王雯玥,韓清芳,宗毓崢,賈志寬,丁瑞霞,王俊鵬,聶俊峰,閔安成

（西北農(nóng)林科技大學干旱半干旱農(nóng)業(yè)研究中心 農(nóng)業(yè)部作物生產(chǎn)與生態(tài)重點開放實驗室,陜西 楊凌 712100）

紫花苜蓿的葉子一般為三出羽狀復葉,而通過變異具有多于3個羽狀復葉的苜蓿被稱為多葉型苜蓿。目前,國內(nèi)外對多葉苜蓿性狀的基因表達、光合生理及產(chǎn)量等方面已進行了研究。如在遺傳方面,Bingham等[4-5]和Brick等[6]研究認為多葉性狀由基因控制且易傳遞,高度遺傳；于林清和何茂泰[7]常規(guī)的人工授粉能使其多葉性狀提高并穩(wěn)定表達。在光合方面,由于作物生物學產(chǎn)量的90%～95%來自于光合作用產(chǎn)物,植株的生長發(fā)育和產(chǎn)量品質的改善都是通過各種農(nóng)事活動直接或間接地改善植物的光合生理性能來實現(xiàn)的,改善光合作用對于提高作物的產(chǎn)量潛力具有重要意義,而提高干物質產(chǎn)量一個有效的方法就是選擇光合能力強的品種。葉片是植物進行光合作用的基本器官,影響光合產(chǎn)物累積的一個重要因素是葉面積,因而小葉葉片數(shù)量變多的多葉型苜蓿被認為具有提高苜蓿產(chǎn)量和品質的潛力,是苜蓿育種與生產(chǎn)的良好種質資源[8-9]。對光合特性的研究主要集中于環(huán)境因子及栽培措施的影響方面[10-12],對不同紫花苜蓿品種在不同生長階段[13]、不同年限[14]的光合生理生態(tài)特性及其對光合CO2濃度的響應特征[15]也已有大量研究,如趙金梅等[16]分析了水分脅迫對紫花苜蓿分枝期光合性能的影響,衛(wèi)新菊等[17]研究了不同施肥處理對紫花苜蓿光合特性及生長的影響。但是關于多葉型苜蓿品種的光合特性研究甚少。

光合速率是反映光合作用時光合產(chǎn)物積累狀況的重要指標。蒸騰速率是反映植物消耗水分狀況的重要生理指標。本試驗通過分析兩類不同葉型紫花苜蓿前3茬初花期的光合和水分利用效率及相關因子,研究不同葉型苜蓿品種的光能、水分利用效率及生產(chǎn)潛能的差異,為利用多葉型苜蓿種質資源進行苜蓿良種選育和生產(chǎn)提供參考,對促進我國牧草高產(chǎn)優(yōu)質生產(chǎn)有著重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料試驗所用的3個多葉型苜蓿品系為6個普通三葉型紫花苜蓿品種中選擇的多葉型變異體無性繁殖親本群體雜交、母本分別收獲獲得的雜交一代材料。3個三葉型對照品種分別為1個種植面積較大的地方品種、1個地方適宜種和1個引進種植面積較大的品種。6個苜蓿品種的名稱、來源及葉型見表1。

表1 試驗苜蓿品種（系）及類型

1.2 試驗設計試驗設在西北農(nóng)林科技大學農(nóng)作試驗一站。該站位于秦嶺北麓、渭河平原西部的頭道塬上 ,34°21′N,108°10′E,屬暖溫帶半濕潤氣候。海拔454.8 m,年均日照時數(shù)2 150 h,年平均氣溫12～14℃,極端最高氣溫40℃,極端最低氣溫-21℃,年平均降水量580.5 mm。春季降水偏少、干旱,降水主要集中在7-9月,土壤為黑壚土,土層深厚、通氣良好,0～20 cm 土層土壤有機質、全氮、全磷、全鉀含量分別為 15.9、1.12、0.15和 11.7 g/kg。田間土壤持水量為21.12%,地下水埋深約80 m。

