披碱草属牧草生物学特性及农艺性状评价*

贾振宇，米福贵,*，张跃华，孙 娜，王雪婷

(1.内蒙古农业大学草原与资源环境学院/草地资源教育部重点实验室/农业农村部饲草栽培、加工与高效利用重点实验室，呼和浩特 010018；2.内蒙古蒙草生态环境(集团)股份有限公司，呼和浩特 010030)

披碱草属(Elymusspp.)隶属于禾本科(Gramineae)小麦族(Triticeae)，主要分布于欧亚大陆和北美洲北部，垂直分布从海拔几米的海滩一直到海拔5200m以上的喜马拉雅山[1]。该属内多数种类为优良牧草，具有较高的饲用价值，同时含有麦类作物可能缺乏的抗虫、抗逆等优良基因，适应性广，抗逆性强，具有较高的生态、经济价值[2～3]，是我国北方地区最重要的禾本科牧草之一，也是固土治沙的重要草本植物。目前，国内对披碱草属牧草的研究主要集中在资源评价、栽培生产、抗逆性等方面[4～6]，而针对种质资源表型性状变异的报道还较少[7～9]。本试验运用相关分析、方差分析、主成分分析和隶属函数分析法，对五份披碱草属牧草材料的株高、叶片数量、叶片长度、叶片宽度、茎粗、茎节数、节间长度、穗长共8个表型性状进行测试鉴定，旨在为优良种质筛选及种植利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地自然概况

试验在呼和浩特市林格尔县盛乐镇西沟门合创农业科技研究中心进行，地处39°58′～40°41′N、 111°26′～112°18′E。该地区为中温带半干旱大陆性季风气候，干旱、多风，日照时间充足，昼夜温差较大。季节气温特点为：春季升温快；夏季昼长夜短，天热少雨；秋天降温剧烈；冬季昼短夜长，温度低。年均温6.2℃左右，7月均温22.1℃，近30年极端低温为-30℃，极端高温为35.9℃。0℃以上日均气温的连续时间约为233d左右；日均温度在5℃以上连续时间为195d左右。年均降雨量为392.8mm，日最大降水量为99.1mm。土壤为栗钙土，轻度盐碱化，土壤质地为非砂砾质。

1.2 供试材料及来源

参试材料为五份不同的披碱草属牧草种质，其中包括1个国审品种、3个栽培种和1个正处于选育和鉴定评价阶段的新品系，材料来源详见表1。

表1 参试披碱草属牧草材料来源

1.3 研究方法

1.3.1小区设计及田间管理

试验采用随机区组设计，三次重复。小区面积20m2(4m×5m)，小区间隔50cm，穴播，行距50cm，株距40cm。

1.3.2观测内容与方法

观测指标包括物候期、越冬率、单株鲜草产量、干草产量、茎叶比、鲜干比、植物学表型性状等。每份材料所有测定指标均设置30个重复。

物候期：主要记录返青期、抽穗期、开花期、完熟期，各物候期均以群体50%进入该时期为准。

越冬率：当年入冬前统计每小区存留植株总数，翌年返青后统计植株存活数，三次重复。越冬率=植株存活数/植株总数×100%。

单株生物量、叶茎比、鲜干比： 每份材料随机选取5株刈割，留茬高度5cm，编号称重，称取后将茎(含叶鞘)、叶分开，然后置于烘箱中，先105℃杀青30min，再65℃烘干12h。计算茎叶比、干生物量和鲜干比。

表型性状：于抽穗期测定，每个单株随机选取3个分蘖枝，分别测定株高、叶片长度、叶片宽度、节间长度、茎粗、穗长、茎节数、叶片数。

1.4 数据处理与分析

利用Excel 2007和SAS 9.0软件对观测性状的变异程度、变化规律及性状间相关关系进行统计和分析，利用隶属函数法对参试材料的农艺性状进行综合排序。

2 结果与分析

2.1 物候期

物候期观测结果列于表2。从表2看出，所有参试材料均能安全越冬，越冬率均在90%以上，其中披碱草2号的越冬率最高(96%)，表现出较好的抗寒能力。各参试材料越冬率排序为：农牧老芒麦<垂穗披碱草 <内农老芒麦 <圆柱披碱草<披碱草2号。

