張 鵬，徐長(zhǎng)林，張建文，楊海磊，肖 紅，柴錦隆，魚(yú)小軍

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070)

扁蓿豆(Medicagoruthenica)，別名花苜蓿、王國(guó)葫蘆巴、扁豆子、扁豆草、野苜蓿等，屬于多年生豆科牧草，是典型草原、草甸草原、高山草原中的常見(jiàn)伴生植物[1-2]，廣泛分布在我國(guó)北方地區(qū)，其適口性好并且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，且不含皂素，即使在家畜采食過(guò)量時(shí)也不會(huì)發(fā)生臌脹病[3]，是一種良好的蛋白質(zhì)飼草。扁蓿豆也是一種耐寒性強(qiáng)、抗干旱、耐貧瘠、耐鹽堿的牧草，且在黑鈣土、栗鈣土和中度鹽堿土上均能較好生長(zhǎng)的多年生軸根牧草，特別是在紫花苜蓿(M.sativa)不能越冬生長(zhǎng)的寒冷地區(qū)以及相對(duì)較干旱地區(qū)，扁蓿豆都能夠較良好生長(zhǎng)[4]。此外，扁蓿豆種質(zhì)內(nèi)具有較高的遺傳多樣性，具有選育和馴化栽培牧草的潛力[5-6]，這對(duì)于在寒旱區(qū)栽培種植來(lái)說(shuō)是極其有利的。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于扁蓿豆的研究主要集中于種子萌發(fā)、抗旱性及遺傳多樣性等方面[7]，關(guān)于在寒旱區(qū)農(nóng)藝性狀的相關(guān)研究較少，特別是種植牧草品種單一、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值低、生產(chǎn)利用轉(zhuǎn)化率低的高寒牧區(qū)。因此，本研究通過(guò)分析種植于天祝高寒牧區(qū)23份扁蓿豆種質(zhì)的表現(xiàn)，測(cè)定扁蓿豆的形態(tài)學(xué)和營(yíng)養(yǎng)兩方面的指標(biāo)，采用灰色關(guān)聯(lián)分析和聚類分析進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，篩選出適宜當(dāng)?shù)胤N植的扁蓿豆種質(zhì)，并為該地區(qū)扁蓿豆的栽培種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試23份扁蓿豆種質(zhì)來(lái)自甘肅、陜西及國(guó)家牧草種質(zhì)資源中期庫(kù)(表1)。

1.2 試驗(yàn)地概況

該研究地設(shè)在青藏高原東北緣的甘肅省天祝藏族自治縣甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)天祝高山草原試驗(yàn)站，地理坐標(biāo)35°33′ N，107°49′ E，海拔2 960 m，當(dāng)?shù)貧夂蚝涑睗?、空氣稀薄、白天太?yáng)輻射強(qiáng)、夜晚和白天的溫差大。年均溫為-0.1 ℃，1月均溫-18.3 ℃，7月均溫12.7 ℃，水熱同期，年日照時(shí)數(shù)2 600 h；年降水量416 mm，多為地形雨，集中于7-9月，年蒸發(fā)量1 592 mm。無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期，僅分冷、熱兩季。土壤以亞高山草甸土、亞高山黑鈣土等為主，試驗(yàn)地的土壤pH為7.0～8.2，土層厚約40～80 cm，有機(jī)質(zhì)含量10%～16%[8]。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

所有參試種質(zhì)在2015年5月1日進(jìn)行播種，播種量為12 kg·hm-2。小區(qū)面積為3 m×5 m，3次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組排列。前茬為燕麥(Avenasativa)，播種前對(duì)試驗(yàn)地進(jìn)行翻耕，播種深度1～2 cm。每年人工拔除雜草2次。

1.4 測(cè)定內(nèi)容與方法

于2016年10月5日進(jìn)行刈割測(cè)產(chǎn)試驗(yàn)，共測(cè)定23份扁蓿豆種質(zhì)的9項(xiàng)形態(tài)學(xué)指標(biāo)(自然株高、絕對(duì)株高、莖葉比、直立性、根頸粗、根頸芽、分枝數(shù)、單株產(chǎn)量、單株地下生物量)[9-10]和3項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)(粗蛋白、酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維)。

