黃花苜蓿種質(zhì)資源評價研究

閆偉紅，李康寧，寧 發(fā)，馬玉寶，師文貴，姜 超，王 凱

(1.中國農(nóng)業(yè)科學院草原研究所/農(nóng)業(yè)部牧草資源與利用重點實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.張北縣農(nóng)牧局，河北 張北縣 076450；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；4.內(nèi)蒙古雙奇藥業(yè)股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

黃花苜蓿(MedicagofalcataL.)，別名野苜蓿、鐮莢苜蓿，是1種重要的野生豆科牧草，是蒙古高原常見種，主要分布在俄羅斯、蒙古以及我國的東北部等寒冷地域，而且野生型較多，有二倍體(2n=16)和四倍體(2n=32)兩個倍性水平。具有抗逆性強、抗寒、抗旱、耐貧瘠、壽命長等優(yōu)良特性，對土壤和降雨要求不嚴，適宜在干旱、寒冷的地區(qū)推廣，是一種優(yōu)良的豆科牧草，嫩莖葉等組織含有豐富的蛋白質(zhì)和維生素等營養(yǎng)成分，是天然草地改良的理想牧草，也是建設人工草地的首選〔1〕。與紫花苜蓿相當，產(chǎn)量和再生性雖遜色于紫花苜蓿，但其抗逆性卻非紫花苜蓿能比，是苜蓿抗性育種不可缺少的種質(zhì)資源，具有重要的飼用價值、生態(tài)價值和遺傳育種價值〔2〕。由于其具有極強的抗寒性，一直是國內(nèi)外苜蓿育種首選的雜交親本之一。

國內(nèi)外對黃花苜蓿研究主要集中在引種栽培、種子特性、組織培養(yǎng)及再生體系、細胞學鑒定、雜交育種、轉(zhuǎn)基因、遺傳多樣性、抗寒基因篩選與轉(zhuǎn)錄因子〔3-5〕、耐牧基因篩選〔6〕、逆境下代謝物質(zhì)、逆境下蛋白組學〔7〕和蛋白基因研究〔4〕、利用轉(zhuǎn)錄組技術分析逆境下激素調(diào)控與代謝通路以及根瘤〔8〕、比較細胞遺傳學〔9〕、葉綠體基因組學〔10〕等方面，而目前對蒙古國黃花苜蓿種質(zhì)資源引種研究較少。

本研究選擇蒙古、中國和俄羅斯地區(qū)31份野生黃花苜蓿種質(zhì)資源為試材，通過田間調(diào)查，對其農(nóng)藝性狀和營養(yǎng)成分進行比較分析和評價，為苜蓿新品種培育和合理利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

供試材料共31份，主要包括來自蒙古國7個不同生境黃花苜蓿22份材料和1份雜交材料、中國黃花苜蓿6份、俄羅斯黃花苜蓿2份材料，見表1。

表1 材料來源Table1 The Source of Materials

1.2 試驗地概況

本試驗區(qū)設在內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟太仆寺旗貢寶拉格蘇木崩崩山嘎查，位于北緯41°36′、東經(jīng)115°04′，海拔1400米。屬于典型大陸性氣候。年平均氣溫1.6℃，最熱月(7月)平均氣溫17.8℃，極端高溫33.3℃；最冷月(1月)平均氣溫-17.6℃，極端低溫-35.7℃。春季干旱、多風，年均降水量394毫米，≥10℃積溫1750.9℃，無霜期122d，初霜在8月中旬，終霜在6月中旬。土壤為淡栗鈣土，pH值含量一般為8～8.5，土層較厚，土壤肥力一般，植被以針茅、羊草、隱子草及蒿屬植物為建群種和優(yōu)勢種。

1.3 測定內(nèi)容與方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀鑒定與評價

測定農(nóng)藝性狀主要包括生長期(青綠期)、越冬率、株高、莖生長習性、主莖長、節(jié)間長、莖粗、莖節(jié)數(shù)、分蘗數(shù)、葉長、葉寬、花序長、花序軸長、小花數(shù)、小花長、小花柄長、花萼長、花色、種子千粒重、鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量、再生速度、再生草產(chǎn)量、根系深度、根系直徑、根重、根冠比；測量時均為10-20次重復。同時觀察抗病蟲能力，部分指標按生育期測定〔11-12〕。測定方法參照行業(yè)規(guī)定中各類指標測定的標準方法。