表2 各参试材料的生育期

播后第二年，五份供试材料均于4月上旬返青，6月下旬抽穗，7月上旬开花，7月底或8月上旬种子成熟。由返青至抽穗，依材料不同大约需要70～86d，抽穗至开花需15～20d，开花后约月余种子趋于成熟。圆柱披碱草、披碱草2号返青较早，而内农老芒麦和农牧老芒麦返青较晚，二者相比相差5～10d。各材料生育天数为110～132d，其中农牧老芒麦、内农老芒麦及垂穗披碱草的生育天数较短，尤以农牧老芒麦的生育天数为最短，返青后110d就可完熟。圆柱披碱草、披碱草2号的成熟期较其他三份材料晚7～10d，生育天数最长的是披碱草2号，完成完熟需要132d。

2.2 相关农艺性状

2.2.1不同材料间农艺性状的变异分析

相关性状的观察测试结果表明，供试材料间各性状指标的变异系数范围为6.55%～21.25%，其中节间长度、茎节数、花序长、叶片数量的变异幅度最大，变异系数分别为21.25%、15.07%、13.59%、11.46%；叶片宽度、株高的变异幅度最小，变异系数分别为9.41%、6.55%(表3)。变异系数从小到大顺序为：株高<叶片宽度<茎粗<叶片长度<叶片数量<花序长<茎节数<节间长度。

表3 参试材料各性状的平均值、标准差和变异系数

2.2.2不同材料间农艺性状的单因素方差分析

不同供试材料间，仅叶片宽度、叶片长度差异不显著(P>0.05)；而单株鲜重、单株干重存在着显著差异(0.01

表4 参试材料不同性状的单因素方差分析

2.2.3不同材料间农艺性状的相关分析

对五份供试材料表型性状进行的Pearson相关分析的结果表明，各性状间存在着明显的相关性(见表5)。其中，株高与节间长度呈极显著正相关，与单株干重和单株鲜重呈显著正相关，与茎叶比呈显著负相关；茎节数与叶片数量呈极显著正相关，与花序长呈显著正相关，与茎叶比呈显著负相关；茎粗与叶片长度呈显著正相关；茎叶比与鲜干比呈极显著正相关，与单株干重呈极显著负相关。 即株高、茎节数和叶片数量多、叶片宽且长的材料其花序也长，反之亦然。总体来看，地上生物量与茎节数、叶片数量、花序长、叶宽、叶长存在相关性，但均未达到显著水平，仅与株高呈显著正相关关系。

表5 参试材料不同性状的相关分析

2.2.4不同品种间农艺性状的主成分分析

对五份供试材料8个表型性状的主成分分析结果表明，特征值≥1的主成分有3个，累积方差贡献率达到80.92%，能够反映大部分信息。3个主成分的函数式如下(X1为株高，X2为茎节数，X3为叶片数，X4为花序长，X5为茎粗，X6为节间长度，X7为叶宽，X8为叶长)：

F1=-0.147x1+0.481x2+0.483x3+0.442x4-0.263x5-0.374x6+0.302x7-0.134x8

F2=0.560x1+0.219x2+0.223x3+0.239x4+0.473x5+0.318x6+0.203x7+0.407x8

F3=-0.413x1-0.155x2-0.143x3-0.050x4+0.236x5-0.433x6+0.313x7+0.665x8

由函数式可以看出:第一主成分贡献率为41.97%，茎节数、叶片数量因子的作用较大，基本上反映了植株叶片数量多少的特征；第二主成分贡献率为23.45%，株高、茎粗、节间长度对其作用较大，大致反映出这3个因子与植株株型相关的关系；第三主成分贡献率为15.49%，主要以叶片宽度和叶片长度为主，是反映植株叶片大小的综合指标(表6)。

