摘要：本研究選取59份來源不同的苜蓿種質種子為試材，分析不同種質問種子表型性狀的遺傳變異，基于數(shù)字圖像系統(tǒng)得出并分析其種子長、種子寬、長寬比、種子周長、種子形狀系數(shù)、百粒重和種子厚共7個種子形態(tài)指標，進而結合種子形態(tài)指標評估不同種質種子表型性狀的基因型方差分量、表型方差分量、基因型方差系數(shù)、表型方差系數(shù)、廣義遺傳力和遺傳增益。結果表明，59份苜蓿種質問的種子表型性狀均存在極顯著差異（P＜0．01），表型性狀的變異系數(shù)在1. 87% - 35. 18%之間。各種子表型性狀中，百粒重的表型方差系數(shù)（PCV）、基因型方差系數(shù)（GCV）值均最大，百粒重和種子厚的廣義遺傳力（H2b）分別位于第一和第二位。各表型性狀之間存在顯著相關性（P＜0.05）。通過聚類熱圖分析看出，當歐式距離為50時，59份苜蓿種質可分成三大類群。結合遺傳力和遺傳增益對59份苜蓿種質進行綜合評價，綜合性狀優(yōu)良種質的編號分別為712（WL712）、440（WLA40HQ）、5（維多利亞）、28、801（巨能801）、525（WL525HQ）和21（無棣苜蓿）。綜上，59份苜蓿種質種子具有豐富的遺傳多樣性。本研究結果可為苜蓿種質種子性狀改良、選種育種提供一定理論依據(jù)。

關鍵詞：苜蓿；種子性狀；表型變異；遺傳力；綜合評價

中圖分類號：S541.9 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024）10-0034-09

苜蓿（Medicago sativa L．）是全球廣泛栽培的豆科牧草，在我國主要分布于西北五省及西藏、內蒙古等地區(qū)，西南貴州海拔1 000 -1 800m的地區(qū)也有少量分布。紫花苜蓿、黃花苜蓿和雜交苜蓿等是幾種常見的苜蓿屬植物。紫花苜蓿（M. sativa）是多年生豆科牧草，具有分布廣、適應性強和經濟價值高等眾多優(yōu)點，被譽為“牧草之王”和“綠色黃金”。黃花苜蓿（M.falcata）是紫花苜蓿的近緣野生種，具有抗逆性強、營養(yǎng)品質高等特點，廣泛種植于自然條件較惡劣的地區(qū)。雜交苜蓿又名雜花苜蓿，是由紫花苜蓿、膠質苜蓿（M. glutinosa）和黃花苜蓿雜交產生的復合體，該物種攜帶有大量的遺傳變異基因，兼具親本的許多優(yōu)良性狀，是研究遺傳多樣性的優(yōu)良植物。苜蓿種子表型性狀多樣性是種質資源遺傳多樣性研究的重要組成部分，但以往對其的研究相對較少。

植物種子表型性狀作為重要的經濟性狀，是物種遺傳多樣性的重要基礎，而種子形態(tài)對生產中的產量獲得起到重要作用。種子性狀包括大小、質量等，在植物野生種源開發(fā)、選種育種等方面有廣泛的研究價值。種子與植物其他器官相比，具有形態(tài)更穩(wěn)定、易收集、儲存時間長等諸多優(yōu)點，此外，種子大小與幼苗發(fā)芽特性、生長速度、存活率以及植物發(fā)育過程密切相關，對種群更新和其環(huán)境適應性都有重要意義。李鴻雁等研究表明，不同生態(tài)型扁蓿豆種子性狀之間存在顯著差異，具有豐富的遺傳多樣性。陸忠杰等通過分析75份箭筈豌豆（Vicia sativa L．）種子形態(tài)遺傳多樣性，篩選出4個對遺傳改良具有重要意義的特殊種質。由此看出，對種子表型遺傳變異進行分析顯得尤為重要，關于種子形態(tài)研究已日益受到研究者的重視。WinFOLIA 2014是一種專門用于分析植物葉片和種子表型的數(shù)字圖像分析系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的人工測量法相比，該系統(tǒng)配置光學掃描儀，能夠產生沒有誤差的高分辨率數(shù)字圖像，進而更加精確地自動檢測并分析植物種子的多項表型性狀指標。Dong等利用該系統(tǒng)研究了537份箭箐豌豆種質種子的表型性狀，表明種質問的種子表型性狀存在顯著差異：楊正禹等以132份胡枝子屬種質種子為材料，基于數(shù)字圖像評估了胡枝子種子形態(tài)特征和基因型存在的顯著關聯(lián)性。