各材料均于2005年9月24日播種,每材料（品種）種植3個小區(qū),每個小區(qū)分別作為1個測定樣方,小區(qū)面積 2.6 m×6 m。播種量 7.5 kg/hm2,行距30 cm,每小區(qū)7行,田間栽培條件相同：種植后苜蓿整個生育期全部為旱作,不噴灑農(nóng)藥,不施肥,自然狀態(tài)生長,適時進行人工除草。

1.3 測定指標及方法試驗中各性狀指標分別于2008年第 1、2、3茬進行測定,共測定 6茬次。測定指標主要有光合參數(shù)及環(huán)境因子、葉片性狀及產(chǎn)量等。

1.3.1光合參數(shù)及環(huán)境因子 采用LI-6400便攜式光合作用測定系統(tǒng)（美國,LI-COR公司生產(chǎn)）,在各茬初花期（2008年5月19日、7月11日、8月19日）分別選擇不同品種（系）生長健康、長勢一致的同一葉位復葉（從頂部向下第1片完全展開葉）的中間小葉測定其光合日變化,重復5次,每天8：00-18：00每隔2 h測定1次。測定指標包括葉片凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（T r）、光合有效輻射（PAR）、氣溫（Ta）、濕度（RH）、大氣CO2濃度（Ca）和胞間CO2濃度（Ci）。葉片瞬時水分利用效率（WUE）、光能利用效率（LUE）和氣孔限制值（Ls）,計算公式分別為：

村口的老樟樹就這樣每天早上看著麻糍用雙手雙腳推著獨輪車帶著小羽出村，每天傍晚看著小羽一人進村。麻糍一般是晚上八點左右才會回來，那個時候的天空不是已經(jīng)黑得像被潑了墨，就是星星點點的圖畫了。

1.3.2葉部性狀指標 每樣方中分別取10個代表性的植株并從每株中選取一枝具有代表性的單枝,測定其每1茬初花期的單枝鮮質量、復葉總數(shù)、三葉數(shù)、多葉數(shù)、小葉總數(shù)等,同時統(tǒng)計田間枝條密度（枝/m2）。枝條密度統(tǒng)計每品種每茬1 m長的1行枝條數(shù),重復3次,根據(jù)行距計算。最后計算多葉數(shù)量百分率（多葉率）、復葉平均小葉數(shù)等。

多葉率=（單枝多葉復葉數(shù)/復葉總數(shù)）×100%[21]；

復葉平均小葉數(shù)=單枝小葉總數(shù)/單枝復葉總數(shù)。

1.3.3產(chǎn)量 每個樣方選取代表性子樣方1 m2,齊地刈割,稱其鮮質量后,隨機抽取200 g左右鮮草,莖 、葉分離,于105 ℃下殺青 30 min、65 ℃烘干至恒質量,稱其干質量,計算鮮干比、總干生物量。根據(jù)總干生物量換算成各品種干草產(chǎn)量（kg/hm2）。

鮮干比=取樣鮮質量/取樣干質量；總干生物量（g）=鮮質量/鮮干比。

1.4 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)在MS office Excel 2007下完成整理,方差分析采用SAS8.0的GMP過程,兩類葉型苜蓿間采用單一自由度的獨立比較。

2 結果與分析

2.1 多葉品系初花期的多葉性狀指標多葉性狀是多葉型苜蓿的代表性狀。通過對2008年3個多葉品系的6個與多葉有關性狀的分析（表2）,可以發(fā)現(xiàn)各茬次之間多葉率并不穩(wěn)定。3個多葉品系均表現(xiàn)為小葉數(shù)較多的多出復葉出現(xiàn)的頻率較低,即四葉的發(fā)生率最大,而五葉、六葉、七葉以及七葉以上多葉率逐步遞減。3個多葉品系之間四葉率和五葉率均表現(xiàn)為DYF1全能最低,而六葉率和七葉及七葉以上的多葉率以DYF1衛(wèi)士最低,但品系間差異均不顯著。2008年測定前3茬復葉平均小葉數(shù)和多葉率均值排序均為DYF1牧歌＞DYF1衛(wèi)士＞DYF1全能,品種間差異亦不顯著（P＞0.05）。

