广西地方紫云英种质资源收集及表型多样性评价

韦彩会 董文斌 李忠义 唐红琴 曾成城 莫永诚 何铁光

韋彩会，董文斌，李忠义，等. 广西地方紫云英种质资源收集及表型多样性评价［J］. 湖北农业科学，2024，63（2）：67-73．

摘要：以农业农村部“第三次全国农作物种质资源普查与收集行动”为契机，开展了广西壮族自治区紫云英（Astragalus sinicus L.）种质资源的考察收集与评价鉴定。结果表明，收集到的58份地方资源主要分布在桂东北以及0～400 m的中低海拔地区。12项农艺性状表型分析显示其遗传多样性丰富；主成分分析将12个农艺性状分为3个主成分，分别为种子产量、生物产量及生育期特征，累计贡献率达72.089%；通过加权平均计算得出综合排名前10位的种质资源为GXLF20180011、GXLF2019109、GXLF2019156、GXLF2019118、GXLF2019112、GXLF2019117、GXLF20180006、GXLF2019125、GXLF2019111、GXLF2019136；排名前10位的种质资源全生育期为134～147 d，盛花期茎粗（直径）为2.83～3.66 mm，盛花期株高为 41.63～54.73 cm，单株分枝数为2.83～4.19个，每分枝花序数为5.85～6.99个，总花序数为17.55～26.23个/株，结荚花序数为14.33～19.97个/株，鲜草产量为10 458.15～48 792.75 kg/hm²，干草产量为1 037.36～5 724.34 kg/hm²，种子产量为246.75～991.20 kg/hm²。

关键词：紫云英（Astragalus sinicus L.）；种质资源；收集；表型多样性；广西

中图分类号：S571.1         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2024）02-0067-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.02.012 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Collection and phenotypic diversity evaluation of local Astragalus sinicus L. germplasm resources in Guangxi

WEI Cai-hui， DONG Wen-bin， LI Zhong-yi， TANG Hong-qin， ZENG Cheng-cheng， MO Yong-cheng， HE Tie-guang

（Agricultural Resource and Environment Research Institute， Guangxi Academy of Agricultural Sciences/Guangxi Key Laboratory of Arable Land Conservation， Nanning  530007， China）

Abstract： Taking the opportunity of the “Third National Crop Germplasm Resources Census and Collection Action” of the Ministry of Agriculture and Rural Affairs， the investigation， collection， evaluation and identification of Astragalus chinensis L. germplasm resources in Guangxi were carried out. The results showed that the 58 collected local resources were mainly distributed in the middle and low altitude areas of 0～400 meters in northeastern Guangxi. Phenotypic analysis of 12 agronomic traits showed rich genetic diversity. Principal component analysis divided 12 agronomic traits into 3 principal components， namely seed yield， biological yield， and growth period characteristics， with a cumulative contribution rate of 72.089%. By weighted average calculation， the top 10 germplasm resources in the comprehensive ranking were GXLF20180011， GXLF2019109， GXLF2019156， GXLF2019118， GXLF2019112， GXLF2019117， GXLF20180006， GXLF2019125， GXLF2019111， and GXLF2019136. The total growth period of the top 10 germplasm resources was 134～147 d， with stem diameter of 2.83～3.66 mm during the peak flowering period， branch length of 41.63～54.73 cm during the peak flowering period， branch number per plant of 2.83～4.19， flower number per branch of 5.85～6.99， total flower number of 17.55～26.23 per plant， pod bearing flower number of 14.33～19.97 per plant， and fresh grass yield of 10 458.15～48 792.75 kg/hm²， hay yield of 1 037.36～5 724.34 kg/hm²， and seed yield of 246.75～991.20 kg/hm².

Key words： Astragalus sinicus L.； germplasm resources； collection； phenotypic diversity； Guangxi

紫云英（Astragalus sinicus L.）又名红花草、草子、翘摇等，属豆科黄芪属，为一年生或越年生草本植物，起源中心推测在中国秦岭以南的中部山间河谷地带，后向南、向东扩展^［1，2］。紫云英曾是南方稻田的主要冬季绿肥作物，全国种植最多时达708.5万hm^2［2］。农谚“江南处处翘摇红”正是赞誉紫云英在春天遍地盛开的美丽景象，由此可见，当时紫云英种植面积广泛。

