山螞蝗屬Desmodium Desv.種質資源形態多樣性研究

劉苗苗等

摘 要 對37份山螞蝗材料的植物學特征、外部性狀的變異及其規律進行觀測統計及聚類分析。通過數據統計和相關性分析，結果表明：（1）山螞蝗的植物學特征存在廣泛變異，其變異系數為85%（葉柄長）～9%（葉色），平均為45%；（2）山螞蝗植物學各性狀指標間存在不同程度的相關性，其中葉片類型、葉尖、花冠顏色、莖的生長習性、旗瓣大小、莢果長、莢果寬、單莢粒數之間存顯著（p<0.05）或極顯著（p<0.01）正相關，葉長與葉寬正相關系數最大（0.892）；葉片類型與葉長、葉寬、花序軸長度成極顯著負相關，系數分別為-0.611、-0.462、-0.485。通過聚類分析，在歐氏距離8.0處，可將37份供試山螞蝗材料劃分為6類，其中度尼山螞蝗CIAT46562和灰色山螞蝗CPI46561單獨聚為一類，為直立或斜升、羽狀三出復葉型。

關鍵詞 山螞蝗屬；種資資源；形態特征；變異

中圖分類號 S54 文獻標識碼 A

Abstract Sixteen important morphological characteristics of 37 Desmodium Desv. accessions were studied. The results indicated that abundant morphological variation existed among the populations of D. Desv. The coefficients of variation were in the range of 9% to 85%， with the average of 45%. The morphological characteristics of D. Desv. had different degree of correlation coefficient， and leaf type， blade tip， corolla color， stem growth habit， and the flag size， pod fruit length， pod fruit width， grains per pod had significant（p<0.05）or extremely significant（p<0.01）positive correlation， and the correlation coefficient between length and width of leaf was the largest（0.892）. In addition， the correlation coefficients between leaf type and leat length， leaf width and inflorescence length were negative， which was -0.611， -0.462， -0.485. Based on 16 morphological characteristics， these accessions were clustered into six groups. CIAT4656（D. dunniinicaraguense）and CPI46561（D. incanum）were a group， they were all erect or inclined and ternate pinnate leaf type.

Key words Desmodium Desv.； Germplasm resources； Botanical morphological characteristics； Variation

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.10.004

隨著畜牧業的迅速發展，牧草研究作為生產業基礎得以重視，海南地理位置特殊，氣候條件優越，牧草資源豐富，尤為適宜牧草基礎生產業的研究。山螞蝗屬（Desmodium Desv.）是豆科蝶形花亞科山螞蝗族，一年或多年生草本或灌木植物，廣泛分布于熱帶和亞熱帶地區，全球約350種[1-4]。山螞蝗屬植物適應性強，某些品系具有較強的抗旱性和耐鹽性、耐干熱、耐貧瘠，對土壤適應范圍廣等特點[5-7]，其用途廣泛，可做飼料、綠肥、堤岸防護，也可用于人工草地建植或天然草地改良，某些山螞蝗屬植物具有較高的藥用價值，某些舞草類還能用于園林造景[8-12]。由于山螞蝗屬某些植株粗蛋白含量較高，是較好的牧草飼料，1980年后，我國海南、廣東、云南等省區先后從澳大利亞和哥倫比亞等國引進山螞蝗屬的多個牧草品種[13-14]，以豐富國內牧草種質資源。