1.3.2 品質(zhì)分析

本實驗主要進行營養(yǎng)成分分析，主要測定牧草風干物質(zhì)中粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、粗纖維、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維、無氮浸出物、粗灰分、水分、鈣、磷及氨基酸的含量，在盛花期測定〔13-14〕。測定方法參照行業(yè)規(guī)定中各類指標測定的標準方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計

所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學分析應用SPSS軟件和EXCEL進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃花苜蓿農(nóng)藝性狀結(jié)果分析

2.1.1 黃花苜蓿產(chǎn)量和其它農(nóng)藝性狀描述

供試材料在盛花期進行測定各類性狀(表2)，生長習性都是匍匐型、越冬率均在98%-99%、花色均為黃色；雜交材料23號(蒙古)鮮干草產(chǎn)量最高，黃花苜蓿中18號(蒙古)材料鮮干草產(chǎn)量最高、20號(蒙古)材料鮮干草產(chǎn)量最低。從均值水平來看，俄羅斯黃花苜蓿鮮、干草產(chǎn)量(1.668,0.415)>蒙古黃花苜蓿產(chǎn)量(1.62,0.32)>中國黃花苜蓿產(chǎn)量(1.544,0.32)。

表2 產(chǎn)量和其它農(nóng)藝性狀描述Table 2 Yield and Description of the Other Agronomic Traits

2.1.2 黃花苜蓿農(nóng)藝性狀基本統(tǒng)計和主成分分析

25個農(nóng)藝性狀進行基本統(tǒng)計和主成分分析(表3)得出干草產(chǎn)量差異性最大，青綠期差異性最小；主莖長、莖粗、莖節(jié)數(shù)、節(jié)間長、莖粗、分蘗數(shù)、葉長、葉寬、小花數(shù)、花序長、小花柄長、花序軸長、花萼長、再生速度、再生草產(chǎn)量、鮮與干草產(chǎn)量、根系深度、根重、根系直徑、根冠比等20個農(nóng)藝性狀是構成31份材料農(nóng)藝性狀差異的主要因素，包括絕大部分生殖性狀和營養(yǎng)性狀，累計貢獻率為81.692%，表明黃花苜蓿農(nóng)藝性狀多樣性豐富。

表3 主要農(nóng)藝性狀基本統(tǒng)計和主成分分析Table 3 Basic Statistics and FactorAnalysis of Main Agronomic Traits

2.1.3 黃花苜蓿農(nóng)藝性狀聚類分析

31份材料聚為三類(圖1)，第Ⅰ類包括蒙古黃花苜蓿15、17，中國黃花苜蓿26、27，蒙古雜交苜蓿23；第Ⅱ類包括蒙古黃花苜蓿16和中國黃花苜蓿25；第三類分為四亞類，第ⅰ亞類包括蒙古黃花苜蓿20和中國黃花苜蓿29，第ⅱ亞類包括蒙古黃花苜蓿19和中國黃花苜蓿28，第ⅲ亞類包括蒙古黃花苜蓿2、3、4、6、8、10、12、13和中國黃花苜蓿24，第ⅳ亞類包括蒙古黃花苜蓿1、5、7、9、11、14、18、21、22、俄羅斯黃花苜蓿30、31。顯示出蒙古、俄羅斯不同種群基本能夠聚在一起，中國不同種群有交叉現(xiàn)象，表明蒙古、俄羅斯黃花苜蓿遺傳距離與地理親緣關系較近，中國黃花苜蓿遺傳距離與地理親緣關系較遠。黃花苜蓿中聚類表現(xiàn)差異較大的材料是蒙古材料15、16、17、19、20和中國材料24、25、26、27、28、29。

