紅三葉種質資源農藝性狀的綜合評價及聚類分析

王建麗，申忠寶，潘多鋒，張瑞博，李道明，鐘 鵬，邸桂俐，高 超，李佶愷

（1.黑龍江省農業(yè)科學院 草業(yè)研究所，黑龍江 哈爾濱 150086；2.黑龍江省農業(yè)科學院大豆研究所，黑龍江 哈爾濱 150086）

紅三葉（Trifoliumpratense）又名紅車軸草、紅菽草、紅爪草，是重要的豆科栽培牧草，在英國和新西蘭它是種植面積為第2的豆科牧草［1，2］，在美國的豆科牧草種植面積中也僅次于苜蓿［2，3］。紅三葉19世紀末期由外國傳教士帶入我國，最初在湖北巴東縣用于養(yǎng)馬飼料。目前，在全國各地廣泛栽培，成為一種具有較高飼用價值的優(yōu)良牧草［4］。植物育種中，種質收集是保持物種遺傳多樣性和確保遺傳基因的重要手段，已被廣泛重視［5，6］。在國外，許多研究者對紅三葉的表型性狀展開了研究，Kouame［7］1993年對全世界范圍內收集的800份紅三葉種質材料的表型特征展開評價并進行了聚類分析，將所有材料劃為早、中、晚熟3個類群；有關紅三葉種群變異研究方面也有報道，Greene［8］，Rosso［9］和 Paula［10］發(fā)現了紅三葉表型特征在群體間和群體內存在顯著差異，而且這種差異在紅三葉亞種群體中也存在［11］。在國內，很多專家對紅三葉品種栽培技術［12，13］、生理特性［14－16］、營養(yǎng)動態(tài)［17，18］、草原改良［19］等方面進行了相關研究，而對紅三葉種質資源綜合評價的研究較少［20，21］。試驗通過對引進的20份紅三葉種質資源的農藝性狀進行綜合評價和聚類分析，從中選擇具有開發(fā)利用價值的優(yōu)良紅三葉種質材料，以期為紅三葉育種提供科學的依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗在黑龍江省農業(yè)科學院民主試驗地進行。該地氣候屬中溫帶大陸性季風氣候，冬長夏短，N 44°04′，E 125°41′，年平均氣溫3.1℃，≥10℃年活動積溫2 546.2℃，無霜期150d，土壤為黑土，土質肥沃，地力均勻。

1.2 試驗品種及來源

供試材料編號1～10來自中國農業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所，編號11～15來自黑龍江寒帶植物基因資源研究中心，編號15，16來自湖北畜牧獸醫(yī)研究所，編號18～20來自中國農業(yè)科學院草原所國家作物種質庫，共計20份（表1）。

表1 供試種質編號及代號Table1 Origin and materials of red clover

1.3 試驗設計與方法

將引進的20份紅三葉種子種植于試驗田，每個小區(qū)面積2m×3m，株行距30cm×40cm，每區(qū)50株；隨機區(qū)組排列，3次重復；試驗期間統(tǒng)一常規(guī)管理。

在紅三葉開花期，隨機選取20個單株測定植株絕對高度、自然高度、莖長度、莖粗度、頂生小葉長度、頂生小葉寬度、頂生小葉大小、葉形指數、花序直徑，并對這9個表型性狀進行測定。

1.4 主要性狀測定方法

1.4.1 植株絕對高度、自然高度 用直尺測量植株自地面至最高點的絕對高度、植株地面至最高葉層的自然高度；

1.4.2 莖長度、莖粗度 測量每株最長莖節(jié)長度及分枝節(jié)上方2～4cm處莖的粗細；

1.4.3 頂生小葉長度、小葉寬度 主莖上第1花序枝條下的第3或第4復葉，測定頂生小葉的最長部位和最寬部位；

1.4.4 頂生小葉大小 頂生小葉長度×頂生小葉的寬度；

1.4.5 葉形指數 頂生小葉長度／頂生小葉的寬度；

1.4.6 花序直徑 選擇完全盛開的花序，游標卡尺測量花序最大處自然寬度。

1.5 數據處理

試驗數據結果用Excel和Spss／PC軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 農藝性狀的變異性分析

形態(tài)變異在某種程度上反映了遺傳變異的大小［22］。為了解各個性狀的變異情況，對各個農藝性狀的最大值、最小值、平均值、標準差和變異系數進行了分析（表2），不同性狀的變異系數不同。變異幅度最大的性狀為頂生小葉大小，變異系數為26.16%；變異幅度較小的為花序直徑，為8.63%。

