57 份紫花苜蓿種質(zhì)農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量分析和評(píng)價(jià)

張建文，張龍龍，張 泉，楊星文，陳 健，劉富淵，牛軍鵬，王佺珍

（1.酒泉大業(yè)種業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅 酒泉 735000；2.甘肅西部草王牧業(yè)集團(tuán)有限公司，甘肅 酒泉 735000；3.西北農(nóng)林科技大學(xué)草業(yè)與草原學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

甘肅省酒泉地區(qū)是我國(guó)最大的種子生產(chǎn)基地之一，當(dāng)?shù)厝照諘r(shí)間長(zhǎng)，光照強(qiáng)度大、熱量充足、降雨稀少、 祁連山脈積雪融化而成的水流和豐富的地下水資源成為當(dāng)?shù)鬲?dú)特灌溉優(yōu)勢(shì)， 是理想的紫花苜蓿生產(chǎn)區(qū)域［1-2］。 目前，我國(guó)市場(chǎng)上銷(xiāo)售的紫花苜蓿品種繁多， 生態(tài)適應(yīng)性和生產(chǎn)性能差異較大。影響紫花苜蓿生產(chǎn)性能的因素較多，若僅以某些性狀如產(chǎn)草量、 生長(zhǎng)速度等評(píng)價(jià)品種的優(yōu)劣及品種差異， 會(huì)割裂不同性狀因子的綜合影響，因此，如何對(duì)紫花苜蓿的生產(chǎn)性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以定量取代定性， 篩選出影響生產(chǎn)性能的主要因素和綜合生產(chǎn)性能優(yōu)異的品種對(duì)苜蓿品種培育和生產(chǎn)實(shí)踐具有現(xiàn)實(shí)意義［3-5］。 該研究以不同來(lái)源的紫花苜蓿為材料，通過(guò)隸屬函數(shù)排名、主成分分析、聚類(lèi)分析，將供試材料初步分類(lèi)，以期為篩選出適宜當(dāng)?shù)胤N植的高產(chǎn)量、 高蛋白紫花苜蓿品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于甘肅省酒泉市上壩鎮(zhèn)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)站，海拔1 480 m，距酒泉市區(qū)35 km。氣候干燥少雨，蒸發(fā)量大，晝夜溫差大，屬于典型的大陸性氣候。 年均溫度7.3 ℃，全年≥0 ℃積溫3 461.9 ℃，≥10 ℃積溫2 954.4 ℃， 無(wú)霜期130 d，年均降水量85.3 mm，蒸發(fā)量2 148.8 mm，年均相對(duì)濕度46%。 年日照時(shí)間長(zhǎng)3 033.4 h，年太陽(yáng)輻射總量6.1×109J/m2。 試驗(yàn)地耕層（0～30 cm）土壤有機(jī)質(zhì)含量為7.91 g/kg，全氮含量為0.598 g/kg，速效磷為11.0 mg/kg， 速效鉀為110.5 mg/kg，pH值為8.6［1］。

1.2 試驗(yàn)材料和播種方法

供試的57 份紫花苜蓿種質(zhì)材料來(lái)自國(guó)內(nèi)外不同生態(tài)區(qū)， 材料及來(lái)源見(jiàn)表1。 試驗(yàn)采用3 m×5 m小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)。 穴播，穴距10 cm，行距30 cm［6］。 各材料均于2018 年夏季播種，2018年秋現(xiàn)蕾期測(cè)得數(shù)據(jù)。