綜合分析農(nóng)藝性狀表現(xiàn)好、穩(wěn)定性和一致性較好的材料是蒙古黃花苜蓿18號、俄羅斯黃花苜蓿30和31號，差異性較大的材料是蒙古黃花苜蓿15、16、17、19、20和中國材料24、25、26、27、28、29。

圖1 黃花苜蓿種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀聚類分析Fig.1 Cluster Analysis of Agronomic Traits of MedicagofalcataL.GermplasmResources

2.2 營養(yǎng)成分結(jié)果分析

2.2.1 黃花苜蓿營養(yǎng)成分基本統(tǒng)計和主成分分析

供試材料中(表3和表4)，水分差異最小、磷差異性最大，酸性洗滌纖維含量均低于中性洗滌纖維含量；蒙古20號黃花苜蓿材料粗蛋白含量最高、酸性洗滌纖維最低，說明該材料具有較高的營養(yǎng)價值，蒙古11號黃花苜蓿材料粗蛋白含量最低；蒙古22號黃花苜蓿材料酸性洗滌纖維和粗纖維含量最高；中國24號黃花苜蓿中性洗滌纖維含量最高、蒙古3號含量最低；蒙古18號黃花苜蓿粗纖維含量最低；俄羅斯30號黃花苜蓿水分含量最低、蒙古16號含量最高；蒙古23號雜交材料氨基酸總含量最高，中國28號黃花苜蓿材料氨基酸總含量最低。粗蛋白含量由高到低的順序是俄羅斯黃花苜蓿(17.005)>蒙古黃花苜蓿(16.601)>中國黃花苜蓿(16.48)。粗纖維含量由高到低的順序是蒙古黃花苜蓿(25.397)>中國黃花苜蓿(24.558)>俄羅斯黃花苜蓿(23.625)。酸性洗滌纖維含量由高到低的順序是中國黃花苜蓿(32.911)>蒙古黃花苜蓿(32.264)>俄羅斯黃花苜蓿(31.6)。中性洗滌纖維含量由高到低的順序是中國黃花苜蓿(42.657)>蒙古黃花苜蓿(41.604)>俄羅斯黃花苜蓿(41.24)。水分含量由高到低的順序是中國黃花苜蓿(10.78)>蒙古黃花苜蓿(10.71)>俄羅斯黃花苜蓿(9.96)。氨基酸總含量由高到低的順序是中國黃花苜蓿(13.77)>俄羅斯黃花苜蓿(13.42)>蒙古黃花苜蓿(13.405)。從上述影響苜蓿干草質(zhì)量的幾個主要營養(yǎng)成分指標分析發(fā)現(xiàn)，來源于蒙古、俄羅斯和中國3個地理類群的黃花苜蓿在營養(yǎng)成分含量方面，粗蛋白、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維和水分含量表現(xiàn)出一致性，而粗纖維、氨基酸總含量表現(xiàn)不一致。

其它營養(yǎng)成分指標差異情況，全磷含量由高到低的順序是俄羅斯黃花苜蓿(0.25)>蒙古黃花苜蓿(0.21)>中國黃花苜蓿(0.20)。全鈣含量由高到低的順序是蒙古黃花苜蓿(1.04)>中國黃花苜蓿(0.88)>俄羅斯黃花苜蓿(0.76)。粗脂肪含量由高到低的順序是中國黃花苜蓿(2.99)>蒙古黃花苜蓿(2.65)>俄羅斯黃花苜蓿(1.98)。灰分含量由高到低的順序是蒙古黃花苜蓿(7.43)>中國黃花苜蓿(7.40)>俄羅斯黃花苜蓿(7.27)。無氮浸出物含量由高到低的順序是俄羅斯黃花苜蓿(40.17)>中國黃花苜蓿(37.86)>蒙古黃花苜蓿(37.15)。

分析發(fā)現(xiàn)全磷、粗蛋白、粗脂肪、全鈣、粗纖維、酸性洗滌纖維、氨基酸總含量、灰分、無氮浸出物等9個指標是引起供試31份材料營養(yǎng)成分差異的主要因素，累計貢獻率為71.477%。

