十份紅三葉新品系的形態(tài)特征比較分析

趙 剛，汪 鵬，李 然，王玉祥

（1.新疆維吾爾自治區(qū)林業(yè)生態(tài)監(jiān)測(cè)總站，新疆烏魯木齊 830011；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052）

紅三葉又名紅車(chē)軸草（Trifolium pratenseL.），主要分布在歐洲、俄羅斯、新西蘭、美國(guó)東部等地區(qū)，屬溫性植物，為豆科三葉草屬多年生草本植物，是世界上廣泛栽培的牧草品種之一[1]。紅三葉在草原輪作中占重要地位，為良好飼料、綠肥，具有生長(zhǎng)速度快、產(chǎn)量高、品質(zhì)好、適口性好等特點(diǎn)，也是花蜜來(lái)源之一[2-3]。紅三葉壽命3～5 年，高35～110 cm，長(zhǎng)茸毛；小葉橢圓狀卵形至寬橢圓形，長(zhǎng)34～44 mm，寬17～28 mm；主根入土深，一般90～150 cm，側(cè)根主要分布于表層6～45 cm 的土層中；分枝能力強(qiáng)，一般為15～30 個(gè)，多者40 個(gè)?；ㄐ蛞干?，近頭狀，有大型總苞，總苞卵圓形，具縱脈；花萼筒狀，萼齒線(xiàn)狀披針形，最下面一齒較長(zhǎng)，有長(zhǎng)毛；花冠紫色或淡紫紅色；莢果包被于宿存的萼內(nèi)，倒卵形，長(zhǎng)約2 mm，果皮膜質(zhì)，有縱脈；花期5—8 月，壽命較長(zhǎng)，莢果小，每莢有種子1 粒，種子腎形或橢圓形，千粒重1.5～2.2 g[4-5]。

紅三葉屬于異花授粉植物且自交不親和，其種群是一個(gè)具有不同類(lèi)型個(gè)體組成的雜合體，在紅三葉種群內(nèi)和種群間存在高水平的基因變異。紅三葉可作為飼料用于牧草和水產(chǎn)動(dòng)物食用，在世界各地廣泛用作優(yōu)質(zhì)牧草、綠肥植物、水土保持植物和藥用植物。我國(guó)紅三葉育種工作起步較晚，育成的品種不多。截至2020 年，我國(guó)育成的紅三葉品種有7 個(gè)，其中地方品種3 個(gè)，分別是巴東、岷山、巫溪；育成品種2 個(gè)，分別為鄂牧5號(hào)、甘紅1號(hào)；引進(jìn)品種2個(gè)，分別是希瑞斯、豐瑞德。育成的品種少，且有關(guān)紅三葉品種選育的研究也不多，尤其是關(guān)于新疆紅三葉的研究資料極少。目前，有關(guān)紅三葉的研究集中在形態(tài)特征、組織培養(yǎng)、表型多樣性、抗旱、耐熱性等方面[6-9]。

新疆紅三葉具有資源豐富、產(chǎn)量高、品質(zhì)好、抗性強(qiáng)等特點(diǎn)，但研究資料不多?；诖?，本研究以自主選育的紅三葉新品系為試驗(yàn)材料，在花期和成熟期對(duì)其花、種子的主要形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行比較，以期為紅三葉新品種的申報(bào)登記提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為新品種合理利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)三坪農(nóng)場(chǎng)。三坪農(nóng)場(chǎng)土壤類(lèi)型單一，無(wú)鹽堿危害，主要特點(diǎn)是成土母質(zhì)為沖洪積物的黃土和紅土狀物質(zhì)；土類(lèi)簡(jiǎn)單，80%的土壤為黃板土、灰黃土，另有少量的黑紅土和火崗白板土。區(qū)內(nèi)大部分土壤土層較厚，土壤理化性狀和土壤質(zhì)地良好，多為含礫砂壤土，有機(jī)質(zhì)含量1.2%～1.5%。

1.2 供試材料

供試材料為新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)三坪農(nóng)場(chǎng)牧草與草坪草育種實(shí)驗(yàn)室選育的10 個(gè)優(yōu)良株系（HSY01～10），材料親本來(lái)源于新疆和國(guó)內(nèi)外25個(gè)群體，開(kāi)放授粉條件下在其后代中通過(guò)多次混合選擇的優(yōu)良株系后代種子。2017 年9 月秋播，行距30 cm，采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，5 次重復(fù)，同一區(qū)組應(yīng)放在同一地塊，小區(qū)之間過(guò)道寬50 cm，整個(gè)試驗(yàn)地四周設(shè)1 m保護(hù)行，小區(qū)面積15 m2（5 m×3 m）。