表1 紫花苜蓿種質(zhì)供試材料及來(lái)源

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

試驗(yàn)測(cè)定的各項(xiàng)指標(biāo)參考馬金星等［6］和孫萬(wàn)斌等［7］報(bào)道的方法。 株高：指植株在自然狀態(tài)下的高度，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取15 株測(cè)高度，求平均值。主莖直徑：每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取15 株，用游標(biāo)卡尺測(cè)主莖直徑，求平均值。分枝數(shù)：隨機(jī)取5 穴，數(shù)每穴中可見(jiàn)一級(jí)分枝數(shù)。節(jié)間數(shù)：每個(gè)品種隨機(jī)選取30 株，數(shù)主莖節(jié)數(shù)。 主莖節(jié)長(zhǎng)：隨機(jī)選取30 株，量取樣株中間位置節(jié)長(zhǎng)，求平均值。 葉/莖值：鮮草所有葉和花蕾的重量除以莖稈的重量， 刈割時(shí)各品種選取1 kg 有代表性的鮮草作為樣品， 然后將莖葉（花序歸入葉中）分開(kāi)，自然風(fēng)干后稱(chēng)重。鮮草產(chǎn)量：2018 年8 月初平茬后， 在9 月底測(cè)得一茬產(chǎn)量，每個(gè)小區(qū)割1 m 樣段，稱(chēng)重。 干草產(chǎn)量：鮮草自然陰干后（含水量＜12%）稱(chēng)重。 鮮干比：總鮮草產(chǎn)量與總干草產(chǎn)量的比值。粗蛋白和粗纖維含量：按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定粗蛋白（GB/T 6432—2018）、粗纖維（GB/T 6434—2006）含量。

1.4 隸屬函數(shù)綜合排名

應(yīng)用隸屬函數(shù)法對(duì)57 份紫花苜蓿材料進(jìn)行綜合排名。 計(jì)算每份材料的相對(duì)株高、 相對(duì)分枝數(shù)、相對(duì)葉/莖值、相對(duì)鮮草產(chǎn)量、相對(duì)干草產(chǎn)量、粗蛋白含量的具體隸屬函數(shù)值。公式為X（μ）=（XXmin）/（Xmax-Xmin）， 式中X 為參試樣品某一指標(biāo)的測(cè)定值，Xmax和Xmin分別為所有材料中該指標(biāo)的最大值和最小值， 最后把每份材料各項(xiàng)指標(biāo)隸屬函數(shù)值累加，取平均值為綜合評(píng)價(jià)值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 和SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析，均值、隸屬函數(shù)分析。

表2（續(xù)） 57 份紫花苜蓿種質(zhì)農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量指標(biāo)

2 結(jié)果與分析

2.1 種質(zhì)各性狀特征分析

供試材料的各農(nóng)藝性狀以及產(chǎn)量說(shuō)明見(jiàn)表2。株高的變異系數(shù)為12.66%，平均株高為66.48 cm，變化范圍為48.47～83.00 cm， 株高最高的材料為S-5， 最低的為敖漢2。 主莖直徑的變異系數(shù)為10.75%，主莖直徑平均值為3.20 mm，變化范圍為2.39～3.95 mm， 主莖直徑最大的材料為農(nóng)菁1 號(hào)，最小的為中苜1 號(hào)-2。分枝數(shù)的變化幅度最大，變異系數(shù)為26.20%， 平均數(shù)為19.71， 變化范圍為10.20～37.00，分枝數(shù)最多的是中苜1 號(hào)-2，分枝數(shù)最少的是中苜1 號(hào)。 節(jié)間數(shù)的變異系數(shù)為13.12%， 平均節(jié)間數(shù)為10.58， 變化范圍為6.80～13.40， 節(jié)間數(shù)最多的材料為MF4020， 最少的為WL343HQ。 變化幅度居第四的是主莖節(jié)長(zhǎng)，變異系數(shù)為15.48%，平均主莖節(jié)長(zhǎng)為6.86 cm，變化范圍為4.60～10.18 cm， 主莖節(jié)長(zhǎng)最長(zhǎng)的材料為阿爾岡金，最短的為WL343HQ。變化幅度居第五的是葉/莖值，變異系數(shù)為15.05%，平均值為1.19，變化范圍為0.89～1.66，葉/莖值最高的為WL343HQ，最低的為龍威6010。 變化幅度居第二的是鮮草產(chǎn)量，變異系數(shù)為21.34%，平均鮮草產(chǎn)量為18 603.90 kg/hm2，變化范圍為10 105.05～28 914.45 kg/hm2，鮮草產(chǎn)量最高的為北方SLT， 最低的為巨能CR。 變化幅度居第三的是干草產(chǎn)量， 變異系數(shù)為21.18%，平均干草產(chǎn)量為4 495.95 kg/hm2，變化范圍為2 013.75～7 040.25 kg/hm2， 干草產(chǎn)量最高的為SR4030，最低的為巨能CR。 鮮干比的變化幅度是最小的， 變化范圍為3.81～5.02， 變異系數(shù)為6.61%，平均值為4.15，鮮干比最高的材料為巨能CR， 最低的為S-3。 粗纖維含量的變異系數(shù)為10.19%，粗纖維含量平均值為24.87%，變化范圍為17.64%～29.69%， 粗纖維含量最高的材料為金皇后，最低的為柏拉圖。粗蛋白含量的變異系數(shù)為7.50%， 粗纖維平均值為24.17%， 變化范圍為21.25%～33.10%， 粗蛋白含量最高的材料為WL343HQ，最低的為S-2。