自然株高：測(cè)量從地表到植株最高點(diǎn)的垂直高度，所選小區(qū)隨機(jī)取10株，求平均值。絕對(duì)高度：測(cè)量從地表面到植株最高點(diǎn)的拉直長(zhǎng)度，所選小區(qū)隨機(jī)取10株，求平均值。直立性：用植株自然高度與絕對(duì)高度的比值來(lái)表示直立性,比值大，表示直立性好。單株產(chǎn)量：所選小區(qū)隨機(jī)取10株，測(cè)得莖重與葉(含花序、種子)重之和。莖葉比：所選小區(qū)隨機(jī)取10株，將莖、葉(含花序、種子)分開(kāi)，烘干后分別稱重，計(jì)算葉重與莖重的比值。地下生物量：所選小區(qū)隨機(jī)取10株，測(cè)量其完整根的重量。根頸粗：所選小區(qū)隨機(jī)取10株，用游標(biāo)卡尺測(cè)量其根頸膨大處為直徑，最后分別求其平均值。根頸芽：所選小區(qū)隨機(jī)取10株，記錄其根頸芽，求平均值。分枝數(shù)：所選小區(qū)隨機(jī)取10株，數(shù)其分枝數(shù)，求平均值。上述指標(biāo)均做3次重復(fù)。粗蛋白(CP)用凱氏定氮法，酸性洗滌纖維(ADF)、中性洗滌纖維(NDF)用范氏洗滌法進(jìn)行測(cè)定[11-12]。

表1 供試的23份扁蓿豆種質(zhì)及來(lái)源Table 1 23 germplasms of Medicago ruthenica and their sources

續(xù)表1

采集地或種質(zhì)名稱Collecting or introduce site生境Habit地理坐標(biāo)Geographical coordinate海拔Elevation/m年降水量Annual precipitation/mm甘肅景泰Jintai, Gansu地埂、路邊Terrace edge, roadside不詳U(kuò)nknown不詳U(kuò)nknown182.4CF021284(中畜545,Zhongxu 545)國(guó)家草種質(zhì)資源中期庫(kù)National grass mid germplasm repositoryCF021289(NM63-079)國(guó)家草種質(zhì)資源中期庫(kù)National grass mid germplasm repositoryCF021291(Q8508)國(guó)家草種質(zhì)資源中期庫(kù)National grass mid germplasm repositoryCF021294(中畜812,Zhongxu 812)國(guó)家草種質(zhì)資源中期庫(kù)National grass mid germplasm repository

1.5 分析方法及原理

將參試扁蓿豆種質(zhì)看成一個(gè)灰色系統(tǒng)，而每個(gè)參試種為該系統(tǒng)中的一個(gè)因素，分析該灰色系統(tǒng)中各因素的關(guān)聯(lián)程度即關(guān)聯(lián)度。對(duì)自然高度、絕對(duì)高度、莖葉比、直立性、根頸芽、根頸粗、地下生物量、單株產(chǎn)量、NDF、ADF、CP的測(cè)定結(jié)果運(yùn)用該方法進(jìn)行綜合分析：首先根據(jù)參試種質(zhì)的測(cè)定指標(biāo)假定一個(gè)扁蓿豆種質(zhì)的理想材料X0，將假定理想材料X0的各項(xiàng)指標(biāo)作為假定數(shù)列，每份種質(zhì)的測(cè)定指標(biāo)值作為比較數(shù)列Xi，計(jì)算得出扁蓿豆種質(zhì)的各測(cè)定項(xiàng)目同假定材料相應(yīng)指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)度，最后根據(jù)所求關(guān)聯(lián)度值評(píng)定所有參試種質(zhì)，判定所有扁蓿豆參試種質(zhì)與理想種質(zhì)的相近程度，即在該地農(nóng)藝性狀表現(xiàn)最佳的種質(zhì)。設(shè)假定數(shù)列為X0，扁蓿豆種質(zhì)的比較數(shù)列為Xi，i=1，2，3，……，N，且X0={X0(1)，X0(2)，X0(3)，……，X0(N)}，Xi={Xi(1)，Xi(2)，Xi(3)，……，Xi(N)}，則稱εi(k)為X0與Xi在第k點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)：