20世纪90年代后，受化肥工业迅速发展的冲击，紫云英种植面积迅速下滑，相应的种质资源研究工作也被迫中断和搁浅^［3］。直到21世纪初，化肥原料过度消耗、农业面源污染加重、农产品质量提升困难等问题引起国家以及全社会的关注，绿肥作为中国传统农业的精华，重新进入大众的视野，紫云英也获得了恢复性的发展机遇^［3，4］。广西的紫云英生产及相关科研工作和全国大趋势一样，近20～30年处于萧条和停滞期，种质创新利用工作也中断多年，原有的优良品种在生产上消失，种质资源混杂、退化严重。获得恢复性发展后，生产用种几乎都从省外采购，存在适应性不佳、种性不纯、种源不稳定等风险。同时，广西库存的紫云英种质资源材料非常匮乏，难以支撑培育新品种（系）所需。

本研究以农业农村部“第三次全国农作物种质资源普查与收集行动”为契机，在国家绿肥产业技术体系“南宁综合试验站”和广西创新驱动发展专项“广西农作物种质资源收集鉴定与保存”等项目的大力资助下，在广西区内开展全面系统的紫云英种质资源调查和收集工作，以期充实广西紫云英种质资源的丰富度和多样性，为后期通过杂交、系谱、诱变等方法选育优良的紫云英新品种（系）提供种质材料基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地点

试验材料为项目组在广西全面系统调查并收集到的来自23个县级行政区46个乡镇的58份紫云英地方（野生）种质资源（表1）。试验设在广西南宁市隆安县雁江镇红良村，位于东经107°38′05.90″，北纬23°16′09.98″，海拔94 m。试验地为赤红壤黏土，土壤pH为5.94，全氮含量为2.26 g/kg，全磷含量为0.86 g/kg，全钾含量为1.63 g/kg，碱解氮含量为227.00 mg/kg，有效磷含量为8.60 mg/kg，速效钾含量为168.00 mg/kg，有机质含量为35.70 g/kg。前茬作物为水稻。

1.2 试验方法

试验于2019年秋季至2021年春季进行，按表1种质序号顺序排列，不设重复，试验小区宽3 m，长  5 m，行距30 cm，条播，小区面积15 m²。以试验小区全部植株为调查对象，记录自播种第2天至75%植株开花的日期为盛花期，于开花期每小区随机连续取20株调查试验材料的茎粗（直径）、株高、单株分枝数、每分枝花序数、总花序数，并于盛花期每小区选取4 m²调查试验材料的鲜草产量和干草产量，于结荚期每小区随机连续取20株调查试验材料的结荚花序数，成熟期每小区选取4 m²調查试验材料的种子产量，并调查其千粒重。调查、考种方法参照《绿肥种质资源描述规范和数据标准》^［5］。

采用Shannon多样性指数分析法对表型性状进行遗传多样性分析，根据性状表现及相关分析筛选优异种质^［6］。

2 结果与分析

2.1 广西紫云英种质资源的分布

2.1.1 水平分布 由图1可知，广西紫云英资源主要分布在桂中及桂东北一带，包括来宾、柳州、桂林以及河池的东北区域，4个地区的资源占收集总数的86.21% ，其他地区只有零星分布，包括南宁收集到5份，崇左2份，贵港1份。这可能与广西地形地貌以及多年来各区域种植制度的变化有关。集中分布的地区长期保持稻作，包括来宾北部、柳州的三江县及桂林境域，而桂南沿海和桂东南地区农作物种植制更替更为频繁，如水田改旱地，稻田改种甘蔗、果树或其他经济作物的都较为常见，破坏了紫云英的生长环境，而桂西北地区多为石山地区，只有零星的稻田分布且长期干旱缺水，不适宜紫云英生存，导致该区域紫云英种质资源较为少见。

2.1.2 垂直分布 广西紫云英种质资源在海拔57～939 m均有分布，绝大部分资源分布在海拔0～400 m，占资源收集总数的82.76%，而海拔400～600 m收集到的资源有6份，占收集总数的10.34%；600～800 m和800～1 000 m 的海拔范围内各收集到资源2份，占比均为3.45%，而海拔超过1 000 m 的地方未收集到紫云英资源（图2）。这可能与高海拔地区多为高山或丘陵旱地，不利于紫云英生长发育有关。

2.2 紫云英种质资源的表型多样性分析

对58份种质资源盛花期、全生育期、茎粗、株高、单株分枝数、每分枝花序数、总花序数、结荚花序数、鲜草产量、干草产量、种子产量和千粒重共 12个性状指标进行观测和测定，所得数据进行相关统计分析。