表2 57 份紫花苜蓿種質(zhì)農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量指標(biāo)

2.2 隸屬函數(shù)值分析

將57 份紫花苜蓿材料的株高、分枝數(shù)、葉/莖值，鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量、粗蛋白含量通過(guò)隸屬函數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)（見(jiàn)表3）。 株高前5 的材料依次為S-5＞S-1＞龍威6010＞S-4＞W(wǎng)L232HQ，分枝數(shù)前5 的材料依次為中苜1 號(hào)-2＞中苜3 號(hào)＞阿爾岡金＞艾禾1 號(hào)＞北方SLT， 葉/莖值前5 的材料依次為WL343HQ＞中苜1 號(hào)-2＞綠洲1 號(hào)＞龍牧806＞艾禾1 號(hào)，鮮草產(chǎn)量前5 的材料依次為北方SLT＞中苜3 號(hào)＞SR4030＞MF4020＞柏拉圖， 干草產(chǎn)量前5的材料依次為SR4030＞中苜3 號(hào)＞北方SLT＞柏拉圖＞W(wǎng)L343HQ， 粗蛋白含量前5 的材料依次為WL343HQ＞敖漢-1＞中苜1 號(hào)-2＞龍牧803＞甘農(nóng)3號(hào)-2。 綜合排名前5 的材料為中苜3 號(hào)、 北方SLT、SR4030、WL343HQ、中苜1 號(hào)-2；綜合排名最后的5 種材料為龍牧803、敖漢-1、農(nóng)菁8 號(hào)、公農(nóng)1 號(hào)、巨能CR。

表3 57 份紫花苜蓿種質(zhì)隸屬函數(shù)值

表3（續(xù)） 57 份紫花苜蓿種質(zhì)隸屬函數(shù)值

2.3 不同性狀相關(guān)性分析

57 份紫花苜蓿材料不同性狀相關(guān)性分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。 株高與主莖直徑、主莖節(jié)長(zhǎng)、葉/莖值極顯著（P＜0.01）正相關(guān)。 株高與鮮草產(chǎn)量顯著（P＜0.05）相關(guān)。 主莖直徑與葉/莖值極顯著（P＜0.01）負(fù)相關(guān)，與主莖節(jié)長(zhǎng)顯著（P＜0.05）正相關(guān)。 主莖直徑與葉/莖值極顯著（P＜0.01）負(fù)相關(guān)。節(jié)間數(shù)與葉/莖值極顯著（P＜0.01）負(fù)相關(guān)，與分枝數(shù)顯著（P＜0.05） 負(fù)相關(guān)。 節(jié)間數(shù)與主莖節(jié)長(zhǎng)顯著 （P＜0.05）正相關(guān)。 主莖節(jié)間長(zhǎng)與葉/莖值極顯著（P＜0.01）負(fù)相關(guān)。

