蒙農(nóng)雜種冰草退化群體農(nóng)藝性狀變異分析

孫 娜，米福貴，閆士元，解 穎，王曉龍

(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實驗室/農(nóng)業(yè)部飼草栽培、加工與高效利用重點實驗室/內(nèi)蒙古自治區(qū)草地管理與利用重點實驗室，呼和浩特 010018)

蒙農(nóng)雜種冰草(A.cristatum×A.desertorumcv.‘Hycrest-Mengnong’)是內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)育成的一個優(yōu)良冰草雜種品種，由扁穗冰草與沙生冰草雜交而來，春季返青早，秋季枯黃晚，莖葉柔嫩，營養(yǎng)豐富，抗逆性較強，適口性好，是西北干旱半干旱地區(qū)改良天然草場、建立人工草地和生態(tài)建設(shè)的重要禾本科牧草[1]，許多優(yōu)良抗性基因已應(yīng)用于小麥族作物的改良[2,3]。試驗用群體1999年種植于內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)牧草種質(zhì)資源圃，由于生長多年，混雜乃至退化現(xiàn)象較為嚴重，相關(guān)表型性狀均發(fā)生一定程度的變異。為此，本研究擬通過田間觀察與室內(nèi)分析，鑒定評價相關(guān)性狀的變異程度，以期為冰草及其他禾本科牧草的遺傳改良、繁育與利用提供依據(jù)或參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在呼和浩特市和林格爾縣盛樂鎮(zhèn)試驗地進行，地處北緯39°58′11″～40°41′31″、東經(jīng)111°26′52″～112°18′11″之間。主要氣候特征是：光照充足，降水少，冬季漫長寒冷，夏季時短溫?zé)?，年均?.2℃左右，年均降水量392.8mm，且雨量多集中在7～9月，無霜期137d左右。試驗材料最初于1999年種植于材料圃，此后每年均進行灌水、雜草防除等正常田間管護。生長多年后，在連續(xù)開放授粉的情形下，種群內(nèi)植株在株型、株高、穗型、葉色等一些性狀上出現(xiàn)不同程度的變異，直觀的差異比較明顯，群體有退化現(xiàn)象。為鑒定群體退化或變異程度，2017年在群體進入花期時依據(jù)株高、葉色等性狀差異或變化初步劃分為9類(寬穗型、窄穗型、寬葉型、窄葉型、長葉型、短葉型、高株型、中等型、矮株型)，每類選取具代表性植株10株掛牌標記，翌年返青后將標記植株移植，每類一個小區(qū)，每株分為相同大小的5小株，分株栽植。小區(qū)規(guī)格為10m2(5m×2m)，行距50cm，株距55cm，每個小區(qū)共50株。試驗期間田間不施肥，定期除草和澆水。

1.2 測定性狀及方法

每類隨機選10株，9類共90株作為供試材料。2018～2019年連續(xù)兩年在抽穗和成熟期觀察測定包括株高、葉長、葉寬、穗長、穗寬、小穗長、小穗寬、每穗節(jié)數(shù)、每節(jié)小穗數(shù)、每小穗小花數(shù)、株叢莖、第一旗葉長、第一節(jié)間長、干重、鮮重等共15個農(nóng)藝性狀指標，同一單株上的每個性狀重復(fù)測定三次，各性狀均為兩年度測定單叢的平均值。具體測定方法參見《多年生禾草種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[4]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2007統(tǒng)計后，采用SAS 9.0軟件進行方差分析、相關(guān)分析、主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 觀測性狀的總體變異