由表2可知，广西紫云英种质资源的重要农艺性状表现出较丰富的遗传变异，12个农艺性状指标的变异系数范围为5.17%～58.01%，其中种子产量变异系数最大，为58.01%，变化范围为80.55～991.20 kg/hm²；干草产量变异系数次之，为56.51% ，变化范围为751.56～6 318.27 kg/hm²；鲜草产量变异系数为54.70%，变化范围为5 853.35～48 792.75 kg/hm²；结荚花序数变异系数为30.08%，变化范围为6.54～ 19.97个/株；总花序数变异系数为28.21%，变化范围为8.13～26.23个/株，以上5个性状变异系数较大，均大于25.0%，而其余7项农艺性状的变异系数相对较小，在5.17%～20.61%，其由大到小依次为单株分枝数（20.61%）、每分枝花序数（16.88%）、株高（11.84%）、茎粗（10.99%）、千粒重（7.22%）、盛花期（5.43%）、全生育期（5.17%）。

12个农艺性状的遗传多样性指数在1.72～2.06，平均多样性指数为1.93，由此可见，58份紫云英种质资源存在较大的遗传多样性，其中株高的遗传多样性指数最大，为2.06 ，每分枝花序数次之，为2.05，干草产量最小，为1.72，其他性状的遗传多样性指数由大到小依次为单株分枝数（2.03）、茎粗（2.01）、结荚花序数（2.00）、千粒重 （1.99）、总花序数（1.98）、种子产量（1.92）、全生育期（1.90）、盛花期（1.76）、鲜草产量（1.76）。由此可知，58份广西地方紫云英种质资源种子产量、干草产量、鲜草产量、结荚花序数、总花序数变异程度较大，而株高、每分枝花序数、单株分枝数、茎粗、结荚花序数、千粒重、总花序数离散程度较高。

2.3 12个农艺性状的相关性分析

对58份紫云英种质资源的12个重要农艺性状进行相关性分析，结果表明，盛花期与全生育期、茎粗呈极显著正相关；全生育期与茎粗呈极显著正相关；株高与结荚花序数呈显著正相关，与鲜草产量、干草产量、种子产量呈极显著正相关；单株分枝数与总花序数、结荚花序数、种子产量呈极显著正相关；每分枝花序数与总花序数、结荚花序数、鲜草产量、干草产量、种子产量呈极显著正相关；总花序数与结荚花序数、鲜草产量、干草产量、种子产量呈极显著正相关；结荚花序数与鲜草产量、干草产量、种子产量呈极显著正相关；鲜草产量与干草产量、种子产量呈极显著正相关；干草产量与种子产量呈极显著正相关（表3）。综上可见，盛花期、全生育期、茎粗、单株分枝数与紫云英的鲜草产量没有明显的相关关系，株高、每分枝花序数、总花序数、结荚花序数与鲜草产量呈明显正相关；盛花期、全生育期、茎粗与种子产量没有明显的相关关系，株高、单株分枝数、每分枝花序数、总花序数、结荚花序数和种子产量呈显著正相关。这说明在一定程度上，植株越高、花序数和结荚花序数越多，紫云英的鲜草及种子产量就越高。

2.4 12个农艺性状的主成分分析

对58份紫云英种质资源的12个农艺性状进行主成分分析，结果显示，12个农艺性状的主要信息集中在前3个主成分中，其累计贡献率达72.089%，其中，第1主成分贡献率为38.469%，第2主成分贡献率为20.501%，第3主成分贡献率为13.119%（表4）。第1主成分中单株分枝数、每分枝花序数、总花序数、结荚花序数、种子产量等有较大的正载荷，分别为0.789、0.575、0.941、0.948和0.823，该主成分主要反映与紫云英种子产量正显著相关的性状特征（表5）。第2主成分中株高、鲜草产量及干草产量有较大的正载荷，分别为0.521、0.913、0.916，该主成分主要反映紫云英的生物产量特征。第3主成分中盛花期、全生育期和茎粗载荷较高，分别为0.903、0.892和0.675，该主成分主要反映紫云英的生育期特征（表5）。