表4 57 份紫花苜蓿種質(zhì)農(nóng)藝性狀相關(guān)系數(shù)矩陣

2.4 主成分分析

利用SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)57 份紫花苜蓿材料農(nóng)藝性狀指數(shù)進(jìn)行主成分分析（見(jiàn)表5）。前3個(gè)綜合指標(biāo)累計(jì)貢獻(xiàn)率為73.431%， 表明3 個(gè)主成分可較好反映7 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)（株高、主莖直徑、分枝數(shù)、節(jié)間數(shù)、主莖節(jié)長(zhǎng)、葉/莖值、鮮草產(chǎn)量）涵蓋的內(nèi)容，因此，可通過(guò)3 個(gè)主成分概括57 份紫花苜蓿材料農(nóng)藝性狀的相關(guān)性。

表5 各主成分方差貢獻(xiàn)率 單位：%

由表6 可知， 第一主成分特征向量中株高貢獻(xiàn)量最大，其次是主莖直徑、主莖節(jié)長(zhǎng)和主莖節(jié)間數(shù)，概括為株高因子；第二主成分特征向量中分枝數(shù)貢獻(xiàn)最大、 其次是鮮草產(chǎn)量， 概括為草產(chǎn)量因子； 第三主成分特征向量中載荷較高且為正值的性狀是主莖節(jié)長(zhǎng)和分枝數(shù)， 載荷較高且為負(fù)值的性狀是與抗倒伏有關(guān)的性狀指標(biāo)主莖直徑， 概括為抗倒伏性因子。

表6 57 份紫花苜蓿種質(zhì)性狀主成分的特征向量

2.5 聚類(lèi)分析

用SPSS 19.0 軟件聚類(lèi)法 （hierarchical clus-tering methods），根據(jù)供試的57 份紫花苜蓿株高、葉/莖值、干草產(chǎn)量、鮮草產(chǎn)量、粗蛋白含量的歐式距離進(jìn)行聚類(lèi)分析，并構(gòu)建樹(shù)狀圖（見(jiàn)圖1）。 在歐式距離為5 時(shí)，將57 份紫花苜蓿聚為4 類(lèi)，第一類(lèi)包括敖漢-1、敖漢-2、甘農(nóng)9 號(hào)、龍牧803、農(nóng)菁8 號(hào)、巨能CR，鮮草產(chǎn)量較低，隸屬函數(shù)綜合排名靠后；第二類(lèi)包括SR4030、中苜3 號(hào)、北方SLT，是鮮草產(chǎn)量和隸屬函數(shù)綜合排名前3 的品種；第三類(lèi)包括WL168HQ、普沃、馴鹿、DS310FY、甘農(nóng)6號(hào)、S-2、沖擊波、康賽、甘農(nóng)3 號(hào)、S-5、S-6，苜?；屎?、挑戰(zhàn)者、龍威6010、龍牧801、MF4020、柏拉圖、WL343HQ、隴東苜蓿，鮮草產(chǎn)量較高，但其他指標(biāo)較差，隸屬函數(shù)綜合排名處于中上；其余品種為第四類(lèi)，鮮草產(chǎn)量和綜合排名均處于中等（見(jiàn)表3）。