觀測結(jié)果表明(表1)，供試材料的15個性狀均存在不同程度的變異，變異系數(shù)在0%～42.55%范圍內(nèi)，平均變異系數(shù)為25.49%。其中，最高的植株高達110.8cm，高于對照36.17cm；低者為43cm，低于對照31.63cm，標準差為1.57，差異顯著。葉部性狀的差異也很大，葉長、葉寬、第一旗葉長的變異系數(shù)分別為31.66%、28.2%、33.53%，尤以葉長、第一旗葉長變幅明顯，與對照的極差分別為10.26cm和13.31cm。穗部性狀較為穩(wěn)定，全部植株每節(jié)小穗數(shù)均一致，其余性狀的差異不顯著。株間生物量的差異顯著，飼草鮮重、干重的變異系數(shù)分別為37.33%、35.78%，最高植株飼草產(chǎn)量高于對照6443kg/hm2。上述結(jié)果表明，以株高、葉長和葉寬以及飼草產(chǎn)量為主要目標性狀對群體進行改良，品種更新復(fù)壯的潛力較大。

表1 蒙農(nóng)雜種冰草各性狀的描述性統(tǒng)計

2.2 類型間相關(guān)性狀差異

類型間相關(guān)性狀方差分析的結(jié)果列于表2。從表2可以看出，株高、地上生物量變幅較大，所有類型材料這兩個性狀差異顯著。寬穗型材料和窄穗型材料相比，兩者除穗型稍有差異外，其株高、第一旗葉長、地上生物量高于后者，而株從莖、節(jié)間長顯著不及于后者。短葉型材料和長葉型材料相比，葉寬、穗長、地上生物量低于后者，后者的株高、株叢莖、第一旗葉長、第一節(jié)間長顯著低于前者。矮株型材料、中等型材料與高株型材料除株高差異外，在葉長和地上生物量兩性狀上差異顯著，均為矮株型<中株型<高株型。寬葉型材料和窄葉型材料相比，除穗部性狀存在些許差異外，第一節(jié)間長、株叢莖、地上生物量等均有不同。上述結(jié)果表明，試材生長利用多年后，性狀的變異或者分化比較明顯，無論是影響營養(yǎng)生長的性狀還是決定生殖生長的性狀均有別于對照，其中與營養(yǎng)生長有關(guān)的性狀變異顯著大于生殖生長的性狀變異。在所有變異性狀中，又以株高、節(jié)間長、株叢莖、葉長、葉寬、第一旗葉長、地上生物量的差異最為顯著，穗部性狀間的差異不顯著，遺傳上較為穩(wěn)定。

表2 供試材料農(nóng)藝性狀的多重比較

注：同列相同小寫字母表示差異不顯著(P<0.05)。

植物的各性狀間往往相互關(guān)聯(lián)，某一性狀變化可能會引起其余一個或幾個性狀發(fā)生改變。相關(guān)分析結(jié)果表明，15個性狀間均存在一定程度的相關(guān)性(表3)，其中株高與葉長、葉寬、地上生物量呈極顯著正相關(guān)，與第一旗葉長呈顯著正相關(guān)，與小穗寬、每小穗小花數(shù)呈極顯著負相關(guān)，說明植株越高旗葉越長、地上生物量越高。穗部所有性狀均呈極顯著正相關(guān)，但與株叢莖以及節(jié)間長呈顯著負相關(guān)。因此，在種群遺傳改良或提純復(fù)壯的過程中，如目標旨在提高飼草產(chǎn)量則應(yīng)以選擇植高、葉長的材料為宜，而節(jié)間長、株叢大材料的選擇不利于提高種子產(chǎn)量。

