30份新疆野生黃花苜蓿莢果裂莢力數(shù)字化評價(jià)

摘要：本研究以新疆博樂溫泉縣30份黃花苜蓿（Medicago falcata L.）種質(zhì)作為試驗(yàn)材料，通過艾德堡HP-50數(shù)顯推拉力計(jì)，結(jié)合黃花苜蓿的莢果裂莢率，分析黃花苜蓿莢果水平/豎直放置下的裂莢機(jī)械力，為選育新疆地區(qū)抗裂莢黃花苜蓿種質(zhì)提供了一種準(zhǔn)確、高效的評價(jià)方法。試驗(yàn)結(jié)果表明：新疆野生高裂莢黃花苜蓿種質(zhì)莢果的裂莢機(jī)械力極顯著低于低裂莢黃花苜蓿種質(zhì)莢果的裂莢機(jī)械力（Plt;0.01）；在水平放置下，黃花苜蓿莢果的裂莢機(jī)械力與裂莢率呈極顯著相關(guān)關(guān)系；當(dāng)莢果水平放置時(shí)，機(jī)械力大于3.395 N的黃花苜蓿被認(rèn)為是低裂莢種質(zhì)，而機(jī)械力小于1.885 N的黃花苜蓿被認(rèn)為是高裂莢種質(zhì)。研究表明，通過推拉力計(jì)測試水平放置下的黃花苜蓿莢果開裂的機(jī)械力，可以準(zhǔn)確反映新疆野生黃花苜蓿不同種質(zhì)間的開裂特性，并為黃花苜蓿裂莢特性的標(biāo)準(zhǔn)化測量提供重要參考。

關(guān)鍵詞：黃花苜蓿；裂莢；莢果裂莢機(jī)械力

中圖分類號：S543.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0435（2023）08-2387-05

Digital Evaluation of Pod Splitting Power of 30 Wild Medicago falcata

L. in Xinjiang

DU Yu， WANG Peng， YU Xiu-ming， WANG Yu-xiang*， ZHANG Bo

（College of Grassland Science， Xinjiang Agriculture University， Xinjiang， Urumqi 830052， China）

Abstract：Thirty Medicago falcata L. germplasms from Bole Hot Spring County，Xinjiang were used as the test material for this study. By means of the Eddberg HP-50 digital display push pull meter and the pod splitting rate of Medicago falcata L.，the mechanical force of pod splitting under horizontal/vertical placement of Medicago falcata L. pods was analyzed，which provided an accurate and efficient evaluation method for the breeding of Medicago falcata L. germline resistant to pod splitting in Xinjiang region. The results showed that the pod splitting mechanical force of wild Medicago falcata L. with high pod splitting was significantly lower than that of low pod splitting with low pod splitting （Plt;0.01）. The mechanical force of pod splitting of Medicago falcata L. pod was positively correlated with the splitting rate under horizontal placement.When the pods were placed horizontally，Medicago falcata L. with mechanical force greater than 3.395 N was considered to be low-split pod germplasm，while Medicago falcata L. with mechanical force less than 1.885 N was considered to be high-split pod germplasm. The results show that the mechanical force of Medicago falcata L. pod cracking under horizontal placement can accurately reflect the cracking characteristics of different germplasm of wild Medicago falcata L. in Xinjiang，and provide an important reference for standardized measurement of Medicago falcata L. pod cracking characteristics.

Key words：Medicago falcata L.;Pod shattering;Pod cracking mechanical force

黃花苜蓿（Medicago falcata L.）別名鐮莢苜蓿、野苜蓿，是豆科苜蓿屬的一種多年生草本植物［1］，具有抗寒性強(qiáng)［2］、營養(yǎng)價(jià)值高、適口性好等優(yōu)良特性，因其性狀優(yōu)異、用途廣泛的特質(zhì)，在我國西北新疆以及內(nèi)蒙古地區(qū)普遍種植［3］。