表3 營養(yǎng)成分原始數(shù)據(jù)Table 3 RawData of Nutrients

表4 營養(yǎng)成分基本統(tǒng)計和主成分分析Table 4 BasicStatistics and Factor analysis of Nutrients

基于11個營養(yǎng)成分指標對31份供試材料進行聚類分析(圖2)，結(jié)果分為四大類，第一類為中國黃花苜蓿24；第二類為蒙古黃花苜蓿20；第三類為蒙古雜交材料23；第四類為分兩亞類，第ⅰ亞類為蒙古黃花苜蓿13，蒙古黃花苜蓿9、10、21、22和中國黃花苜蓿25、28，蒙古黃花苜蓿1、2、4、5、6、11、14、15和俄羅斯黃花苜蓿31；第ⅱ亞類為蒙古黃花苜蓿12和中國黃花苜蓿27，蒙古黃花苜蓿7、8、18與中國黃花苜蓿26以及俄羅斯黃花苜蓿30，蒙古黃花苜蓿3、16、17、19和中國黃花苜蓿29。顯示出蒙古不同種群基本能夠聚在一起，俄羅斯、中國不同種群有交叉現(xiàn)象，表明蒙古黃花苜蓿營養(yǎng)成分遺傳距離與地理親緣關系較近，俄羅斯、中國黃花苜蓿營養(yǎng)成分遺傳距離與地理親緣關系較遠。黃花苜蓿中聚類表現(xiàn)差異較大的材料是蒙古材料12、13、20，中國材料24、26、27、29，和俄羅斯材料30、31，雜交材料單聚為一類。

綜合分析營養(yǎng)成分表現(xiàn)好、穩(wěn)定性和一致性較好的材料是蒙古黃花苜蓿16、17、18、19號，差異性較大的材料是蒙古黃花苜蓿12、13、20，中國材料24、26、27、29和俄羅斯材料30、31。

圖2 黃花苜蓿種質(zhì)資源營養(yǎng)成分聚類圖Fig.2 Cluster Diagram of NtrientCmposition of MedicagofalcataL.GrmplasmRsources

3 結(jié)論

3.1農(nóng)藝性狀研究結(jié)果表明，不同性狀變異系數(shù)相差較大(0.42%～51.97%)，供試黃花苜蓿不同種群間和地理類群間存在著豐富的變異。主莖長、莖粗、莖節(jié)數(shù)、節(jié)間長、莖粗、分蘗數(shù)、葉長、葉寬、小花數(shù)、花序長、小花柄長、花序軸長、花萼長、再生速度、再生草產(chǎn)量、鮮與干草產(chǎn)量、根系深度、根重、根系直徑、根冠比等20個性狀是構成農(nóng)藝性狀差異的主要因素，營養(yǎng)性狀多于生殖性狀；蒙古、俄羅斯材料間表現(xiàn)出相似生境的聚類趨勢，中國材料有交叉現(xiàn)象。

3.2營養(yǎng)成分研究結(jié)果表明，不同指標變異系數(shù)相差較大(4.33%～22.27%)，供試黃花苜蓿不同種群間和地理類群間存在明顯差異。全磷、粗蛋白、粗脂肪、全鈣、粗纖維、酸性洗滌纖維、氨基酸總含量、灰分、無氮浸出物等9個營養(yǎng)成分指標是引起營養(yǎng)成分差異的主要因素；蒙古材料間表現(xiàn)出相似生境的聚類趨勢，俄羅斯、中國交叉現(xiàn)象顯著，與農(nóng)藝性狀聚類結(jié)果不同。

3.3黃花苜蓿生長習性都是匍匐型、越冬率均在98%-99%、花色均為黃色(雜交材料除外)；從鮮干草產(chǎn)量和粗蛋白含量均值水平看，表現(xiàn)為俄羅斯>蒙古>中國。蒙古黃花苜?！磷匣ㄜ俎ｋs交材料23號鮮干草產(chǎn)量最高；黃花苜蓿材料中，蒙古18號材料鮮干草產(chǎn)量最高，蒙古20號材料鮮干草產(chǎn)量最低，但是其粗蛋白含量最高，蒙古11號材料粗蛋白含量最低。