圖1 57 份紫花苜蓿種質(zhì)聚類(lèi)分析

3 討論

優(yōu)質(zhì)品種是苜蓿產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素， 而優(yōu)良的苜蓿種質(zhì)是苜蓿種質(zhì)資源性狀改良、 雜交親本選擇及品種選育的物質(zhì)基礎(chǔ)［6-8］。 紫花苜蓿常被加工成苜蓿干草、苜蓿青貯、苜蓿草粉、苜蓿草顆粒、苜蓿草塊等產(chǎn)品，是奶牛最優(yōu)質(zhì)的牧草飼料之一，在肉牛、豬、雞、鴨等動(dòng)物生產(chǎn)中同樣得到廣泛應(yīng)用［9-12］。 對(duì)于國(guó)內(nèi)巨大內(nèi)需市場(chǎng)，需要篩選產(chǎn)量高而且蛋白含量高的苜蓿品種。 評(píng)價(jià)分析單一農(nóng)藝性狀難以反映苜蓿品種的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 紫花苜蓿的干草產(chǎn)量是評(píng)價(jià)其品種優(yōu)劣的關(guān)鍵特征， 也是衡量紫花苜蓿生產(chǎn)力大小的主要指標(biāo)， 不同的草產(chǎn)量可以反映不同品種的生產(chǎn)性能及適應(yīng)性［13］。紫花苜蓿各農(nóng)藝性狀反映不同的特性，株高、主直徑、分枝數(shù)、節(jié)間數(shù)、節(jié)長(zhǎng)、葉/莖值與苜蓿產(chǎn)量［14］、粗蛋白及粗纖維含量有一定關(guān)系［15］，該研究對(duì)7個(gè)主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行主成分分析， 總結(jié)了3個(gè)主成分，第一個(gè)主成分代表株高因子，反映了株高對(duì)苜蓿產(chǎn)量有重要影響； 第二個(gè)主成分為產(chǎn)量因子，主要是分枝數(shù)對(duì)苜蓿產(chǎn)量的重要影響，第三個(gè)主成分為抗倒伏性因子，主要是與主莖節(jié)長(zhǎng)、直徑等因子相關(guān)的性狀， 反映苜蓿在當(dāng)?shù)乜沟狗哪芰?，是影響苜蓿產(chǎn)量及品質(zhì)的重要因子。 以上3個(gè)主成分是苜蓿品種適應(yīng)性選育的重要依據(jù)。 在實(shí)際生產(chǎn)中， 紫花苜蓿最重要的指標(biāo)是產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量，因此，該研究將蛋白質(zhì)產(chǎn)量引入，作為篩選適應(yīng)當(dāng)?shù)仄贩N的重要依據(jù)， 鮮干比也是反映苜蓿品質(zhì)的重要指標(biāo)，影響蛋白質(zhì)產(chǎn)量。各項(xiàng)指標(biāo)與苜蓿品質(zhì)有關(guān)，但并非均呈線(xiàn)性相關(guān)，需要分類(lèi)和綜合評(píng)價(jià)。苜蓿各農(nóng)藝性狀指標(biāo)存在相關(guān)性，該試驗(yàn)對(duì)各農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析， 將多種相關(guān)的隨機(jī)變量轉(zhuǎn)換成少量的綜合指標(biāo)，并且可以反映原來(lái)多種變量的信息［5，16-18］，再進(jìn)行聚類(lèi)分析；將57 份材料分為4 類(lèi)，將產(chǎn)量最低以及綜合排名最低的材料分為第一類(lèi)； 將產(chǎn)量及綜合排名最高的分為第二類(lèi)； 產(chǎn)量較高其他指標(biāo)較差的材料分為第三類(lèi)； 產(chǎn)量和綜合排名屬于中間的材料分為第四類(lèi)。 聚類(lèi)后可作為基礎(chǔ)材料為今后紫花苜蓿不同選育方向提供參考。

4 結(jié)論

在甘肅省酒泉地區(qū)種植當(dāng)年綜合評(píng)價(jià)較好的紫花苜蓿品種為中苜3 號(hào)、 北方SLT、SR4030、WL343HQ； 綜合評(píng)價(jià)較差的品種為龍牧803、敖漢-1、農(nóng)菁8 號(hào)。 粗蛋白產(chǎn)量前5 的紫花苜蓿品種為WL343HQ、SR4030、中苜3 號(hào)、柏拉圖、MF4020。