春箭筈豌豆新品种“兰箭3号”选育与特性评价

南志标，王彦荣，聂斌，李春杰，张卫国，夏超

（草地农业生态系统国家重点实验室，兰州大学草地农业科技学院，甘肃兰州730020）

以青藏高原为主体的高山草原占全国草原面积的1/3，是我国重要的草地畜牧业基地和生态屏障，饲养着全国90%的牦牛和藏羊；提供了黄河与长江干流总径流量的49%和25%［1］。由于生态环境严酷，每年因冬春季节缺草而导致家畜死亡和体重减少的损失，约等于畜群正常淘汰量的3倍以上。建立栽培草地，储存干草用于冬春补饲，是减少家畜损失、缓解草地放牧压力的主要措施之一。多年生豆科牧草在当地不能安全越冬。春箭筈豌豆（Vicia sativa）是优良的一年生豆科草饲肥兼用作物，具有产量高、适口性好、适应性广等特点［2-4］。在我国，其与燕麦（Avena sativa）混播，调制青干草是解决高山草原家畜营养不足的有效途径［5-7］。在开展本选育工作之初，依据全国草品种审定委员会的公报统计，1987-1996年，我国通过审定的野豌豆属牧草品种仅有6个。这些品种适应范围或是西南、华南和华东等地，或是北方水热条件较好的地区，在高海拔地区多表现不佳，难以达到其生产能力，更不能完成生育周期、生产种子。而从其他地区调种，长途运输，致使草种价格昂贵，牧民难以承受。缺乏适应当地的春箭筈豌豆品种，是青藏高原发展高效草地畜牧业的主要限制因素之一。

鉴于上述原因，作者以选育在我国高山草原条件下，早熟、种子产量高的品种为育种目标，开展了春箭筈豌豆新品种选育。

1997年从设在叙利亚阿罗坡（Aleppo）的国际干旱地区农业研究中心（ICARDA）引进了10个箭筈豌豆品系作为育种材料。1998年在甘肃省甘南藏族自治州夏河县进行了田间小区评价。发现品系2505在当地试验条件下表现出较其他参试品系早熟的特点，但该群体中仍有约40%植株不能成熟。当年自成熟植株收获种子，作为育种材料，用于进一步选育，以提高其早熟性［8］。本研究报告在此基础上进一步选育的结果。经过连续12年的努力，新品种于2011年通过国家草品种审定委员会审定，命名为“兰箭3号”。选育过程如图1所示。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

新材料选育、品种比较等试验均在甘肃省甘南藏族自治州夏河县桑科乡进行。据夏河县气象站资料，当地海拔3000 m，年均温2.6℃，全年无霜期50 d，7月气温最高，平均14.9℃，年降水量350～450 mm，属于典型的高山草原。试验地位于夏河县草原站桑科分站院内，土壤养分含量为全氮0.21%，全磷0.09%，全钾1.70%，有机质4.22%，速效氮0.0023%，速效磷0.00075%，速效钾0.00175%。

区域试验和大田试验在甘肃省庆阳市西峰区、甘南州夏河县和碌曲县进行，各试验点自然条件见表1。

1.2 供试材料

根据1998年筛选试验的结果，以种子产量高的2505作为选育对象，原种来自国际干旱地区农业研究中心，其余各代种子来自上年中选植株收获的种子。以早熟、抗寒、抗旱、耐瘠的333/A狭叶野豌豆（Vicia japonicacv.333/A）为对照品种，种子由中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所购得。

1.3 试验设计

1.3.1 新材料选育 1999-2002年在夏河县穴播，行株距均为50 cm，每年播种1000株，从中选择成熟早、结荚数多、种荚饱满、每荚粒数多的植株100株左右，单收单打，而后将所获种子混合，用作第2年的播种材料。次年继续按此程序选择。经连续4年的选择，获得耐寒、早熟、种子产量高的植株90株。单独脱粒，分株等量种子混合，组成2505-1新品系。

1.3.2 品种比较试验 2003-2005年连续进行3年，播前耕翻平整土地，小区面积4 m×5 m=20 m2，均为4个重复。随机区组设计，小区间距0.5 m，区组间距1 m，试验地四周设2 m宽的保护行种植燕麦。播种量为75 kg·hm-2，行距25 cm，播深4～5 cm，播后人工耙平，每年均在4月底或5月初同期播种，由于生育期不同，参试品种达到各自成熟期后收获。