在許多豆科植物如黃花苜蓿、大豆（Glycine max）、百脈根（Lotus corniculatus）、扁蓿豆（Melilotoides ruthenicus）以及箭筈豌豆（Vicia sativa L.）中均存在莢果在成熟過后沿著自身腹縫線和背縫線發(fā)生開裂、種子散落的情況，這一現(xiàn)象稱為裂莢［4］。在前人的實(shí)驗(yàn)和報(bào)道中發(fā)現(xiàn)，國外的易裂莢大豆品種在干燥的環(huán)境下，種子產(chǎn)量損失可達(dá)到50%～100%，國內(nèi)的大豆品種的種子產(chǎn)量損失超過100 kg·hm-2，由此可見，裂莢與種子產(chǎn)量息息相關(guān)。裂莢后種子散落可使野生植物得以繁衍，但這不可控的因素會大大影響種子產(chǎn)量，并且種子散落時(shí)間較長會使田間統(tǒng)一建植受到影響，甚至有可能成為其他植物的雜草［11］，因此，人們一直朝著培育出不裂莢或裂莢率低的作物這一方向而努力［12-13］。基于此，探尋出一項(xiàng)有效、科學(xué)的方法來評價(jià)莢果的裂莢特性從而為抗裂莢育種工作提供幫助就顯得尤為重要。目前，國外的研究者們采用變速莢果分離器來測定油菜（Brassica napus L.）角果的裂莢率，此方法節(jié)省時(shí)間，但是無法用精準(zhǔn)的數(shù)值來評價(jià)每個(gè)角果的受力情況［14-15］。還有的研究學(xué)者使用懸臂彎曲的試驗(yàn)方法來準(zhǔn)確的測量角果發(fā)生開裂時(shí)的受力情況，此方法雖可精準(zhǔn)測量數(shù)值，但是在試驗(yàn)過程中需要用環(huán)氧樹脂膠粘貼角果，再將角果和彈力環(huán)用一種酯類膠粘劑進(jìn)行固定之后才可以測量力的大小，單個(gè)角果重復(fù)操作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作效率低，無法快速評價(jià)裂莢特性，基于此情況，開展以下研究。

本研究將成熟的黃花苜蓿莢果自然風(fēng)干7天加上65 ℃烘箱烘干7小時(shí)的方法來評估不同黃花苜蓿種質(zhì)莢果裂莢率，先篩選出不同裂莢率的材料用于研究莢果裂莢力，然后用新型數(shù)顯推拉力計(jì)來測量莢果的裂莢機(jī)械力，該儀器操作簡單，并且可以精準(zhǔn)的測量開裂機(jī)械力，從而能夠確定易裂莢種質(zhì)與抗裂莢種質(zhì)裂莢力的臨界值，為選育出黃花苜蓿抗裂莢種質(zhì)提供一個(gè)簡單、快速、科學(xué)、精準(zhǔn)的評價(jià)方法。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)所用黃花苜蓿種質(zhì)均來自博爾塔拉蒙古自治州溫泉縣呼尼段，位于東經(jīng)81°27′28″，北緯45°1′32″，海拔875.52 m。在83份種質(zhì)資源中選擇高、中、低裂莢種質(zhì)各10份作為本次試驗(yàn)的材料（表1）。

1.2 莢果含水量測定

將完熟期取樣的莢果，使用千分之一電子天平稱量各莢果鮮重并計(jì)算平均值。精準(zhǔn)定溫65 ℃烘干至恒重，定義為干重并取平均值，精度為0.001 g。含水量計(jì)算公式為：莢果含水量（%）=（鮮重－干重）/鮮重×100%。

1.3 莢果裂莢率測定

黃花苜蓿裂莢的評價(jià)采用烘箱法［19］，利用尼龍網(wǎng)袋（規(guī)格20 cm×30 cm）裝取每份種質(zhì)的30個(gè)有效莢果（除去癟莢），65℃恒溫烘干7小時(shí)后計(jì)算裂莢數(shù)，設(shè)置4次重復(fù)。裂莢率計(jì)算公式為：裂莢率（%）=每株開裂的莢果數(shù)/單株總莢數(shù)×100%。

1.4 莢果裂莢機(jī)械力測定

裂莢機(jī)械力分為水平放置狀態(tài)和豎直放置狀態(tài)，測量工具使用艾德堡HP-50數(shù)顯推拉力計(jì)。操作方法：將莢果水平/豎直固定在測力計(jì)上，調(diào)整儀器讀數(shù)歸零，緩慢轉(zhuǎn)動測力計(jì)手柄，令壓板施加給莢果逐漸加大的力，莢果開裂時(shí)測力計(jì)可自動記錄受力的最大峰值。每個(gè)種質(zhì)選取30個(gè)莢果，進(jìn)行4次重復(fù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2007軟件錄入并繪制圖表，采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。通過Duncan多重比較法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，Pearson相關(guān)分析法進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 莢果含水量

表2結(jié)果表明，不同黃花苜蓿種質(zhì)間莢果含水量差異不顯著，其中含水量最高的是7號種質(zhì)，為0.293 g，含水量最低的是3號種質(zhì)，為0.112 g，30份新疆野生黃花苜蓿種質(zhì)的平均莢果含水量為0.225 g。烘干處理后的各個(gè)種質(zhì)莢果的含水量趨于穩(wěn)定并且差異不顯著（Pgt;0.05），僅個(gè)別種質(zhì)間的裂莢率不存在顯著差異，而多數(shù)材料的裂莢率之間差異顯著，由此可得，烘干后的莢果材料含水量與裂莢率之間并無相關(guān)性。

2.2 黃花苜蓿莢果裂莢機(jī)械力測定

黃花苜蓿種質(zhì)裂莢機(jī)械力（水平/豎直）如表3所示。在水平放置狀態(tài)下，高、低裂莢材料間大部分呈極顯著差異，高、中裂莢部分呈極顯著差異，中、低裂莢間僅個(gè)別材料差異顯著，大部分差異不顯著；在豎直狀態(tài)下，高、中、低裂莢材料間大部分差異不顯著。