表2 2008年3個多葉型苜蓿初花期的多葉性狀指標分析

2.2 各茬初花期環(huán)境因子日變化外界環(huán)境因子的變化影響著植物光合、蒸騰等各種生理指標的變化,使光合與蒸騰作用呈現(xiàn)出復雜的日變化規(guī)律。由圖1可知,PAR和Ta的日變化都呈先上升后下降的單峰曲線,第1茬和第2茬PAR在12：00達到峰值,此時PAR值分別為1 799.5和 1 600.6 μ mol/（m2·s）,第3 茬 PAR 在10：00達到峰值,為 1 288.1 μ mol/（m2·s）；而 Ta第1茬在16：00達到峰值,為35.02℃,第 2茬在14：00達到峰值,為39.77 ℃,第3茬在 12：00達到峰值,為37.32℃。RH和Ca各茬之間的變化沒有規(guī)律性。但是同茬之間RH和Ca的日變化規(guī)律相同。

2.3 兩類葉型紫花苜蓿Pn、Tr、Ci、Gs、LUE、WUE和Ls日均值比較

圖1 各茬初花期光合有效輻射、氣溫、濕度和CO2濃度日變化

表3 兩類葉型苜蓿品種第1茬光合及蒸騰特征指標日均值的差異顯著性分析

表4 兩類葉型苜蓿第2茬光合及蒸騰特征指標日均值的差異顯著性分析

2.3.1第1茬 水分利用效率表征植物經(jīng)濟用水的能力,LUE表征植物利用光能的能力,環(huán)境因素對其的影響很大。由表4可知,第1茬初花期DYF1牧歌、DYF1衛(wèi)士、DYF1全能 3個多葉品種的Pn、LUE和Tr值均顯著或極顯著高于其他3個三葉型紫花苜蓿品種,而WUE極顯著低于3個三葉型品種（P＜0.01）,說明第1茬初花期這3個多葉型品系屬于高Pn、高LUE、高Tr、低WUE；而3個三葉型紫花苜蓿品種鎮(zhèn)原苜蓿、陜北苜蓿和牧歌 401均屬于低 Pn、低 LUE、低 Tr、高WUE。6個苜蓿品種按 Pn的大小排序依次為DYF1衛(wèi)士＞DYF1牧歌＞牧歌401＞DYF1全能＞鎮(zhèn)原苜蓿＞陜北苜蓿；Tr的大小排序依次為DYF1衛(wèi)士＞DYF1牧歌＞DYF1全能＞鎮(zhèn)原苜蓿＞牧歌401＞陜北苜蓿；3個多葉型紫花苜蓿的Ci極顯著高于3個三葉型紫花苜蓿（P＜0.01）；LUE的大小順序依次為DYF1牧歌=DYF1衛(wèi)士＞牧歌401＞DYF1全能＞鎮(zhèn)原苜蓿＞陜北苜蓿,3個多葉型品種顯著高于3個三葉型品種（P＜0.05）；WUE的大小排序依次為陜北苜蓿＞牧歌 401＞鎮(zhèn)原苜蓿＞DYF1牧歌＞DYF1衛(wèi)士＞DYF1全能；而Ls則為3個三葉型品種極顯著高于3個多葉型品種（P＜0.01）。

2.3.2第2茬 第2茬不同葉型紫花苜蓿之間比較,總體上Tr、Ci均為多葉型極顯著低于三葉型（P＜0.01）,WUE和Ls均為多葉型極顯著高于三葉型（P＜0.01）。但不同品種之間進行比較分析發(fā)現(xiàn),DYF1牧歌的T r最高,DYF1全能的Ls偏低。不同品種間顯著性測驗表明各影響因素在不同品種間差異均為極顯著（P＜0.01）。DYF1牧歌的 Pn、LUE和T r最高,WUE偏低；DYF1衛(wèi)士和DYF1全能的T r較低,LUE和WUE較高,因而DYF1牧歌屬于高Pn、高 LUE、高 Tr、低WUE,而DYF1衛(wèi)士和DYF1全能屬于低 T r、高WUE。3個三葉型紫花苜蓿品種鎮(zhèn)原苜蓿、陜北苜蓿和牧歌401均屬于高 Tr、低WUE（表5）。