图1 兰箭3号春箭筈豌豆选育程序Fig.1 Breeding procedure of common vetch cv.Lanjian No.3

表1 各试验地点的自然条件Table 1 Environmental conditions of experimental sites

1.3.3 区域试验 2006-2007年连续进行2年，随机区组排列，4次重复，小区面积3 m×6 m=18 m2，区组间距1 m，小区间距0.5 m，试验地四周设2 m宽的保护行种植燕麦，播量、播深、田间管理同品比试验。

1.3.4 大田生产试验 2008-2010年采用大区对比法，不设重复，种植面积为0.15～0.20 hm2。田间管理按当地生产水平进行，无施肥、灌溉，播量、播深、田间管理同前。夏河和碌曲两地均为5月上旬播种，西峰为夏播，6月底或7月初播种。

1.4 测定项目

1.4.1 牧草及种子产量 对新材料选育试验，每个品种或群体标记15株，每株测定种子产量，草产量及草、种产量构成因素，包括每株一级、二级分枝数，每株荚数，每荚粒数，千粒重以及根重。并从每小区选择长势好、成熟早、结荚数多、种荚饱满、每荚粒数多的植株单收单打，测定种子与牧草产量，而后将所获种子混合，用作翌年播种材料。

对于品种比较和区域试验小区，生长期结束后测定全部参试品种的小区种子和牧草产量。手工摘取成熟的豆荚，自然风干，脱粒后测定小区的荚壳重和种子产量；摘除成熟豆荚后，将植株沿地表刈割，测定小区的鲜草产量，每小区再称取500 g鲜草带回实验室，95℃烘干24 h，测定各品种牧草干物质产量。

生产试验中，将整个地块人工收获，脱粒清选、风干后，称重、计算单位面积的种子产量。牧草产量测定时，将每地块设1 m2样方，5次重复，测定鲜重，而后称取500 g带回实验室，95℃烘干，测干重，计算单位面积产量。

1.4.2 物候期观测 在品种比较试验中，播后每10 d观察一次，物候记载依据“牧草、饲料作物观察项目与记载标准”［9］，即50%出苗为出苗期，10%植株开花为初花期，80%植株开花为盛花期。

1.4.3 形态特征观测 在各小区观测出苗、分枝、现蕾，开花、结荚、成熟等时期。并在每小区标记10株，测量苗期株高，盛花期观测花的颜色及不同花色比率。

苗期每小区挖出10株幼苗，目测茎基部的颜色并用尺测量紫色茎基的长度，于苗期和结荚初期，每小区各取10株，测定叶宽、叶长，计算长宽比。

1.5 统计分析

使用SPSS 17.0软件（SPSS公司，美国）进行数据统计分析，对各选育材料和品种所获得的数据按测定项目进行方差分析，采用Duncan法进行多重比较，显著性区间定义在95%水平。

2 结果与分析

2.1 新材料选育

经1999-2002年的连续选择，品系2505的单株种子产量从原种的2.69 g，增加到第4代的5.05 g，增加87.7%，干草产量从4.1 g·株-1，增加到第四代的6.6 g·株-1，增幅达61.0%。产量构成因素分析表明，种子与草产量的增加主要是由于每株荚数、每荚粒数以及二级分枝数增加，而一级分枝数则无明显改变（表2）。第3代和第4代之间各项指标均十分接近，似可认为经过连续4代的选择，中选群体的优良性状已基本达到稳定状态，形成了与其亲本2505显著不同的特征，将其命名为2505-1，进入品比试验。

表2 春箭筈豌豆2505-1品系各代种子与牧草产量及其构成因素Table 2 Seed yield，herbage dry matter yield and their components of F0-F4 common vetch new line 2505-1

2.2 新品系特征

2.2.1 种子与牧草产量 经2003-2005年连续3年的测定，2505-1、2505和333/A的种子产量分别为821、656和353 kg·hm-2，新品系2505-1比原始亲本高25.2%，比对照品种333/A高132.6%（表3）。参试3个品种（系）的草产量分别为2086、1681和2528 kg·hm-2。新品系2505-1的牧草产量较原始亲本提高24.1%，比333/A的产草量略低，相当于其产量的82.5%（表3）。