式中：Δi(k)表示X0數(shù)列與Xi數(shù)列在第k點(diǎn)的絕對(duì)差值，記作：

Δi(k)=|X0(k)-Xi(k)|。

等權(quán)關(guān)聯(lián)度為

式中：n為樣本數(shù)。

權(quán)重系數(shù)公式為

加權(quán)關(guān)聯(lián)度公式為

1.6 數(shù)據(jù)處理

將試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)利用Microsoft Excel 2010進(jìn)行整理與計(jì)算，并用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同扁蓿豆種質(zhì)的根頸芽、根頸粗、分枝數(shù)

蒙99-10扁蓿豆種質(zhì)根頸芽最多，為27.1；其次是蒙99-102(20.7)與中畜545(16.0)；根頸芽最少的有渭源(8.5)、夏河(8.2)，均與蒙99-10扁蓿豆種質(zhì)間存在顯著差異(P<0.05)(表2)。中畜545和天水扁蓿豆種質(zhì)的根頸較粗，分別為5.65與5.63 mm，渭源扁蓿豆種質(zhì)的根頸粗值最小，僅為3.63 mm。分枝數(shù)較多的扁蓿豆種質(zhì)是中畜545和會(huì)寧，其次是永昌-1、土默特，這兩者之間差異不顯著(P>0.05)，但顯著高于渭源和景泰(P<0.05)。

2.2 不同扁蓿豆種質(zhì)的絕對(duì)高度、自然高度、直立性

景泰扁蓿豆種質(zhì)的自然高度最高，為27.70 cm，會(huì)寧扁蓿豆種質(zhì)的植株自然高度最低，為6.00 cm，兩者差異顯著(P<0.05)；蒙99-102的絕對(duì)高度最高，為47.4 cm，最低的是會(huì)寧(18.5 cm)，兩者差異顯著(P<0.05)(表3)。景泰的直立性最好，其自然高度與絕對(duì)高度的比值為0.70，中畜545與NM63-079的直立性最差，其比值分別為0.27、0.26。

2.3 不同扁蓿豆種質(zhì)的莖葉比、單株產(chǎn)量、地下生物量

中畜545扁蓿豆種質(zhì)的單株產(chǎn)量最高，為2.57 g，渭源最低，為0.62 g，兩者顯著差異(P<0.05)。單株的地下生物量較高的是蒙99-10(1.32 g)、中畜545(1.32 g)、鎮(zhèn)原(1.31 g)，三者差異不顯著(P>0.05)，但顯著高于渭源(0.52 g)(P<0.05)(表4)；在莖葉比指標(biāo)中，會(huì)寧扁蓿豆種質(zhì)的最優(yōu)，其次為天水，NM63-079最差。

表2 不同扁蓿豆種質(zhì)的根頸芽、根頸粗、分枝數(shù)Table 2 Number of overwintering buds, rhizome thickness, and branch numbers of different M. ruthenica germplasms

同列不同小寫(xiě)字母表示各材料間差異顯著(P<0.05)。下同。

Different lowercase letters within the same column indicate significant difference at the 0.05 level; similarly for the following tables.