關于山螞蝗屬植物的研究，國外研究較深入，Mbugua等[15]用銀葉山螞蝗、綠葉山螞蝗等熱帶豆科植物進行體外消化試驗發現，山螞蝗屬植物中的單寧能抑制反芻動物對飼料的消化率。Nurfeta等[16]將綠葉山螞蝗與玉米秸稈配合飼喂綿羊發現，配合飼喂可提高綿羊對玉米秸稈的利用率。國內研究近幾年有了較大發展，研究方面也越來越廣泛，從生理生化到生物分子均有涉及。徐開未等[11]進行了關于山螞蝗屬固氮菌抗逆性研究，篩選到抗鹽、抗酸堿、抗低溫和高溫性能均較強的優良菌株4株。賀欣、王春梅等[8，17]對山螞蝗屬植物進行分子標記，對其種質資源進行分類。國內對山螞蝗植物外觀形態的研究較少，而外觀形態是山螞蝗遺傳變異研究的重要依據之一。不同來源的山螞蝗種質在當地自然條件的過程中，必然發生遺傳分化，并表現出種質之間形態上的差異[18]。因此植物外部形態的觀測與研究是植物各方面研究的基礎，對植物前初級生產層尤為重要。近年來我國關于植物種質資源調查的工作大量展開，植物形態方面的研究取得很大進展。楊慧濱[19]通過對四翅濱藜、冰草、高羊茅的植物學特征和物候期觀察發現，四翅濱藜的適應性很強、營養價值高，適宜作為牧草引種；唐燕瓊等[18]通過對48份柱花草種質植物學特性的觀測研究，對其進行聚類分析，將48份種質分為兩大類： 圭亞那種柱花草種和非圭亞那種柱花草種。隨著山螞蝗在牧草方面的開發，對山螞蝗的研究也越來越廣泛，范小勇等[6]對部分山螞蝗植物學特性進行了觀測分析，但由于該實驗只對山螞蝗屬植物的葉和種子進行觀測，因此本實驗在此基礎上增加了對莖和花的觀測，增強數據的說服力，以研究山螞蝗屬不同種質資源主要形態特征的變異及探討各性狀間的相關性，以奠定山螞蝗屬植物種質資源的研究基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗地概況 試驗在中國熱帶農業科學院牧草中心試驗基地進行（北緯19°31′，東經109°34′），海拔149 m，屬熱帶季風氣候類型。太陽輻射強，光熱充足。年平均光照時數在2 000 h以上，雨量適中，年降雨量900～2 200 mm，年均1 815 mm。由于受季風影響，全年雨量分布很不均勻，干季雨季分明。5～10月份為雨季，占年雨量的84%，11月～次年4月為干季，占年雨量的16%。土壤為花崗巖發育的磚紅壤土，肥力中等，排水良好[12，20]。

1.1.2 材料 參試的山螞蝗屬種質共37份，均由中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所熱帶牧草中心提供（表1）。

1.2 方法

1.2.1 實驗方法 山螞蝗的種植小區面積26 m2（長6.5 m×寬4 m），行距50 cm，每小區13行，每行8株，每區105株，小區之間間隔1 m，走道1.5 m。試驗觀測期間為7月至翌年1月。根據熱帶牧草種質資源數據質量控制規范[21]，觀測期間在每個小區內隨機抽取山螞蝗的莖、葉、花、莢果和種子進行觀測，形態指標分為質量性狀（莖的顏色、葉色、葉片類型、葉尖、葉基、花冠顏色、莖的生長習性）和數量性狀（葉柄長、葉長和葉寬、花序軸長度、每朵花序小花數、旗瓣大小、莢果長度、莢果寬度和單莢粒數）。采用目測法測定質量性狀，使用實驗工具尺測量數量性狀，每個指標重復20次。

1.2.2 形態指標測定 根據熱帶牧草種質資源數據質量控制規范[21]選擇其中9項，具體如下：

葉色、葉片類型、葉尖、葉基、葉柄長、葉長和葉寬，莖的顏色、莖的生長習性：于2013年7月隨機抽取成熟葉片20張，測定其葉柄長、長度和寬度，求平均值；采用目測法，觀測葉色、葉片類型、葉尖、葉基和莖的顏色、莖的生長習性，20次重復。

花序軸長度、每朵花序小花數、旗瓣大小和花冠顏色：盛花期（2013年11月）隨機抽取花序軸20枝，測定其花序軸長度、每朵花序小花數和旗瓣大小，求平均值；目測法觀測花冠顏色，重復20次。