2.3.3第3茬 第3茬初花期的不同葉型紫花苜蓿之間比較,總體上看Pn、WUE和Ls均為多葉型極顯著高于三葉型（P＜0.01）,Ci為多葉型極顯著低于三葉型（P＜0.01）。但不同品種之間進行比較分析發(fā)現(xiàn),DYF1全能的Ci比牧歌401略高,DYF1衛(wèi)士的WUE比鎮(zhèn)原苜蓿和牧歌401略低。不同品種間顯著性測驗表明,除了LUE各品種間為顯著（P＜0.05）外,其余因素各品種間差異均為極顯著（P＜0.01）。3個多葉型紫花苜蓿均屬于高Pn、高LUE、高WUE。而3個三葉型紫花苜蓿品種均屬于低Pn、低 LUE和低 WUE（表 6）。

2.4 兩類葉型紫花苜蓿各茬產(chǎn)草量和3茬總產(chǎn)草量比較綜合2008年各品種（系）紫花苜蓿的各茬數(shù)據(jù),通過方差分析和單一自由度的獨立比較分析發(fā)現(xiàn)（表3）,多葉型和三葉型紫花苜蓿類型間以及各品種間第1茬干草產(chǎn)量差異均不顯著（P＞0.05）,而其余各茬以及3茬總產(chǎn)草量均為多葉型顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）高于2個國內(nèi)三葉型紫花苜蓿品種。三葉型品種牧歌401在第2茬和第3茬干草產(chǎn)量中與多葉型品系DYF1衛(wèi)士和DYF1全能差異不顯著（P＞0.05）,在第3茬中與DYF1衛(wèi)士差異不顯著,但在第2、3茬以及3茬干草總產(chǎn)均顯著（P＜0.05）低于以其作為母本篩選出的子代多葉型品系DYF1牧歌。6個品種3茬總量的順序為DYF1牧歌＞牧歌401＞DYF1全能＞DYF1衛(wèi)士＞陜北苜蓿＞鎮(zhèn)原苜蓿。

表6 2008年多葉型和三葉型苜蓿干草產(chǎn)量的比較 kg/hm2

3 討論

3.1 環(huán)境因素對紫花苜蓿產(chǎn)量的影響環(huán)境因素對植物光合的影響很大[22]。苜蓿生長期間每茬的PAR與Ta差異很大,PAR隨著茬數(shù)的增加而降低,Ta為第2茬＞第3茬＞第1茬,而各茬Ca的日變化趨勢與其對應茬次的RH變化趨勢相同,因此導致各苜蓿品種（系）的Pn、T r等各項指標日變化發(fā)生改變。3茬中Pn呈先降后升的趨勢,Tr逐茬降低,而 LUE、WUE和 Ls均為逐茬升高。多葉型與三葉型苜蓿不同品種的Pn 、T r、Ci、LUE、WUE 和 Ls 在不同茬次的差異均達到顯著水平（P＜0.05）,這與陳托兄等[23]對三葉型苜蓿研究的結論相同。Bingham[8]研究表明,多葉型紫花苜蓿產(chǎn)量高于三葉型苜蓿。苜蓿產(chǎn)量受品種和環(huán)境因素的共同作用,在相同生長環(huán)境下的產(chǎn)量差異完全由品種生長特性差異而致,本試驗只對年生長周期內(nèi)不同生長季節(jié)的不同葉型品種的差異進行了分析,苜蓿兩類葉型間的產(chǎn)量差異還需進一步在多種生態(tài)條件下進行驗證。