表3 不同扁蓿豆種質(zhì)的絕對(duì)高度、自然高度、直立性Table 3 Absolute height, natural height, and erectness of different M. ruthenica germplasms

表4 不同扁蓿豆種質(zhì)的莖葉比、單株產(chǎn)量、地下生物量Table 4 Stem-leaf ratio, yield per plant, and underground biomass of different M. ruthenica germplasms

2.4 不同扁蓿豆種質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)

粗蛋白含量較高的扁蓿豆種質(zhì)是會(huì)寧和永昌-2，兩者都近似為15.8%，最低的是Q8508，為10.0%(表5)。酸性洗滌纖維含量，最低的種質(zhì)是會(huì)寧，為21.2%，最高的是土默特，為35.2%。中性洗滌纖維含量最低的種質(zhì)是會(huì)寧，為26.8%，榆中的含量最高，為43.1%。綜上，會(huì)寧扁蓿豆種質(zhì)在營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)方面均優(yōu)于其它種質(zhì)(P<0.05)。

2.5 不同扁蓿豆種質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)及聚類

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)理論，對(duì)參試扁蓿豆種質(zhì)的11項(xiàng)指標(biāo)(自然高度、絕對(duì)高度、莖葉比、直立性、根頸芽、根頸粗、地下生物量、單株產(chǎn)量、NDF、ADF、CP)進(jìn)行綜合分析，計(jì)算等權(quán)關(guān)聯(lián)度與加權(quán)關(guān)聯(lián)度(表6)。綜合分析得知，排名前三的分別是蒙99-10、中畜545和寧縣，且其等權(quán)關(guān)聯(lián)度值和加權(quán)關(guān)聯(lián)度值的排名次序一致，即蒙99-10>中畜545>寧縣；另外在排名中渭源扁蓿豆種質(zhì)排名22，Q8508扁蓿豆種質(zhì)排名23。

當(dāng)歐式距離為5時(shí)，23份扁蓿豆種質(zhì)可分為4大類群：蒙99-10、中畜545、寧縣、中畜812、天水種質(zhì)聚為第Ⅰ類；景泰、會(huì)寧、鎮(zhèn)原、蒙99-102和永昌-1種質(zhì)聚為第Ⅱ類；第Ⅲ類扁蓿豆種質(zhì)即為榆中、永昌-2、隴西、自選8號(hào)、天祝、土默特、臨夏；B-509、夏河、NM63-079、隴縣、渭源、Q8508剩余的這6份扁蓿豆種質(zhì)聚為第Ⅳ類(圖1)。

表5 不同扁蓿豆種質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)Table 5 Nutritional value of different M. ruthenica germplasms %

表6 不同扁蓿豆種質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)Table 6 Comprehensive evaluation of different M. ruthenica germplasms

3 討論

牧草高產(chǎn)的3個(gè)主要性狀指標(biāo)有株高、莖粗、復(fù)葉數(shù)。株高是反映苜蓿生長(zhǎng)發(fā)育狀況和產(chǎn)量活力的重要指標(biāo)[20]，在一定程度上自然高度與絕對(duì)高度的比值能夠代表該種質(zhì)的直立性，比值越大說(shuō)明植物的直立性越好，具有抗倒伏性強(qiáng)的優(yōu)良特性；比值越小，表明植株的直立性差、易倒伏，葉片易感病，不利于作物再生，且在作物收割的過(guò)程中葉片容易脫落，增加不必要的損失，最終使得作物的品質(zhì)變差[21]。徐成體和李玉玲[22]研究表明,成熟期扁蓿豆在青海省西寧地區(qū)的自然高度為37.2～85.7 cm，但在本研究中，這兩項(xiàng)指標(biāo)與前人研究結(jié)果相差較大，這可能與種植區(qū)氣候條件有關(guān)，高寒干旱的環(huán)境條件成為限制植物生長(zhǎng)的重要因素。