本研究以59份苜蓿種質種子為材料，基于數(shù)字圖像對種子形態(tài)特征進行多樣性分析，并評估分析59份苜蓿種質種子表型性狀的方差分量、遺傳力和遺傳增益，繼而對59份苜蓿種質進行綜合評價，以期為我國西南喀斯特山區(qū)選擇優(yōu)良基因型苜蓿種子用于生產和苜蓿種質遺傳改良研究提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試59份苜蓿種質種子，48份為中國農業(yè)科學院草原研究所國家牧草種質中期庫提供，剩余11份（1、2、3、4、5、343、366、440、525、712和801）為貴州眾志恒生態(tài)科技有限公司和北京正道種業(yè)科技有限公司提供（表1）。

1.2 試驗方法

本研究于2022年7月對54份紫花苜蓿種質種子、3份雜交苜蓿種質種子和2份黃花苜蓿種質種子進行分析，共測定7個種子性狀指標，分別為種子長（seed length）、種子寬（seed width）、長寬比（width to length ratio）、種子周長（perimeter）、種子形狀系數(shù)（forrn coe伍cient）、百粒重（100 -seed weight）和種子厚（seed thickness）。除種子百粒重為100粒種子重量外，其余性狀均為每份種質測量90粒種子，重復3次。掃描期間實驗室保持20℃和20%的相對濕度，以避免種子形態(tài)發(fā)生顯著變化。

使用光學平板掃描儀（V800 PHOTO，Epson，日本）對每份種質種子進行掃描，獲得種子圖像，圖像分辨率為300 dpi，像素為1 024×1 024。之后使用數(shù)字圖像分析系統(tǒng)（WinFOLIA 2014，加拿大）對種子圖像進行分析，得到種子長、種子寬、長寬比、種子周長、種子形狀系數(shù)。使用數(shù)顯游標卡尺（AIRAI SR44，精度0.01 mm，中國）測量種子厚。電子天平（Mettler Toledo-MS204S，精度0.000 0 g，瑞士）稱量種子百粒重。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2016對試驗數(shù)據(jù)進行整理，用Origin Pr0 2021軟件（OriginLab，美國）作圖，并使用Genstat 22nd軟件（VSN International，英國）進行方差齊性檢驗，并對種子性狀數(shù)據(jù)進行方差分析，基于單因素方差分析（One - WayANOVA）的最小顯著性檢驗（LSD）法得到性狀平均值（Mean）?；诰道肙riginPro 2021軟件的模式聚類分析，通過控制數(shù)據(jù)質量以圖像方式直觀展示本研究中59份種質種子表型數(shù)量性狀的差異變化情況，選用基于平方歐氏距離的最長距離法對59份種質種子表型性狀指標進行聚類分析。為了消除量綱對聚類關系的影響，種質種子性狀數(shù)據(jù)通過。值標準化后再進行聚類，其中，。值標準化計算公式如下：

x*=x- -x/σ。（1）

式中，x*為z值標準化后的數(shù)值，x為原數(shù)值，-x為樣本均值，σ為樣本標準差。

在GenStat 22nd軟件中使用基于殘差最大似然（residual maximum likelihood，REML）的混合線性模型進行方差分量分析，得到基因型方差分量（δ2g）和實驗誤差方差分量（δ2e）。表型方差系數(shù)（PCV）和基因型方差系數(shù)（GCV）通過從各自的方差分量得出的值計算。根據(jù)Johnson等的研究，表型方差分量（δ2p）、廣義遺傳力（H2b）、PCV和GCV的計算方式如下：

表型方差分量（8：）計算公式[19]：

δ2p=δ2g+δ2e/r。（2）

式中，r為重復次數(shù)。

廣義遺傳力（H2b）計算公式：

H2b（%）=δ2g/δ2p×100。（3）

表型方差系數(shù)（PCV）計算公式：

PCV（%）=根號下δ2p/Mean×100。（4）

式中，Mean代表種子某一表型性狀的平均值。

基因型方差系數(shù)（GCV）計算公式：

GCV（%）=根號下δ2g/Mean×100。（5）

式中，Mean代表種子某一表型性狀的平均值。

采用布雷金多性狀綜合評價法對種子表型性狀進行綜合評定，公式為：

式中，ai=Xij／Xjmax，Xij代表種子某一性狀的平均值，Xjmax代表種子某一性狀的最優(yōu)值。

遺傳增益ΔG計算公式：

ΔG（%）=H2b×S/Mea×100。（7）

式中，s為選擇差，為種質種子性狀的平均值與選擇群體性狀平均值的差值。

2 結果與分析

2.1 59份苜蓿種質種子表型性狀多樣性分析

59份苜蓿種質種子表型性狀的分析結果（表2）表明，各種質問的種子表型性狀均存在極顯著差異（P＜0.01）。除種子形狀系數(shù)、百粒重和種子厚外，其余種子表型性狀的變異系數(shù)（CV）均大于10%，種子長寬比的最大，為35. 18%，百粒重的最小，為1 .87%。