莢果長度、莢果寬度和單莢粒數：莢果成熟期（2014年1月）隨機抽取莢果20枚，測定其莢果長度、寬度和每顆莢果的粒數，求平均值。

1.3 數據處理

運用Excel 2013進行數據整理，觀測數據記錄后，運用賦值法和數量性狀共同進行變異性分析。賦值如下，莖的生長習性：1，直立；2，斜升；4，平臥；5，匍匐?；ü陬伾?，黃紫；14，白紫；16，淡紫；17，紫色；18，深紫；19，藍紫。葉基：1，銳尖；2，漸尖；3，鈍性；5，凹；6，凸；7，微凸；8，截形。葉片類型：1，單葉；6，羽狀三出復葉。葉色：10，淺綠；11，綠色；12，深綠。莖的顏色：11，綠色；14，紫綠；17，紫色；18，深紫；20，紅褐；21，褐色；22，深褐。利用SPSS（16.0）數據處理系統軟件對所測性狀進行處理，進行相關性分析，并按歐氏距離進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 山螞蝗植物學性狀變異分析

通過對37份山螞蝗種質資源的16個植物學性狀進行基本統計分析，結果表明（表2），不同材料間存在不同程度的差異，表現出明顯的形態多樣性。其中，葉柄長變異范圍最大，為7.24～87.40，變異系數高達85%，其次是莖的生長習性，變異系數為76%，花序軸長度、葉片類型、每朵花小花數和葉尖變異系數亦較高，分別為70%、67%、65%和54%，變異范圍分別為2.03～13.70、1.00～6.00、6.57～44.60和1.00～7.00；葉色變異幅度最小，變異系數僅為9%，變異范圍為10.00～12.10；葉長、葉寬、旗瓣大小、莢果長度、莢果寬度、單莢粒數、莖的顏色、葉基、花冠顏色變異系數較小，分別為38%、45%、35%、37%、31%、32%、28%、34%和15%。

2.2 山螞蝗植物學性狀相關性分析

通過對供試材料統計分析發現，37份山螞蝗之間的植物學形態并不是相互獨立，而是存在一定的關系，由表3可知各營養器官之間存在一定的相關性。顯而易見，葉長和葉寬之間極顯著相關系數為0.892，葉片越長，葉片越寬，因此可知山螞蝗植株葉片長寬比，較為集中，實驗觀測發現葉片類型基本為闊橢圓形。葉片類型與葉尖、莖的生長習性呈極顯著正相關關系，相關系數分別為0.626和0.564，并與葉長、葉寬存在極顯著負相關，相關系數達-0.611和-0.462，即單葉（賦值為1）的葉長、葉寬比羽狀三出復葉（賦值為6）的葉長、葉寬長，反之亦然。葉柄長與葉長、葉寬之間也存在極顯著正相關，相關系數分別為0.439和0.644，即葉柄越長，葉長和葉寬越長。

各生殖器官之間亦存在不同程度的相關性，由表3可知，旗瓣大小與莢果長度和寬度及單莢粒數存在極顯著正相關，相關系數分別為0.845、0.890和0.426，說明旗瓣越大莢果越大，單莢粒數越多。同時莢果長度與莢果寬度、單莢粒數存在極顯著正相關，分別為0.730、0.703。

營養器官與生殖器官之間亦有一定相關性，莖的生長習性與花序軸長度有極顯著負相關性，相關系數為0.719，即直立莖（賦值為1）比匍匐莖（賦值為5）的花序軸長。葉片類型與旗瓣大小存在極顯著正相關，相關系數為0.469，且葉片類型與花序軸長度有極顯著負相關性，即單葉的花序軸長度比羽狀三出復葉的要長。