由圖1可知，低裂莢的莢果在水平與豎直放置時(shí)的裂莢機(jī)械力表現(xiàn)為差異顯著（Plt;0.05）。在莢果裂莢率不斷降低的同時(shí)，裂莢機(jī)械力開始不斷上升，并且在水平方向上裂莢率高于65％的高裂莢種質(zhì)和低于18％的低裂莢種質(zhì)的莢果裂莢機(jī)械力表現(xiàn)為差異顯著。

2.3 水平和豎直放置下裂莢機(jī)械力與裂莢率的相關(guān)性分析

通過相關(guān)性分析（表4），可以看出在水平放置下，裂莢機(jī)械力與裂莢率呈極顯著相關(guān)關(guān)系；在豎直放置下，二者不相關(guān)。

3 討論

3.1 莢果含水量與裂莢率的關(guān)系

國外有學(xué)者在研究大豆炸莢時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著莢果成熟度升高，莢果含水量與裂莢率呈反比，即含水量越低莢果裂莢率越高，當(dāng)莢果含水量低于5%時(shí)，莢果的裂莢率達(dá)到峰值［17-18］。國內(nèi)的相關(guān)研究表明：大豆整體含水量低于25%，并且豆殼的含水量低于15%時(shí)才能有裂莢現(xiàn)象產(chǎn)生［19-20］。綜上所述，如果想要精確地研究黃花苜蓿的裂莢情況，需要除去莢果含水量對研究的影響。本研究中，經(jīng)過對莢果的烘干處理后，各種質(zhì)之間的含水量關(guān)系差異不明顯，由此可排除含水量對莢果的影響，能更加精確地測量裂莢率和裂莢機(jī)械力。

3.2 莢果裂莢機(jī)械力與裂莢率的關(guān)系

前人通過測定6種不同品系的油菜角果開裂時(shí)所需要的裂莢機(jī)械力，得出不同品系油菜角果最大裂莢機(jī)械力在0.58 N～5.90 N之間，且裂莢率與機(jī)械力差異極顯著，所以可以利用育種方法改善油菜裂莢性狀［21-24］。在本研究中，使用數(shù)顯測力計(jì)對黃花苜蓿莢果進(jìn)行水平放置測量時(shí)，高裂莢率種質(zhì)在受力1.885 N時(shí)開裂，低裂莢率種質(zhì)在受力為3.395 N時(shí)發(fā)生裂莢，且二者莢果裂莢機(jī)械力存在顯著差異（Plt;0.05）；黃花苜蓿莢果水平放置時(shí)的裂莢機(jī)械力與黃花苜蓿裂莢率呈極顯著相關(guān)關(guān)系（Plt;0.01），此現(xiàn)象表明，黃花苜蓿莢果在水平放置下的裂莢機(jī)械力可以反映出裂莢率的變化，利用此法對莢果的裂莢特性進(jìn)行數(shù)字化評價(jià)是可行的［25］，這也驗(yàn)證了前人的研究結(jié)果［26-28］。因此，本研究認(rèn)為水平放置下，利用推拉力計(jì)測試莢果裂莢力時(shí)，裂莢機(jī)械力小于高裂莢種質(zhì)平均裂莢機(jī)械力（1.885 N）的為易裂莢種質(zhì)，裂莢力大于低裂莢種質(zhì)平均裂莢機(jī)械力（3.395 N）的為不易裂莢種質(zhì)。

4 結(jié)論

本研究利用數(shù)顯推拉力計(jì)測量水平/豎直方向的經(jīng)過干燥處理后的不同類型莢果的裂莢機(jī)械力特點(diǎn)，可以快速判斷出黃花苜蓿莢果的裂莢特性，這一方法為黃花苜蓿裂莢特性評價(jià)和抗裂莢種質(zhì)選育提供了數(shù)字化評價(jià)指標(biāo)，為今后的標(biāo)準(zhǔn)測定提供了明確的參考數(shù)值。

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（責(zé)任編輯 閔芝智）

收稿日期：2023-05-04；修回日期：2023-06-19

基金項(xiàng)目：新疆維吾爾自治區(qū)科技廳重大專項(xiàng)“新疆農(nóng)作物種質(zhì)資源征集、評價(jià)與安全保存體系構(gòu)建（2022A03004-1）”；新疆維吾爾自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)任務(wù)專項(xiàng)計(jì)劃“優(yōu)質(zhì)牧草高效生產(chǎn)與加工關(guān)鍵技術(shù)集成示范（2022B02003）”共同資助

作者簡介：杜雨（1997-），女，漢族，山東濟(jì)寧人，碩士研究生，主要從草種質(zhì)資源育種與生產(chǎn)的研究，E-mail：dydudu05@163.com；*通信作者Author for correspondence，E-mail：wyx9868@163.com