2.2 59份苜蓿種質種子表型性狀相關遺傳變異系數(shù)和廣義遺傳力評估

對59份苜蓿種質種子的基因型方差分量（δ2g）、表型方差分量（δ2p）、實驗誤差方差分量（δ2e）、表型方差系數(shù)（PCV）、基因型方差系數(shù)（GCV）和廣義遺傳力（H2b）的分析結果（表3）表明，PCV和GCV值分別在4.18% - 27. 66%和1.11% - 27.30%之間，各種子表型性狀中百粒重的PCV和GCV均最大。所有性狀中百粒重的H2b值最大，達99.87%；種子厚次之，為67.84%；種子長寬比的H2b值最小，為7.17%。

2.3 59份苜蓿種質種子表型性狀的聚類分析

通過聚類熱圖分析看出，當歐式距離為50時，59份苜蓿種質可分成三大類群（圖1）。其中，第1類群包括5份種質，編號為712、525、440、343和28，結合熱圖可以看出，該類群種質除種子長外，其余種子性狀值（種子周長、種子寬、長寬比、百粒重、種子厚和形狀系數(shù)）均大于其它類群，表明該類群種質主要特點為種子形態(tài)大、種子重量較重，綜合性狀好。第Ⅱ類群包含20份種質，該類群種質種子長和種子周長值較大，但種子寬和形狀系數(shù)均較小，表明該類群種質種子形態(tài)整體呈狹長特征，種子重量較輕。第Ⅲ類群包含34份種質，除編號為1、3這2份種質外，該類群其它種質的種子性狀值整體均低于I、Ⅱ類群，表明該類群種子較小、種子重量輕，綜合性狀較差。

2.4 59份苜蓿種質種子表型性狀的主成分分析及表型性狀的相關性

對59份種質的7個性狀進行主成分分析，結果（圖2）顯示，主成分1貢獻率為37.70%，主成分2貢獻率為30. 40%，累計達68. 10%。由圖3可見，種子周長與種子厚、種子寬、種子長呈極顯著正相關（P＜0.001，方向向量間角度＜90°），而與長寬比、百粒重呈顯著正相關（P＜0.05）。種子長與長寬比呈極顯著負相關（P＜0.001，方向向量間角度＞90°），與種子形狀系數(shù)也呈極顯著負相關（P＜0.01），與種子厚呈顯著正相關（P＜0.05）。種子寬分別與長寬比、種子厚和種子形狀系數(shù)呈極顯著或顯著正相關。種子長寬比與種子形狀系數(shù)呈極顯著正相關（P＜0.01）。在相關顯著的性狀中，種子寬和長寬比的正相關系數(shù)最大，為0. 82，而種子長與長寬比的負相關系數(shù)最小，為-0.59。

2.5 59份苜蓿種質種子遺傳增益分析及綜合評價

按5%的人選率評估各苜蓿種質種子表型性狀的遺傳增益（表4），種子周長遺傳增益入選的3份種質編號為712、5和28，種子長遺傳增益人選的3份種質編號為2、5和801，種子寬遺傳增益人選的3份種質編號為712、440和525，長寬比遺傳增益人選的3份種質編號為712、440和47，種子形狀系數(shù)遺傳增益人選的3份種質編號為801、712和1，百粒重遺傳增益人選的3份種質編號為801、21和5，種子厚遺傳增益人選的3份種質編號為43、801和5。人選種質種子性狀遺傳增益最高的種質為編號801的百粒重，達48.63%，而最低的為編號1的種子形狀系數(shù)，為0.25%。

采用布雷金多性狀綜合評價法，以種子長、種子寬、長寬比、種子周長、種子形狀系數(shù)、百粒重和種子厚這7個性狀為指標對各種質進行綜合評價，所得Qi值是多性狀綜合評價得分，其數(shù)值越大表示整體表現(xiàn)越好，結果（表5）顯示，編號712的Qi值最大，為2.381。利用Qi值，按照10%的人選率對種質進行選擇，編號為712、440、5、28、801、525的苜蓿種質人選，表明這6份種質的種子表型性狀整體表現(xiàn)優(yōu)良。

3 討論與結論

遺傳和變異是植物育種研究的重要內容，而遺傳變異的來源、特點和規(guī)律是進行種質改良和下一步育種的重要基礎。Chen等研究發(fā)現(xiàn)，種子大小與種子萌發(fā)時間有顯著相關性；李娘輝研究表明，大粒種子能提高出苗速度、出苗率，花芽分化增多，最終促使作物高產。因此種子形態(tài)性狀信息可以為品種選育提供重要信息依據(jù)。本研究結果表明，來自我國部分地區(qū)和美國、前蘇聯(lián)、意大利等國家的59份苜蓿種質的種子性狀均存在極顯著差異（P＜0.01），顯示這些種質問差異較大且種質內存有潛在可用的遺傳變異。不同來源的不同地理環(huán)境使得種子性狀變異差異明顯，可進一步進行優(yōu)良種質種子的選擇。

