紫花苜蓿多元杂交后代形态学特征及变异分析

摘要：以紫花苜蓿品种甘农3号，甘农5号和游客的亲本及其杂交后代作为试验材料，从形态学水平对苜蓿的遗传变异以及亲缘关系进行分析发现，株系间的变异十分丰富，叶面积和叶形指数变异水平最高，分别为31.30%和22.34%；相关性分析表明，节间数与主茎长呈显著正相关、与节间长呈极显著负相关；节间数、主茎长、节间长与叶形态指标没有表现出相关性，而叶形态6个指标大多数都表现出显著的相关性；主成分分析表明，形态学性状的主要变异来源于叶面积、叶长、叶周长、叶形指数。

关键词：苜蓿；形态学性状；变异

中图分类号：S 54文献标识码：A文章编号：10095500（2014）05002106

苜蓿为多年生优质豆科牧草，其产量高，营养丰富，适口性好，素有“饲料皇后”之美誉[1]。目前，在我国进行调整种植业结构、治理生态环境、发展畜牧业和丰富自然界生物多样性的过程中，苜蓿的作用和地位更显得日趋重要[2，3]。充分了解苜蓿的生长、形态特性是进行合理开发利用的前提[4]，但目前关于苜蓿形态特征多样性的报道较少，多集中在苜蓿生产性能和品质构成因子的分析和评价[5，6]、苜蓿引种[7，8]以及种子产量[9，10]、种子萌发[11，12]、根系发育等[13]方面的研究。利用苜蓿株系间农艺学、形态学特征的变异，不仅可以增加遗传变异的来源，而且可通过遗传、变异、杂交、筛选，培育出综合性状好，特色性强，有应用价值的新品种。通过应用形态学比较方法，对杂交亲本，杂种F1外部性状的遗传变异规律和相关关系进行研究，选择优良变异，以期为苜蓿种质资源的筛选和育种提供参考[14-16]。

1材料和方法

1.1材料来源

采用灌区直立丰产型甘农3号紫花苜蓿（Medicago sativa cv.Gannong No.3）、中度秋眠56级速生型游客紫花苜蓿和高秋眠89级速生型抗蚜甘农5号紫花苜蓿为亲本材料。2008年7月，种子以1∶1∶1的比例混合播种，行距80 cm，株距25～30 cm，2009年进行天然自由传粉杂交并收获F1代种子，2009年7月中旬种植当年收获的F1代种子，于2010年苜蓿初花期根据生长速度、株高、株型、产量、叶形、叶量、茎叶比和抗虫性等指标进行单株选择，筛选出135个优良单株，成熟后单独收取种子，2011年春季种植成株系行，根据优质、高产、速生的育种目标初选出29个株系和3个亲本作为试验材料。

试验在甘肃农业大学兰州牧草试验站进行，该站属温带半干旱大陆性气候，四季分明，气候温和干旱，光照充足。海拔1 517.3 m。年均降水量200～320 mm，年均日照时数2 474.4 h。

试验区总面积12 m×20 m，种植长度5.5 m，每个株系材料各种植2行，每个亲本材料各种植4行，行距50 cm，条播，播种量为15 kg/hm2，播种深度1.5～2.0 cm，2011年4月3日播种。田间管理包括间苗、中耕锄草、适时灌溉。2012～2013年观测各项指标。

1.2测定指标及方法

1.2.1主茎长度在初花期，每个株系随机选择10株，测定主茎从地表到第1个花序的茎节处的距离，3次重复，取平均值。

1.2.2节间数在初花期，每个株系随机选择10株，测定主茎长度内的茎节数目，3次重复，取平均值。

1.2.3节间长度在初花期，每个株系随机选择10株，测定植株主枝最长一节的长度，3次重复，取平均值[17]。

1.2.4叶指标在初花期，每个株系随机选择10株，每株都取主茎第1花序下成熟展开的叶片，再取三出复叶的中间小叶，用CI202型叶面积仪测定叶长、叶宽、叶面积、叶周长、叶长/叶宽和叶形指数，3次重复，取平均值[18]。

1.3数据统计方法

变异系数（CV）=（S/x）×100%

式中：S为株系内的标准差， x为每个株系n个个体的均值。

试验数据分别采用Excel 2007和SPSS 17.0软件进行分析。

2结果与分析

2.1形态学性状比较

主茎长反映了苜蓿的生长能力及生长习性，参试苜蓿株系中主茎长最高和最低的分别是白花1#（103.37 cm）和速生21#（71.40 cm），二者相差31.97 cm（表1）。主茎长大部分集中在84～100 cm。节间数最大的是甘农5#和白花3#（13.33个），最小的是速生7#（8.67个）。白花2#的节间长最长，为15.00 cm，速生21#和游客的节间长最小，为7.93 cm。32份苜蓿材料中叶面积最大的是大叶2#，为2.77 cm2，最小的是速生15#，仅为1.57 cm2。叶的长宽比体现了苜蓿形状的趋向，参试材料中，速生10#的叶长宽比最大，为2.69，最小的是甘农3#，为1.68。叶形指数表明叶性状与圆形接近的程度，参试苜蓿材料中杂交后代叶形指数在0.27～0.49，而亲本叶形指数在0.43～0.51，这表明亲本叶片趋向于椭圆形，而杂交后代的叶片趋向于细长形（表1）。