表3 蒙農(nóng)雜種冰草性狀指標的相關(guān)分析

注：**代表0.01水平顯著，*代表0.05水平顯著。

從對15個性狀主成分分析的結(jié)果(表4)來看，前5個主成分的特征值都大于1。其中，第一主成分貢獻率為26.62%，特征值為3.992，其特征向量絕對值較大的性狀包括鮮重、干重、株高、節(jié)間長，由于它們與地上生物量相關(guān)程度高，故稱為飼草產(chǎn)量因子；第二主成分貢獻率為17.45%，特征值為2.618，特征向量絕對值較大的是穗長、小穗長、小穗寬、每小穗小花數(shù)，這幾個性狀與生殖有關(guān)，可稱為生殖因子(或種子產(chǎn)量因子)；第三主成分貢獻率為14.65%，特征值為2.197，特征向量絕對值較大有穗長、穗寬、每穗節(jié)數(shù)，此類性狀與穗型有關(guān)，因此可稱為穗型因子；第四主成分貢獻率為10.7%，特征值為1.606，其特征向量絕對值較大的是株高和株叢莖，此類性狀與株型有關(guān)，可稱為株型因子；第五主成分貢獻率為9.58%，特征值為1.437，其特征向量絕對值較大的是葉長、葉寬、第一旗葉長，此類性狀與葉型有關(guān)，可稱為葉型因子。5個主成分涵蓋了總變異的79.01%的變異，除此之外無其他明顯的主成分。因此，種群遺傳分化分析或遺傳改良可以進一步從株型、葉型、穗型、飼草產(chǎn)量、種子產(chǎn)量這幾個層面加以考慮。

表4 冰草主成分分析結(jié)果

3 討論

利用表型性狀研究植物的遺傳變異具有簡便易行及快速等優(yōu)勢，因此植物種質(zhì)資源的分類、鑒定及育種材料的選擇長期以來通常都依據(jù)表型性狀實施[5]。表型數(shù)據(jù)的完整是種質(zhì)資源精準鑒定的基礎(chǔ)[6]。通過研究表型性狀或農(nóng)藝性狀的變異程度，能夠為后期利用群體變異進行遺傳改良提供一定的理論支撐。李景欣測定分析了采自內(nèi)蒙古14個扁穗冰草天然居群共計280個個體10個穗部性狀特性，發(fā)現(xiàn)各種群在所有性狀上均存在顯著差異，各居群在形態(tài)學(xué)性狀上表現(xiàn)出較豐富的遺傳變異[7]。本試驗通過對生長多年的退化蒙農(nóng)雜種冰草種群分析發(fā)現(xiàn)，株高、節(jié)間長、鮮重、干重、葉長、葉寬、穗寬等性狀變異程度較大，變異系數(shù)在0%～42.55%之間。群體性狀的變異系數(shù)越大，說明從該群體中選出具有該性狀優(yōu)良個體的幾率越大[8]，遺傳改良潛力越高。一般來說，當(dāng)樣本性狀變異系數(shù)>10%，說明樣本間性狀差異明顯[9]，本研究的15個農(nóng)藝性狀除每節(jié)小穗數(shù)外，其余性狀變異系數(shù)都>10%，有利于冰草各類型比較和篩選，具有較高的遺傳改良潛力。

4 結(jié)論

蒙農(nóng)雜種冰草生長利用多年后，因連續(xù)開放授粉，群體混雜退化，性狀的變異或分化明顯，無論是影響營養(yǎng)生長的性狀還是決定生殖生長的性狀均有別于對照，其中與營養(yǎng)生長有關(guān)的性狀變異顯著大于生殖生長的性狀變異。性狀間的相關(guān)性顯著，植株越高旗葉越長，地上生物量越高；穗部所有性狀呈極顯著正相關(guān)，但與叢莖及節(jié)間長呈顯著負相關(guān)。在所有變異性狀中，又以株高、節(jié)間長、株從莖、葉長、地上生物量的差異最為顯著，變異系數(shù)最高可達42.55%。穗部性狀間的差異不顯著，遺傳上較為穩(wěn)定。在種群遺傳改良或提純復(fù)壯的過程中，應(yīng)從株型、葉型、穗型、飼草產(chǎn)量、種子產(chǎn)量這幾個方面加以考慮，如目標旨在提高飼草產(chǎn)量應(yīng)以選擇植高、葉長的材料為宜，而節(jié)間長、株叢大材料的選擇不利于提高種子產(chǎn)量。