表2 11個農藝性狀的變異狀況Table2 The variation of 11agronomic traits

2.2 農藝性狀的相關性分析

對20份紅三葉品種9個農藝性狀進行相關性分析（表3），設植株絕對高度、自然高度、莖長度、莖粗度、頂生小葉長度、頂生小葉寬度、頂生小葉大小、葉形指數、花序直徑分別為X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9，結果表明，頂生小葉長度與小葉寬度呈顯著正相關，相關系數為0.645，與頂生小葉大小呈極顯著正相關，相關系數為0.875，頂生小葉寬度與小葉大小呈極顯著正相關，相關系數為0.928，其余各性狀之間也表現出一定的相關性，但相關系數不是很大。

表3 20份紅三葉各農藝性狀的相關性分析Table3 Correlation analysis of agronomic traits of tested red clover varieties

2.3 農藝性狀的聚類分析

對20個紅三葉的9個農藝性狀的原始數據進行標準化，并計算歐式距離，利用可變類平均法對其進行聚類分析，從聚類圖（圖1）可以看出，在歐式距離也即遺傳距離為4.62時，可以把各居群分為3個大類（表4）。

圖1 基于農藝性狀的紅三葉品種聚類圖Fig.1 Clustering scheme of agronomic traits of red clover

第Ⅰ類包括6個居群，均來自中國農業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所，這些居群的特點是植株莖長度、頂生小葉長度、小葉寬度、小葉大小和花序直徑均處于最高水平，分別為13.38、4.51、2.68、12.10和3.08mm。

第Ⅱ類包括13個居群，其中，包括中國農業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所4份，黑龍江寒帶植物基因資源研究中心4份，湖北畜牧獸醫(yī)研究所2份，中國農業(yè)科學院草原所國家作物種質庫3份；這些居群的特點是葉形指數處于最高水平，其他性狀均處于中等水平。

第Ⅲ類包括1個居群，來自黑龍江寒帶植物基因資源研究中心，這個居群的特點是植株絕度高度、自然高度和莖粗度均處于最高水平，其均值分別為86.00，60.50和6.97mm，同時莖長度、頂生小葉長度、頂生小葉寬度、小葉大小和花序直徑均處于最低水平。

表4 各類群農藝性狀平均值Table4 The average of agronomic traits in different groups

3 討論與結論

3.1 紅三葉種質資源農藝性狀的遺傳變異

在植物學性狀的比較分析中，形態(tài)學方法是最古老的方法，標記簡單、直觀，容易獲得［23，24］。與 DNA水平的遺傳多樣性研究相比，農藝性狀雖然較易受環(huán)境條件的影響，但在同一立地條件和相同管理水平下，農藝性狀在品種間表現較為穩(wěn)定，能直觀地反映品種間的親緣關系，為生產栽培和育種提供指導作用，因而一直倍受關注。

研究采用了形態(tài)學標記對20份紅三葉種質資源進行了遺傳多樣性研究，結果表明這些種質材料各性狀的變異系數為8.63%～26.16%，頂生小葉大小變異系數最大，而花序直徑變異系數最小，這反映了不同材料數量性狀間存在一定的差異，具有豐富的遺傳多樣性。

3.2 紅三葉種質資源農藝性狀間關系

紅三葉各個數量性狀之間本身具有較強的相關性。頂生小葉長度與小葉寬度呈顯著正相關，與頂生小葉大小呈極顯著正相關，頂生小葉寬度與小葉大小呈極顯著正相關，在新品種選育時，可以利用外部性狀的相關性同時獲得幾個性狀都優(yōu)良的新品種。

3.3 紅三葉種質資源農藝性狀聚類結果

20份種質資源所屬類群廣泛，所屬不同類群間既存在差異也存在一定相似。20份種質資源的3大類群中，第Ⅰ類包括6個居群，這些居群的特點是植株莖長度、頂生小葉長度、小葉寬度、小葉大小和花序直徑均處于最高水平；第Ⅱ類群品種個數（13）最多，該類群的綜合性狀較為協(xié)調，均處于中等水平；第Ⅲ類包括1個居群，這個居群的特點是植株絕對高度、自然高度和莖粗度均處于最高水平，同時莖長度、頂生小葉長度、頂生小葉寬度、小葉大小和花序直徑均處于最低水平。

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