002: 90.

[24]鐘聲, 杜逸, 鄭德成, 等. 野生四倍體鴨茅農(nóng)藝性狀的初步研究. 草業(yè)科學(xué), 1998, 8(2): 20-23.

[25]張新全, 杜逸, 鄭德成. 鴨茅二倍體和四倍體生物學(xué)特性的研究. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1996, 14(2): 202-206.

[26]曾兵, 蘭英, 伍蓮. 中國(guó)野生鴨茅種質(zhì)資源銹病抗性研究. 植物遺傳資源學(xué)報(bào), 2010, 11(3): 278-283.

[27]彭燕, 張新全, 曾兵. 野生鴨茅植物學(xué)形態(tài)特征變異研究. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2007, 16(2): 69-75.

[28]蔣林峰, 張新全, 黃林凱, 等. 鴨茅品種的SCoT遺傳變異分析. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2014, 23(1): 229-238.

[29]鐘聲. 鴨茅不同倍性雜交后代發(fā)育特性的初步研究.西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2006, 19(6): 1034-1038.

[30]韓建國(guó). 實(shí)用牧草種子學(xué)[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社. 1997: 133-142.

[32]黃群策, 孫敬三. 植物多倍體在作物育種中的展望. 科技導(dǎo)報(bào), 1997, (7): 50, 53-55.

[33]楊業(yè)華. 普通遺傳學(xué)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000: 150-156.

[34]黃群策. 禾本科植物無(wú)融合生殖的研究進(jìn)展. 武漢植物學(xué)研究, 1999, 17(增刊): 39-44.

[36]張新全. 優(yōu)質(zhì)牧草-鴨茅種質(zhì)資源發(fā)掘及創(chuàng)新利用研究[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2015.

[37]萬(wàn)素梅, 胡守林, 張波,等. 不同紫花苜蓿品種產(chǎn)草量及營(yíng)養(yǎng)成分研究. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2004 ,13(1): 14-17.

[38]水野和彥. オーチャードグラス(DactylisglomerataL.)における品種の嗜好性に関する育種學(xué)的研究.草地試験場(chǎng)研究報(bào)告, 1999, 58: 61-121.

*Comparison of agronomical traits between the wild diploid and its autotetraploid in theDactylisglomeratasubsp.Himalayensis

HUANG Mei-Fen, XUE Shi-Ming, GAO Yue-E, LI Qiao-Xian,ZHANG Mei-Yan, YU Mei, ZHONG Sheng*

YunnanAcademyofGrasslandandAnimalScience,Kunming650212,China

Abstract:An experiment has been conducted using single and drill planting methods on the wild diploidDactylisglomeratasubsp.Himalayensisand its autotetraploid in order to compare the agronomic traits of different ploidy cocksfoot. The results showed that the vegetative growth stage of wild diploid cocksfoot was longer than the autotetraploid type and that it grew rapidly at later stages. The yields of leaf and single plants in each component of autotetraploid were significantly higher than wild diploid cocksfoot at the same stage (P<0.05). With the increase of ploidy, the number of tillers, reproductive branches and 1000 seed weights increased, while the percentage of reproductive branch, spike yield, number of seeds, germination potential and germination rate decreased. Autotetraploid fertility is thus not as strong as that of the wild diploid. In terms of dry matter, autotetraploid yields from each cutting and total annual output were 20.3%-72.8% and 18.3%-41.5% respectively, which were higher than those of the wild diploid, but yields of withered grass dropped 23.9%, which was lower than that of wild diploid. Based on equilibrium analysis, autotetraploid forage balance was better than the wild diploid. In terms of nutritive value, crude protein, crude fat, ash, contents of calcium, phosphorus and hemicelluloses for both the wild diploid and its autotetraploid decreased significantly with increased maturity, while neutral detergent fiber, acid detergent fiber and acid lignin increased. With increasing ploidy levels, the percentages of nutritional components fluctuated unevenly during the growth period, with only calcium contents increasing significantly after maturity.

Key words:Dactylisglomeratasubsp.Himalayensis; ploidy level; agronomical traits; nutritive value

*通信作者Corresponding author. E-mail:zhongshen01@126.com

作者簡(jiǎn)介：黃梅芬(1965-)，女，研究員，碩士。E-mail：hmf@ynbp.cn

基金項(xiàng)目：云南省重點(diǎn)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)計(jì)劃“鴨茅牧草新品種選育”(2012BB010)，云南省高端科技人才引進(jìn)項(xiàng)目(2012HA012),云南省自然基金項(xiàng)目(2010ZC229)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)(CAR-35-38)資助。

*收稿日期：2015-04-29；改回日期：2015-08-25

DOI：10.11686/cyxb2015221

http://cyxb.lzu.edu.cn

黃梅芬, 薛世明, 高月娥, 李喬仙,張美艷,余梅,鐘聲. 喜馬拉雅鴨茅野生二倍體與同源四倍體農(nóng)藝性狀的對(duì)比研究. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2016, 25(1): 207-216.

HUANG Mei-Fen, XUE Shi-Ming, GAO Yue-E, LI Qiao-Xian, ZHANG Mei-Yan, YU Mei, ZHONG Sheng. Comparison of agronomical traits between the wild diploid and its autotetraploid in theDactylisglomeratasubsp.Himalayensis. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(1): 207-216.