不同種質問存在的遺傳多樣性是選擇優(yōu)良基因型進行種質改良和育種的重要基礎，較高的廣義遺傳力（H2b）是作物種質改良及表型性狀育種過程中參考的重要指標。遺傳力指親本的某一性狀遺傳給子代能力的大小，能夠反映群體中根據(jù)表型值的優(yōu)劣選擇基因型值的可靠程度。本研究中，種子百粒重的H2b明顯高于其它種子表型性狀（＞90%），這表明相較其它種子表型性狀，種子百粒重遺傳性穩(wěn)定，受外界環(huán)境影響較小，在繁育過程中能夠穩(wěn)定遺傳優(yōu)良性狀。因此，百粒重可作為種質改良及品種選育的重要參考性狀。

種子表型性狀多為連鎖遺傳，因此在種子表型多樣性研究中，性狀之間的相關性分析十分重要。本試驗相關性分析結果表明，種子百粒重除與種子周長顯著相關外，與其它性狀的相關性均較低，表明苜蓿種子百粒重與種子大小、種子形狀可能為獨立遺傳，種子重量受種子大小和形態(tài)影響小。除百粒重外，其它種子表型性狀兩兩之間多呈顯著相關關系，表明種子生長發(fā)育過程中各性狀關聯(lián)緊密，用多指標測定評價種子表型性狀具有重要意義。

本研究中，通過聚類熱圖分析可將59份不同來源的苜蓿種質劃分為三大類。其中，第1類群種質的種子形態(tài)大、重量重、綜合性狀好，該類群種質除編號28的種質外全部為國外引進的育成品種，而28號野生種質種子較大，后期育種中可以優(yōu)先考慮應用。可見，通過引進國外優(yōu)良苜蓿品種并選取其優(yōu)良基因，是獲得優(yōu)質種源、縮短育種周期的重要途徑。第Ⅱ類群種質的種子形態(tài)整體呈狹長特征、形態(tài)較大，但除編號801的種質外其余種質種子重量較輕。第Ⅲ類群種質的種子較小、重量輕、綜合性狀差。大粒種子對提高幼苗抗性和作物產量具有十分重要的意義，在特定生長環(huán)境中植物種子大小對其幼苗的建植和存活具有顯著影響，較大的種子在幼苗階段能夠忍受外部環(huán)境改變引起的多種脅迫。在中國西南亞熱帶喀斯特山區(qū)，土壤石漠化程度較重，特殊的石灰?guī)r地質結構導致該地區(qū)牧草在生長早期易遭受酸鋁、鈣鹽等非生物脅迫，因此，該地區(qū)應盡可能地選育有利于牧草幼苗建植和存活的大粒種子苜蓿。

遺傳增益的大小受遺傳力的影響，而遺傳力和遺傳增益是衡量作物性狀變異特點及子代性狀受遺傳控制程度的指標。李肇鋒通過評估26份風藤種質種子表型性狀的遺傳增益，表明采用表型和遺傳增益相結合方法進行風藤遺傳改良選擇成效顯著，并篩選出一批性狀優(yōu)良的種子。本研究通過評估不同苜蓿種質種子表型性狀的遺傳增益及對種子性狀進行綜合評價，初步選出6個種子表型性狀較好的種質，其編號分別為712、440、5、28、801和525。此外，21號種質種子百粒重的遺傳增益明顯高于其它種質，也可專用于后期種質種子重量的遺傳改良。

本研究基于表型性狀評估了59份苜蓿種質種子的表型變異和遺傳變異參數(shù)。參試59份苜蓿種質種子表型性狀遺傳變異較大，7個表型數(shù)量性狀間具有廣泛的顯著相關性，各種質種子的表型性狀多樣性較豐富。通過聚類熱圖分析看出，當歐式距離為50時，59份苜蓿種質可分成三大類群。結合遺傳力和遺傳增益進行綜合評價，編號為712（WL712）、440（WIA40HQ）、5（維多利亞）、28、801（巨能801）、525（WL525HQ）、21（無棣苜蓿）的這7份種質種子的綜合性狀較好。本研究結果可為苜蓿種質種子性狀改良、選種育種提供一定參考。

基金項目：國家自然科學基金項目（32260340，32060391）；貴州省科技計劃項目（黔科合支撐[2021]一般155，黔科合平臺人才 [2021]5636號）；貴州省教育廳科技拔尖人才項目（黔教技[ 2022）076號）