1.3 測(cè)量?jī)?nèi)容及方法

2019 年7 月中旬，在紅三葉開(kāi)花期，每個(gè)株系隨機(jī)選取10 個(gè)單株，測(cè)量株高、單株分枝數(shù)、葉片長(zhǎng)度、葉片寬度、莖長(zhǎng)、莖粗，在盛花期（8 月上旬）測(cè)定單株花序數(shù)、花序長(zhǎng)度、花序直徑、單個(gè)花序小花數(shù)等，記錄每個(gè)株系種子成熟時(shí)期。

1）株高：用直尺測(cè)量植株從地面至最高點(diǎn)的絕對(duì)高度；2）單株分枝數(shù)：以植株的一級(jí)分枝為準(zhǔn)，記錄每個(gè)單株的分枝數(shù)；3）葉片長(zhǎng)度和寬度：選擇已生長(zhǎng)完全的復(fù)葉中間葉片，測(cè)量葉片長(zhǎng)度和中間最寬處的距離；4）單株花序數(shù)：不統(tǒng)計(jì)現(xiàn)蕾期花序，記錄每個(gè)植株所有已經(jīng)開(kāi)花的花序數(shù)；5）單個(gè)花序小花數(shù)：選擇完全盛開(kāi)的花序計(jì)數(shù)小花總數(shù)；6）莖長(zhǎng)、莖粗、粒長(zhǎng)、粒寬等用游標(biāo)卡尺（±0.02 mm）測(cè)量，千粒重用千分之一天平測(cè)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016、IBM SPSS Statistic 19.0 等軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、主成分分析及聚類(lèi)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 方差分析

10個(gè)紅三葉草材料的形態(tài)指標(biāo)如表1所示。1）絕對(duì)株高最高的是HSY8，為109.40 cm；最矮的是HSY5，為83.00 cm；一般情況下株高的紅三葉可用作牧草，矮的紅三葉可用作觀(guān)賞草。2）單株分枝數(shù)最多的是HSY10，為37.40 個(gè)；單株分枝數(shù)最小的是HSY2和HSY8，均為17.60個(gè)，其余株系在21～25個(gè)；單株分枝多的可用作牧草。3）HSY4 的莖粗最大，為4.66 mm；HSY5 的莖長(zhǎng)最大，為97.50 mm。4）10 個(gè)株系的紅三葉葉片形狀均為橢圓形，莖稈直立中空，葉被有直立長(zhǎng)茸毛。從葉片長(zhǎng)度來(lái)看，HSY5 的葉長(zhǎng)43.19 mm，葉寬32.82 mm，均顯著高于其他株系。5）單枝花序數(shù)中，HSY10 最少，為4.00 個(gè)；HSY2 最多，為11.00 個(gè)。單序小花數(shù)中，HSY8 最多，為117.60個(gè)；HSY10 最少，為56.2 個(gè)；單枝花序數(shù)多的株系可作為觀(guān)賞草和蜜源植物利用。6）紅三葉種子一般為倒三角形、倒卵圓形或橢圓形，兩側(cè)扁。HSY8 的粒長(zhǎng)2.16 mm，粒寬1.79 mm，呈小突起、淺褐色，是10個(gè)株系中種子最大的。HSY7 的千粒重最輕，HSY1 的千粒重最重，表明HSY1的種子質(zhì)量較好。

表1 紅三葉表型性狀比較分析

在不同株系之間，各性狀的差異程度各不相同。為進(jìn)一步了解各性狀的差異是否顯著，對(duì)不同株系的相同表型形態(tài)性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行了顯著性檢驗(yàn)。葉長(zhǎng)、粒長(zhǎng)、粒寬指標(biāo)差異達(dá)到顯著（P＜0.05），其余指標(biāo)差異均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。通過(guò)F檢驗(yàn)結(jié)果可看出，葉片寬度的F值最大（10.796），而后依次是單株葉片數(shù)（10.714）、莖長(zhǎng)（8.49）、單序小花數(shù)（6.277）、單枝花序數(shù)（6.126）。