3.2Pn、Tr、LUE和WUE等對紫花苜蓿產(chǎn)量的影響影響苜蓿的產(chǎn)量的光合指標眾多,普遍認為高 Pn、高 LUE、高 WUE[24]、低 T r的作物產(chǎn)量相對較高[25-26]。第1茬多葉型紫花苜蓿品系除DYF1衛(wèi)士產(chǎn)量較低外,其他2個多葉型品系產(chǎn)量高于鎮(zhèn)原苜蓿和陜北苜蓿。而DYF1衛(wèi)士產(chǎn)量低可能由于其T r高且WUE低。第2、3茬及年產(chǎn)量均為多葉型苜蓿產(chǎn)量極顯著高于三葉型苜蓿（P＜0.01）。第2茬生長處于高溫季節(jié),在7月份測定。DYF1衛(wèi)士和DYF1全能雖然Pn低,但低Tr和高WUE可能是促使其產(chǎn)量高的原因。而三葉型品種可能由于Pn低、WUE和LUE低而T r高,導致低產(chǎn)；第3茬在8月中旬測定,為降雨期。3個多葉型紫花苜蓿均屬于高Pn、高LUE和高WUE。而鎮(zhèn)原苜蓿和陜北苜蓿這2個三葉型紫花苜蓿品種均屬于低 Pn、低 LUE和低WUE。牧歌401的各項指標均處于多葉型與三葉型紫花苜蓿之間,因此牧歌401的產(chǎn)量高于其他三葉型苜蓿品種。平均年產(chǎn)量中牧歌401產(chǎn)量雖高于DYF1衛(wèi)士和DYF1全能,但是仍然低于以其作為母本篩選出的后代多葉型品系DYF1牧歌。在進行苜蓿品種選育時,應結合Pn、WUE和LUE及Tr等光合指標,以獲得高產(chǎn)品種。

3.3LUE對紫花苜蓿產(chǎn)量的影響LUE是表征植物固定太陽能效率的指標,反映植物通過光合作用將所截獲或吸收的能量轉化為有機干物質的效率,是植物光合作用的重要概念[27]。綜合分析兩類葉型苜蓿各茬LUE,除第1茬DYF1衛(wèi)士、第2茬陜北苜蓿和第3茬的DYF1牧歌可能是由于高 Tr、低WUE和高Ls共同作用導致產(chǎn)量低,其余各品種均表現(xiàn)為LUE大的品種（系）產(chǎn)量相對較高。

4 結論

4.1本試驗證明3個多葉型苜蓿品系中小葉片數(shù)越多的多出復葉出現(xiàn)頻率越低,但茬次間隨著氣溫及日照的變化,供試的3個多葉品種（系）多葉率并未表現(xiàn)出規(guī)律性,品種間差異不顯著。

4.2通過對測定2008年前3茬的產(chǎn)量數(shù)據(jù)分析可知,兩類葉型苜蓿間第1茬干草產(chǎn)量差異并不顯著,但是第2、3茬以及3茬總干草產(chǎn)量均為多葉型極顯著高于三葉型（P＜0.01）。

4.3分析3個多葉型與3個三葉型紫花苜蓿品種3茬初花期的光合特征指標,多葉型紫花苜蓿的第1、3茬Pn均高于三葉型品種,而第2茬兩類葉型的品種間不顯著；Ci第1茬高于三葉型品種（P＜0.01）,而第2、3茬低于三葉型品種（P＜0.01）；WUE和Ls均為第1茬低于三葉型品種（P＜0.01）,而第2、3茬高于三葉型品種（P＜0.01）；LUE第1茬高于三葉型品種（P＜0.05）,其余茬次不顯著；T r第1茬顯著高于三葉型品種（P＜0.01）,第2茬顯著低于三葉型品種（P＜0.01）,而第3茬不顯著。

4.4對兩類葉型紫花苜蓿品種（系）的各茬 Pn、LUE、Tr等指標及年產(chǎn)草量的綜合分析表明,多葉型紫花苜蓿品系的光能利用效率較高,具有較強的光合能力和高產(chǎn)優(yōu)勢。可通過對多葉性狀的定向選擇,選育多葉型苜蓿品種,進行苜蓿品種改良,促進高產(chǎn)優(yōu)質牧草生產(chǎn)。

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