2.3 山螞蝗植物學性狀聚類分析

通過聚類分析結果如圖1所示，在歐氏距離8.0處，可將37份供試山螞蝗材料劃分為6類，其中CIAT46562和CPI46561聚為1類。第2類有絨毛山螞蝗48 和CIAT 13218兩種絨毛類山螞蝗。第3類有070313012和101115020兩個大葉山螞蝗品系。第4類包括長柄類和南美類山螞蝗4個品系，第5類為絕大多數的大葉山螞蝗品系和長柄山螞蝗2012.7.7及040822008，共13個品系，占供試材料的35.16%，第6大類包括異果山綠豆、異葉山螞蝗CIAT13651、糙伏山螞蝗CIAT和全部的卵葉山螞蝗、圓葉舞草類，共14個品系，占供試材料的37.84%。

第一大類僅有的兩個品系，由圖2可知，在此類中莢果形狀較大，極為相似，這類葉片類型均為羽狀三出復葉，莖直立或斜升。從聚類分析中可知，卵葉山螞蝗與糙伏山螞蝗CIAT和異葉山螞蝗之間；異果山綠豆CIAT3787與圓葉舞草類之間；山螞蝗04082208與大葉山螞蝗之間；南美山螞蝗與長柄山螞蝗之間具有一定的親緣關系。

3 討論與結論

供試的37份山螞蝗之間的形態差異很大，只有葉色和花冠顏色變異系數在20%以下，分別為9%和15%，其他14個植物學性狀的變異系數均不小于28%，其中葉柄長的變異系數高達85%，這一結果也與范小勇等[6]的分析結果相似，說明在長柄山螞蝗的分類上確實存在很大的空間。實驗觀測分析發現，葉柄最長的山螞蝗是度尼山螞蝗CIAT46562，平均數高達87.4 cm，其次是灰色山螞蝗CPI46561，平均葉柄長69.51 cm。其次是莖的生長習性，其變異系數為76%，也能較容易通過系統選育的方法選育出直立型和匍匐型山螞蝗。

在37份供試山螞蝗的16個植物學性狀中各營養器官與各生殖器官之間存在不同程度的相關性。其中葉長與葉寬的極顯著正相關系數達0.892，長寬比在1.5～2.0范圍內，因此葉形較接近闊橢圓形。分析發現旗瓣大小與莢果長度、莢果寬度、單莢粒數成極顯著正相關，相關系數分別為0.845、0.890和0.429，所以在系統培育時在盛花期選擇花朵大的，可提高種子產量。在營養器官中葉片類型與其他營養器官和生殖器官均有極顯著相關性，與葉長和葉寬的相關系數分別為-0.611和-0.462，即單葉葉片面積比羽狀三出復葉大，與莢果寬度有極顯著正相關性，相關系數為0.493。這表明在山螞蝗牧草收獲若以營養器官為主，可盡量選擇單葉，可提高牧草產量，若以生殖器官為主，則可選擇羽狀三出復葉形的山螞蝗。通過37份山螞蝗供試材料系統評價，對選育出長柄山螞蝗和短柄山螞蝗類型以及直立型和匍匐型山螞蝗奠定基礎；根據花序軸長度和葉片類型，為今后選育出長花序軸和短花序軸類型及單葉和羽狀三出復葉兩大類型的山螞蝗材料提供參考。

對37份供試山螞蝗植物的形態進行聚類分析的結果基本與植物學分類相同，卵葉山螞蝗在歐氏距離2.2處即可歸為一類，圓葉舞草在歐氏距離4.3處可聚為一類。分析發現大葉山螞蝗070313012和大葉山螞蝗101115020在歐氏距離約6.0處即可獨立歸為一類，這說明大葉山螞蝗類型之間存在一定差異。范小勇等[6]的分析結果中度尼山螞蝗和灰色山螞蝗與部分絨毛山螞蝗和個別大葉山螞蝗聚為一類，在本試驗中將其單獨聚為一大類，這也可能是形態指標易受環境影響，故同一地點觀測的數據有差異。綜上，山螞蝗屬植物種資資源繁多，遺傳多樣性豐富，在生產中可根據葉片類型的不同，選擇營養器官或是生殖器官做為合適的飼料。

參考文獻

[1] 陳艷琴， 周漢林， 劉國道. 山螞蝗飼料資源研究進展[J]. 草業科學， 2010， 10（10）： 173-178.