2.2形态学变异分析

2.2.1形态学变异

从32个苜蓿株系9个形态学性状变异系数的平均值可知（表2），甘农5#的总变异幅度最大，变异系数为20.11%，其次，大叶3#和速生16#，分别为19.69%和19.24%；总变异幅度最小的是直立1#，变异系数为10.31%。速生1#主茎长变异最小，变异系数为0.31%。研究观测了多个性状，各性状的变异幅度都不同，为了比较不同株系苜蓿形态学变异的大小，将不同苜蓿株系9个性状的变异系数取平均值作进一步分析，结果表明：叶面积和叶形指数的变异系数较高，构成了苜蓿形态学变异的主体。

表132个苜蓿形态特征

Table 1Morphological traits of 32 alfalfa germplasms

2.2.2形态学变异分析

试验分析表明，苜蓿株系内存在着丰富的遗传变异，为了进一步探明造成这些变异的主要原因，对测定的9个性状进行了主成分分析，从而获得这些性状的特征值，贡献率和累计贡献率。从第5主成分开始特征值都

第1主成分对叶面积、叶长、叶宽、叶周长、叶形指数5个性状指标都有较大的负荷系数。第2主成分因子负荷系数较大的是叶面积，叶宽和长宽比。第3主成分对节间数负荷系数最大，第4主成分对主茎长有较大的负荷系数（表4）。分析表明参试苜蓿材料形态学性状的主要变异来源于叶面积、叶长、叶周长、叶形指数。

表3苜蓿形态学性状相关矩阵的特征值、贡献率和累计贡献率

Table 3Eigen value of variance and cumulative of alfalfa germplasms

表4苜蓿形态学性状的主成分

Table 4Principal component analysis of the morphological

traits of alfalfa germplasms

2.3形态学性状相关性分析

不同株系苜蓿的变异统计是分析苜蓿遗传差异的一项简便而有效的方法，对9个形态学性状的均值进行了相关性分析。主茎长和节间数呈显著的相关性（表5），说明植株节间数越多的株系，植株越高。节间数与节间长呈极显著负相关，植株节间长越长，节间数越少。主茎长、节间数、节间长均与叶形态性状的指标无相关关系。叶面积与叶长、叶宽、叶周长均呈极显著的相关关系。叶长与叶宽、叶周长、长宽比呈极显著的相关关系，而与叶形指数呈极显著负相关。叶宽与叶周长呈极显著的相关关系，以上分析表明，苜蓿叶片越宽，其叶周长越大；叶片越长，其叶片越趋向于细长型。叶长/叶宽和叶型指数均与叶长成显著的相关关系，而与叶宽无相关性。

表5苜蓿形态学性状的相关性分析

Table 5Correlation analysis among the alfalfa morphological traits

3讨论与结论

利用形态学研究苜蓿的遗传多样性，对确定苜蓿种质资源的遗传现状、开发潜力和利用途径具有十分重要的意义[19，20]。利用CI202型叶面积仪对供试苜蓿的叶片叶长、叶宽、叶面积、叶周长、叶长/叶宽和叶形指数分别进行测量，从形态学水平对32个苜蓿株系的遗传变异以及亲缘关系进行分析发现，叶面积和叶形指数具有较高的变异水平。相关性分析表明，节间数与主茎长显著正相关、与节间长呈极显著负相关，上述指标与叶形态指标没有表现出相关性，而叶形态6个指标大多数都表现出显著的相关性；主成分分析表明，形态学性状的主要变异来源于叶面积、叶长、叶周长、叶形指数。

（1）主茎长最高和最低的分别是白花1#、速生21#；节间数最多的是甘农5#和白花3#，最小的是速生7#；节间长度最大的是白花2#、最小的是游客和速生21#。叶面积最大的是大叶2#，最小的是速生15#，速生10#的叶长宽比最大，甘农3#最小；速生11#叶形指数最小、甘农3号和速生9#最大。3个亲本的叶片趋向于椭圆形，而杂交后代的叶片趋向于细长形。

（2）甘农5#总变异幅度最大，总变异最小的是直立1#。从苜蓿株系9个性状的变异情况看出：叶面积和叶形指数的变异系数较高。

（3）对测定的9个性状进行的主成分分析表明，苜蓿形态学性状的主要变异来源于叶面积、叶长、叶周长、叶形指数。

（4）对9个形态学性状进行了相关性分析表明，主茎长与节间数显著正相关；但主茎长、节间数、节间长均与叶形态性状的指标无相关关系。叶面积与叶长、叶宽、叶周长均呈极显著的相关关系。叶长/叶宽和叶型指数均与叶长呈显著相关，而与叶宽无相关性。

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