根頸粗在一定程度上體現(xiàn)植物成長(zhǎng)的健康狀況，同時(shí)與其他性狀之間有密切的關(guān)系，因此也是形態(tài)指標(biāo)中重要的一項(xiàng)內(nèi)容。本研究中，中畜545和天水扁蓿豆種質(zhì)的根頸粗值最大，渭源的根頸粗值最小。根頸芽的多少在一定程度上可以表明植物第2年的再生能力[23]，根頸芽越多，其再生能力相對(duì)越強(qiáng)；在分枝數(shù)增加的同時(shí)，葉片總數(shù)量和葉總面積越大，越有利于地上生物量的積累。本研究中，蒙99-10的根頸芽最多，其地下生物量也在測(cè)定種質(zhì)中位居第一位；中畜545的分枝數(shù)最多。在單株產(chǎn)量方面，中畜545表現(xiàn)最佳，蒙99-10和蒙99-102在單株產(chǎn)量中也表現(xiàn)良好。綜上，在根頸粗、分枝數(shù)以及單株產(chǎn)量的指標(biāo)中，中畜545在所有參試種質(zhì)當(dāng)中表現(xiàn)出了最佳的農(nóng)藝性狀。

飼草的NDF和ADF增加，則家畜的消化率下降，因此NDF和ADF的測(cè)定數(shù)值越小，牧草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越好[24]。在本研究中，會(huì)寧扁蓿豆種質(zhì)的NDF和ADF值都低于其他參試種質(zhì)的值。有研究表明，苜蓿初花期至盛花期的粗蛋白含量一般在17%～20%，高蛋白苜蓿品種開(kāi)花初期的粗蛋白含量達(dá)22%(以干物質(zhì)基礎(chǔ)計(jì))，且紫花苜蓿的粗蛋白主要分布于葉中[25]。在本研究中，扁蓿豆干草的粗蛋白含量范圍在10.0%～15.8%，其中會(huì)寧扁蓿豆種質(zhì)的粗蛋白含量最高，其次是永昌-2，由于本研究在盛花期測(cè)量，所以比初花期扁蓿豆粗蛋白的含量低(18.9%)[26]。此外，會(huì)寧扁蓿豆種質(zhì)的莖葉比最優(yōu)，其次為天水，NM63-079的莖葉比值最小，這種莖葉比的結(jié)果表現(xiàn)與營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)測(cè)定的結(jié)果一致。

圖1 23份扁蓿豆種質(zhì)的聚類分析Fig. 1 Cluster analysis based on 23 tested Medicago ruthenica germplasms

此外，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析與聚類分析[27-28]，對(duì)所有參試種進(jìn)行比較全面的綜合評(píng)價(jià)：蒙99-10和中畜545扁蓿豆種質(zhì)綜合排名分別居第一、二位，寧縣種質(zhì)扁蓿豆排名第三，渭源和Q8508扁蓿豆種質(zhì)排在最后，兩種關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)的結(jié)果基本一致；在對(duì)參試種質(zhì)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析之后，依據(jù)加權(quán)關(guān)聯(lián)度值進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，表明23份扁蓿豆種質(zhì)分為4大類群：蒙99-10、中畜545、寧縣、中畜812、天水種質(zhì)聚為第Ⅰ類，其綜合表現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于其他參試種；景泰、會(huì)寧、鎮(zhèn)原、蒙99-102和永昌-1扁蓿豆種質(zhì)聚為第Ⅱ類，表現(xiàn)性相對(duì)良好；第Ⅲ類為榆中、永昌-2、隴西、自選8號(hào)、天祝、土默特、臨夏扁蓿豆種質(zhì)，表現(xiàn)性中等；剩余的6份扁蓿豆種質(zhì)為第Ⅳ類，表現(xiàn)最差。對(duì)所有參試種質(zhì)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析和聚類分析的結(jié)果，與農(nóng)藝性狀相對(duì)較好的5份扁蓿豆種質(zhì)在甘肅天祝高寒區(qū)的實(shí)際情況一致。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)23份參試扁蓿豆種質(zhì)農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合分析，得出蒙99-10和中畜545扁蓿豆種質(zhì)在天祝高寒區(qū)的綜合表現(xiàn)最佳，其次為寧縣種質(zhì)，可以在天祝高寒區(qū)作為優(yōu)質(zhì)牧草進(jìn)行栽培種植；而渭源和Q8508在所有參試種質(zhì)中表現(xiàn)最差，不宜栽培種植。