选取前3个主成分载荷矩阵，得出主成分系数矩阵（表6），由此得出前3个主成分表达式分别为：

F₁=-0.062ZX₁-0.039ZX₂+0.012ZX₃-0.012ZX₄+0.260ZX₅+0.125ZX₆+0.266ZX₇+0.268ZX₈-0.060ZX₉-0.076ZX₁₀+0.229ZX₁₁+0.180ZX₁₂（1）

F₂=0.081ZX₁-0.001ZX₂+0.047ZX₃+0.213ZX₄-0.167ZX₅+0.101ZX₆-0.053ZX₇-0.050ZX₈+0.391ZX₉+0.401ZX₁₀-0.012ZX₁₁-0.264ZX₁₂（2）

F₃=0.410ZX₁+0.394ZX₂+0.298ZX₃+0.045ZX₄+0.068ZX₅-0.102ZX₆-0.002ZX₇-0.010ZX₈+0.056ZX₉+0.067ZX₁₀-0.103ZX₁₁+0.057ZX₁₂（3）

將58份紫云英种质资源的12个农艺性状标准化后的数值代入主成分方程式，计算主成分得分值列于表7，结果表明，第一主成分主要反映种子产量因子中排前10位的紫云英种质材料的编号为24、47、52、8、23、38、15、17、18、41；第二主成分生物产量因子中排名前10位的紫云英种质材料的编号为 8、28、15、3、7、13、19、52、57、51；第三主成分生育期特征因子中排名前10位的紫云英种质材料的编号为 11、6、3、 9、7、30、5、45、52、40。

通过3个主成分得分值以各主成分方差贡献率为权重进行加权平均，计算得出每个样本的综合得分排序，得出综合性状排前10位的种质材料分别为GXLF20180011、GXLF2019109、GXLF2019156、GXLF2019118、GXLF2019112、GXLF2019117、GXLF20180006、GXLF2019125、GXLF2019111、GXLF2019136。综合排前10位的种质材料的全生育期为134～147 d，盛花期茎粗为2.83～3.66 mm，盛花期株高为41.63～54.73 cm，单株分枝数为2.83～4.19个，每分枝花序数为5.85～6.99个，总花序数为17.55～26.23个/株，结荚花序数为14.33～19.97个/株，鲜草产量为10 458.15～48 792.75 kg/hm²，干草产量为1 037.36～5 724.34 kg/hm²，种子产量为246.75～991.20 kg/hm²。

3 小结与讨论

种质资源是种质创新利用的基础，在区域范围内展开调查与收集工作，对种质资源的保存、鉴定评价、优异种质挖掘、新品种培育等具有重要意义^［7，8］。广西86.21%的紫云英种质资源分布于桂东北一带，这可能与桂东北一带长期保持稻作，稻田充足的水分适宜其生存有关。此外，于海拔0～400 m 收集到的资源占总数的82.76%，由此可知，紫云英适宜生长于中低海拔地区，这些地区可作为今后资源考察收集的重点区域。

当前中国对绿肥种质资源的评价研究，根据不同种绿肥作物自身的特点及用途，主要集中于农艺性状评价等方面^［9］。本研究结果表明，广西紫云英资源有丰富的表型变异，其中种子产量、干草产量、鲜草产量、結荚花序数、总花序数5个性状变异系数均大于25.0%。12个农艺性状的遗传多样性指数均在1.0以上，其中种子产量、干草产量、鲜草产量、结荚花序数、总花序数变异程度较大，可用于种质资源的初步分类。

以往针对绿肥种质资源的评价多是从单一或少数几个指标切入，其综合评价结果通常基于人为主观判断，所以易存在弊端。绿肥作物不仅农艺性状较多，且关系错综复杂，多个性状常综合影响一个性状。主成分分析是一种多元统计方法，即利用原始变量间的相关性，通过少数线性组合解释原始变量，从而实现降维^［10］。通过主成分分析，将大多数农艺性状指标转化成少数几个不相关且能代表原数据大部分信息的新变量，最终通过综合得分来评价种质资源，即分值与综合性状正相关^［11］。本研究通过主成分分析发现，12个性状分为3个主成分，分别反映了种质资源的种子产量、生物学产量及生育期特征，累计贡献率达72.089%，从侧面说明，可根据这3个主要特征，有针对性地发掘育种中间材料，为资源的有效利用提供依据。

因环境影响及考察的农艺性状有限，难以区分一些重复收集或混杂的种质，所以需进一步进行种质资源分子标记水平分析，进而促进资源的高效管理和创新利用。

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收稿日期：2023-10-31

基金项目：国家绿肥产业技术体系项目（CARS-22）；广西自然科学基金项目（GXNSFBA026335）；广西创新驱动发展专项资金项目（桂科AA17204045-10）；广西科技先锋队“强农富民”、“六个一”专项行动项目（桂农科盟202313）；广西壮族自治区农业科学院科技发展基金项目（桂农科2021YT037）；广西农业科学院基本科研业务专项（桂农科2023YM66）

作者简介：韦彩会（1983-），女，广西罗城人，高级农艺师，硕士，主要从事绿肥环境生态研究，（电话）18169645697（电子信箱）121842307@qq.com；通信作者，何铁光，研究员，博士，主要从事绿肥育种与栽培等研究，（电子信箱）tghe118@163.com。