表6 参试材料8个形态指标主成分的特征值、贡献率和累积贡献率

2.3 地上生物量

对地上生物量的测定结果表明(表7)，内农老芒麦、圆柱披碱草的生物量较高，且显著高于其他三种材料(P<0.05)，而农牧老芒麦和披碱草2号的生物量相对比较低，分别为9143.3kg/hm2和9093.8kg/hm2；内农老芒麦的生物量最高，显著高于其余四份参试材料(P<0.05)；圆柱披碱草的干草产量仅次于内农老芒麦，但与垂穗披碱草之间无显著(P>0.05)差异；农牧老芒麦和披碱2号干草产量相对较低，仅为4190.8kg/hm2和3707.5kg/hm2。

表7 参试材料茎叶比、鲜干比和产草量

五份参试材料茎叶比测定结果差异较明显(表7)，内农老芒麦的茎叶比最小，且显著低于农牧老芒麦、圆柱披碱草和披碱草2号(P<0.05)，但与垂穗披碱草无显著差异(P<0.05)。内农老芒麦和垂穗披碱草的鲜干比相对较小，分别为2.10和2.09，且显著低于其他三份参试材料(P<0.05)；农牧老芒麦、披碱草2号、圆柱披碱草的鲜干比相对较高，分别为2.81、2.74、2.67。该分析结果表明，内农老芒麦和垂穗披碱草干物质积累的相对较多。

2.4 综合性状评价

通过对包括株高、茎节数、叶片数量、花序长度、茎粗、节间长度、叶片宽度、叶片长度、叶茎比、鲜干比、干草产量、鲜草产量等指标在内的隶属函数分析，发现内农老芒麦综合性状隶属函数值最高(为0.68)，其次为圆柱披碱草(为0.54)，参试材料综合排序为农牧老芒麦<垂穗披碱草<披碱草2号<圆柱披碱草<内农老芒麦(表8)。

表8 参试材料各性状指标的隶属函数值

3 讨论

生物学特性和农艺性状是评价植物生长发育及产量潜力的常规指标和基本依据，有助于探明植物材料间的遗传变异及亲缘关系等[10]。植物种质资源经过长期的自然、人工选择和生态位适应，不同材料间通常会发生程度不同的分化[11]，呈现丰富的遗传变异[12～13]。供试五份披碱草属牧草种质间大多数性状指标的变异系数范围为6.55%～21.25%，差异均达到显著水平(P<0.05)，其中节间长度、茎节数、花序长、叶片数量的变异系数较高，表明供试种质与产草量相关的指标变异大，有利于进行高产种质的筛选。一般认为，株高、旗叶长、旗叶宽、分蘖数等性状对单株产量有贡献，但Pearson相关分析表明，单株鲜重、干重与叶宽、花序长、茎节数、叶片数量之间存在较高的相关性，但未达到显著差异水平，而仅与株高呈显著正相关(P<0.05)，这与孙铭等[14]对多花黑麦草优良种质表型变异分析的结果相似，可能的原因在于地上生物量的体现与农艺性状的整体关系较大，因此在披碱草属种质资源筛选过程中可能需要综合各项指标进行考察。主成分分析将8个性状指标综合成为3个主成分，这3个主成分分别反映了参试材料叶片数量的特征、植株高矮的特征和叶片大小的特征，代表了8个原始因子80.92%的信息量，是五份材料间形态变异的主要因素。相对于传统的分析方法而言，隶属函数统计分析法在立足植物多元指标的基础上进一步开展植物种质间的综合评价，从而在很大程度上提高了综合评价的准确性，且能更好地反应不同植物种质的真实表现，因而得到了较多的应用[15]。在本试验中，通过对参试材料的多个表型和产量相关性状隶属函数统计评价得出，内农老芒麦表现突出，是具有潜力的育种原材料。

4 结论

4.1内农老芒麦综合性状表现最佳，鲜草和干草产量最高，株高、叶长、叶宽、花序长等性状表现较优，在新品种选育和种植利用中具有较高应用潜力。

4.2五份披碱草属牧草在物候期、越冬率、生产性能、表型性状方面的综合评价排序为农牧老芒麦<垂穗披碱草<披碱草2号<圆柱披碱草<内农老芒麦。

4.3在五份披碱草属牧草的表型性状中，株高、茎节数、节间长度、茎粗、叶片数量、叶宽、叶长是主要的变异来源，其中茎节数和叶片数量引起的变异最大，其次是株高、茎粗和节间长度，最后为叶宽和叶长。