表3 新品系2505-1和对照品种的种子和牧草产量Table 3 Seed and herbage dry matter yields of common vetch new line 2505-1 and control cultivar（kg·hm-2）

2.2.2 物候期 新品系2505-1的早熟特性十分明显，3年生育期为92～106 d，平均为100 d，亲本品系2505生长期为98～111 d，对照品种333/A为104～122 d，平均分别为106和113 d，2505-1的生育期比其亲本品系2505和对照品种333/A分别短6和13 d（表4）。

表4 新品系2505-1和对照品种的物候期Table 4 Phenological phase of common vetch new line 2505-1 and control cultivar

2.3 新品系的适应区域

2006-2007年，连续两年在甘肃省庆阳市西峰区，甘南州夏河县和碌曲县三地进行试验。两年平均，新品系2505-1在西峰、夏河和碌曲三地的种子产量比原始亲本2505分别高16.5%、32.5%和18.5%，比对照品种333/A分别高48.0%、174.9%和108.9%（表5）。

表5 新品系2505-1和对照品种在3个试验地的种子产量Table 5 Seed yield of common vetch new line 2505-1 and control cultivar at 3 experimental sites

新品系2505-1在西峰、夏河和碌曲的干草产量比其原始亲本分别高27.2%、19.1%和19.0%，比对照品种333/A分别高14.3%、-9.8%和0.4%（表6）。

表6 新品系2505-1和对照品种在3个试验地点的牧草产量Table 6 Herbage dry matter yield of common vetch new line 2505-1 and control cultivar at 3 experimental sites

2.4 大田条件下牧草和种子产量

2008-2010年，在甘肃省庆阳市西峰区、甘南州夏河县和碌曲县大田生产条件下，新品系2505-1种子产量分别比其亲本2505平均增加18.3%、21.7%和22.2%，比对照333/A分别增加47.7%、97.7%和73.2%（表7）。

新品系2505-1的牧草产量亦高于其亲本品系2505，在西峰区、夏河县和碌曲县分别增加了12.7%、20.2%和31.9%，与333/A接近，增加幅度分别为7.3%、6.4%和1.8%，二者差异不显著（表8）。

2.5 新品系形态特征

根据数年观测，发现2505-1与其原始亲本2505无明显的形态区别，但与333/A存在着明显的形态区别，主要表现在1月龄左右的幼苗茎基部明显披带紫色，紫色茎基长度平均1.9～2.8 cm，明显短于333/A（2.4～5.8 cm），因地域而异。2505-1的种子近扁圆形，种皮带黑色斑纹，而333/A则为长圆形，种皮无斑纹。此外，2505-1比333/A早熟，播种至盛花期的天数少8 d（表9）。

表7 新品系2505-1和对照品种在大田生产条件下的种子产量Table 7 Seed yield of common vetch new line 2505-1 and control cultivar under field conditions

表8 新品系2505-1和对照品种在大田生产条件下的牧草产量Table 8 Herbage dry matter yield of common vetch new line 2505-1 and control cultivar under field condition

表9 新品系2505-1和品种333/A的形态特征Table 9 Morphological traits of common vetch new line 2505-1 and cultivar 333/A

3 讨论

春箭筈豌豆在西亚、北非及地中海沿岸国家广泛种植［10］，尤其适宜于年降水量250～400 mm的地区［11］，但尚无在高海拔地区生长的报道。“兰箭3号”春箭筈豌豆新品种是我国第一个在高山草原能够完成生命周期，且种子产量较高的品种。如果从1999年田间单株选育开始，到2010年申报新品种，历时12年（图1），作为一年生牧草，其选育周期似乎偏长。这固然是因为高山草原生境严酷，为选育工作带来很多困难；但另一方面，就选育工作本身而言亦有改进的余地。新品种是在完成3年区域试验后，又进行了3年的生产试验。根据国家草品种审定标准，区域试验和生产试验可同时进行［9］，由此即可相应地缩短3年的育种周期。

我国现有箭筈豌豆品种选育时间普遍偏长，均在10年以上。“兰箭3号”的选育，如前所述，如果安排得当，可以在10年之内育成。这主要得益于ICARDA根据育种者的目标，提供了较好的材料［8］。由此可以看出，掌握适宜的种质资源，亦即基因资源，是品种选育中事半功倍的重要因素［12］。另外，育种进程在很大程度上也取决于育种者的经验和在田间发现优异性状的能力。通过南繁措施或许可缩短选育周期。