[2] 劉國道， 羅麗娟. 中國熱帶飼用植物資源[M]. 北京： 中國農業大學出版社， 1999： 213-273.

[3] 字學娟， 李 茂， 周漢林， 等. 14 種熱帶粗飼料營養價值評價[J]. 飼料研究， 2012（5）： 44-45.

[4] 李樹剛. 廣西植物志（第二卷）——種子植物[M]. 南寧： 廣西科學技術出版社， 2005.

[5] 谷 峻. 中國不同地區的山螞蝗、 甘草根瘤菌多相分類和系統發育研究[D]. 北京： 中國農業大學， 2005.

[6] 范小勇， 劉國道， 虞道耿. 山螞蝗屬植物外部形態變異及形態類型研究[J]. 安徽農業科學， 2010， 38（19）： 10 051-10 053.

[7] 劉國道， 羅麗娟， 白昌軍， 等. 海南豆科飼用植物資源及營養價值評價[J]. 草地學報， 2006， 14（3）： 254-260.

[8] 賀 欣， 劉國道， 劉迪秋， 等. 利用ACGM和EST-SSR標記對云貴高原野生山螞蝗屬種質的遺傳多樣性分析[J]. 草業學報， 2008， 12（17）： 102-111.

[9] 韋群輝， 左愛華， 楊 晶， 等. 民族藥波葉山螞蝗的生藥學研究[J]. 中國民族醫藥雜志， 2007， 7（7）： 49-51.

[10] 田茂軍， 郭孟璧， 張舉成， 等. 小葉三點金揮發油化學成分的研究[J]. 云南化工， 2005， 32（5）： 17-28.

[11] 徐開未， 張小平， 陳遠學， 等. 金沙江干熱河谷區山螞蝗屬根瘤菌抗逆性研究[J]. 安徽農業科學， 2009， 37（2）： 501-503.

[12] 白昌軍， 劉國道， 何華玄， 等. 熱研16號卵葉山螞蝗選育與利用[J]. 草地學報， 2008（1）： 39-44.

[13] 袁福錦， 奎嘉祥， 謝有標. 南亞熱帶濕熱地區引進豆科牧草的適應性及評價[J]. 四川草原， 2005（10）： 9-12.

[14] 劉國道， 周家鎖， 白昌軍， 等. 15種熱帶豆科牧草品種比較試驗[J]. 熱帶農業科學， 1999， 4（2）： 10-14.

[15] Mbugua D M， Kiruiro E M， Pell A N.In vitro fermentation of intact and fractionated tropical herbaceous and tree legumes containing tannins and alkaloids[J]. Animal Feed Science and Technology， 2008， 146（1）： 1-20.

[16] Nurfeta A， Tolera A， Eik L O， et al. Feeding value of enset （Ensete ventricosum）， Desmodium intortumhay and untreated or urea and calcium oxide treated wheat straw for sheep[J]. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition， 2009， 93（1）： 94-104.

[17] 王春梅， 徐娜， 李陽春， 等. 山螞蝗屬植物DNA提取方法研究[J]. 草業與畜牧， 2011（5）： 8-11.

[18] 唐燕瓊， 李瑞梅， 符少萍， 等. 柱花草種質植物學特征比較分析[J]. 江西農業大學學報， 2011， 33（4）： 629-635.

[19] 楊慧濱. 3種牧草生物生態學以及營養比例的研究[J]. 天津農業科學， 2013， 19（4）： 92-94.

[20] 廖 麗， 白昌軍， 郭曉磊， 等. 竹節草種質資源形態多樣性研究[J]. 熱帶作物學報， 201l， 32（11）： 2 042-2 047.

[21] 白昌軍， 劉國道. 熱帶牧草種質資源數據質量控制規范[M]. 北京： 中國農業出版社， 2007.