2.2 主成分分析

為進(jìn)一步分析影響紅三葉花部和種子性狀差異的主要影響因子，對(duì)花部和種子性狀的12個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析（見(jiàn)表2）。4 個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)61.01%，代替了原始因子所包含的主要信息。第1 主成分貢獻(xiàn)率為19.605%，對(duì)其作用較大的性狀有絕對(duì)株高（0.776）、粒寬（0.677）、千粒重（0.505），與第1個(gè)主成分有較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系；第2個(gè)主成分貢獻(xiàn)率為16.093%，對(duì)其作用較大的性狀有粒長(zhǎng)（0.668）、莖粗（0.572）、單株分枝數(shù)（0.492）；第3個(gè)主成分貢獻(xiàn)率為13.599%，對(duì)其作用較大的是單株葉片數(shù)（0.632）、單枝花序數(shù)（0.569）、葉長(zhǎng)（0.525）和千粒重（0.514）；第4個(gè)主成分貢獻(xiàn)率為11.713%，對(duì)其作用較大的是單株葉片數(shù)（1.406）、葉長(zhǎng)（0.607）和千粒重（0.601）。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析可以說(shuō)明，前4個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的特征值均大于1，說(shuō)明前4個(gè)主成分在紅三葉表型性狀變異中的作用較大。10個(gè)株系的表型差異主要來(lái)自葉片大小和單株葉片數(shù)、小花數(shù)。

表2 紅三葉表型性狀主成分分析

2.3 聚類(lèi)分析

如圖1 所示，通過(guò)對(duì)10 個(gè)紅三葉株系的12 個(gè)表型性狀進(jìn)行聚類(lèi)分析，結(jié)果顯示，可在距離10 處聚為3 類(lèi)。1）HSY9 和HSY10。這類(lèi)紅三葉莖長(zhǎng)較長(zhǎng)（超過(guò)90 mm），莖粗較粗（超過(guò)4.03 mm），此類(lèi)型的品種可以考慮作為育種材料。2）HSY1、HSY6、HSY8。這類(lèi)紅三葉單株葉片數(shù)少且葉片窄，不適合作為牧草利用。但HSY8 花序多，可以作為觀(guān)賞草利用。3）HSY2、HSY3、HSY4、HSY5、HSY7。這類(lèi)紅三葉單株分枝數(shù)較少（不超過(guò)24.20 個(gè)），葉寬中等（18.12～32.82 mm），但單株葉片數(shù)多（至少有140.40個(gè)），此類(lèi)型的紅三葉可作為牧草利用。

3 結(jié)論與討論

植株生長(zhǎng)狀態(tài)、形態(tài)學(xué)特征、生產(chǎn)性能等都是評(píng)價(jià)紅三葉生態(tài)適應(yīng)性的重要指標(biāo)。生長(zhǎng)速度越快，物候期越早，植株越高，葉片面積越大及葉綠素含量越高則說(shuō)明生長(zhǎng)狀態(tài)和形態(tài)學(xué)特征越好；莖葉比越低，單株鮮草產(chǎn)量及單株生物量越多則表明生產(chǎn)性能越好[10]。通過(guò)對(duì)紅三葉10 個(gè)株系的12 個(gè)性狀進(jìn)行綜合比較，HSY2、HSY3、HSY4、HSY5、HSY7 單株葉片數(shù)較多，可作為牧草利用；HSY8 花序多，可以作為觀(guān)賞草利用；HSY9 和HSY10 莖長(zhǎng)和莖粗表現(xiàn)較好，可考慮作為育種材料。

楊龍等認(rèn)為紅三葉株高越高、分枝數(shù)越多、產(chǎn)量越高的品種越適宜推廣種植[11]。本試驗(yàn)中絕對(duì)株高最高、分枝數(shù)最多的分別是HSY8、HSY10，可作為牧草利用。徐遠(yuǎn)東等認(rèn)為紅三葉的葉、莖、枝等營(yíng)養(yǎng)器官作為參考指標(biāo)，營(yíng)養(yǎng)體部分突出、理論生物量較高的可在以產(chǎn)草量為主的育種方向上進(jìn)一步選育利用[12]。因此，本試驗(yàn)中選取了葉片大小、分枝數(shù)、小花數(shù)等營(yíng)養(yǎng)器官性狀作為參考指標(biāo)。

本試驗(yàn)只開(kāi)展一年，只選擇檢測(cè)了部分形態(tài)指標(biāo)，沒(méi)有開(kāi)展產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性等方面的研究，后續(xù)將會(huì)對(duì)紅三葉的生產(chǎn)性能、抗寒性等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)研究，為紅三葉品種選育和示范推廣提供全面科學(xué)的數(shù)據(jù)。