近年来，基因组学和蛋白组学飞速发展，生物信息学和遗传信息学数据大量增加，分子生物技术广泛应用，基因技术和分子标记辅助选择取得了一定的进展，为开展分子设计育种奠定了基础［13］。与水稻（Oryza sativa）、小麦（Triticum aestivum）、玉米（Zea mays）等主要农作物相比，开展牧草分子设计育种的困难更多，这主要是因为对牧草基因网络和功能调控尚缺少研究，重要农艺性状的遗传基础、形成机制和代谢网络等方面也知之甚少，需要下大功夫开展基础研究。可以预见，常规育种在未来一段时期，将仍然是主要的育种方法。令人鼓舞的是我国学者正在开展春箭筈豌豆全基因组测序（刘志鹏，未发表资料），同时，在箭筈豌豆分子机制方面也进行了一些探讨［14-17］，这些成果将加快春箭筈豌豆常规育种的进程，并为分子设计育种提供重要的基础。

单株选择与混合选择是品种选育的常用方法。其中单株选择在育种早期有利于淘汰不良植株，提高选育效率。混合选择则能更好地反映育种群体的性状，这两种方法在箭筈豌豆育种中均是常用方法［18］。本研究采用单株选择与混合选择相结合的方法，在选育早期采用穴播，株距50 cm以上，在此条件下，植株拥有足够的营养空间，基本不存在竞争。因此，穴播条件下植株的性状可以反映出植物本身所具有的生物学、生态学特性。而在选育后期，采用混合选择可以加快选择进展。实践证明单株选择与混合选择相结合的方法，较适合于春箭筈豌豆的品种选育。江苏省农业科学院育成的6625和中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所选育的333A等品种，均是采用这两种方法选育而成。

春箭筈豌豆种内变异较大［19］，具有丰富的遗传多样性［20］。选育过程中采用的性状指标事关选育的成效。本研究中，确定了每株的荚数、每荚的粒数、千粒重等指标和每株一级分枝数、二级分枝数以及完成生育周期的生长天数等作为主要的性状指标。这些指标充分反映了箭筈豌豆种子和牧草生长的状况，是在材料评价、品种选育等方面采用的主要指标［21-23］。千粒重、一级分枝数和根干重是遗传力较强的指标，相对比较稳定（表2）。曾有研究报道，千粒重是较为稳定的性状［24］，但每株根系重量不易发生改变，在以往春箭筈豌豆选育的报道中似不多见。每株荚数、每荚粒数与种子产量密切相关，而每株的分枝数则与牧草产量密切相关［25］，其中每荚粒数，单株粒重等受环境的影响较大，通过选择可以获得理想的植株。

笔者以往对5个箭筈豌豆品系基因型与环境互作效应及农艺性状稳定性的研究表明，基因型与生态环境互作对各农艺性状具有比较强的可塑性，个体的表型是其与基因型和环境共同作用的结果［26］。表型、遗传与环境具有密切而复杂的关系，表型与遗传之间往往具有高度的一致性。因此，通过多地的试验与评价，可以在多地表现较好的特征，选择符合育种要求的材料。实际上，也就选择了所需要的遗传型。

环境条件尤其是气温与降水对箭筈豌豆的表现有重要影响［27］。在区域试验中，西峰、夏河、碌曲三地，西峰的温度最高，其在夏播条件下牧草产量达3214 kg·hm-2，显著高于碌曲的2213 kg·hm-2和夏河2769 kg·hm-2（表6），表现出温度与产草量的正相关性。在高山草原地区，7和8月的温度对箭筈豌豆完成生育周期、提高种子产量具有重要的影响，降水也有一定的作用［26］。“兰箭3号”的特征之一是生育期短（表4），这一优异特性适宜广大的高海拔草原区，已有研究表明其在西藏自治区海拔4500 m的地区表现出了优异的生产性状［28］。在西藏其他地区，与燕麦混播也表现出了很好的生产性能［29］。

“兰箭3号”生育期较短，种子产量较高，其光合产物的积累特征有待于进一步的研究。自新品种通过审定以来，在家畜生产与环境效应［30］、轮作系统中的作用及产出［31］等方面开展了初步的研究，需要进一步加大相关的研究力度和深度，并加快其在高山草原区的推广应用。