海拔與黃花苜蓿表型性狀的相關性研究

若扎·扎爾汗，李倩，王玉祥*，張博*

(1.西部干旱荒漠區草地資源與生態實驗室，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆農業大學草業研究所，新疆 烏魯木齊 830052)

黃花苜蓿(Medicagofalcata)屬豆科苜蓿屬多年生牧草，原產于西伯利亞地區[1]，在我國主要分布于東北、華北、西北各地，新疆和內蒙古是我國野生黃花苜蓿的主要地理分布區域，常呈集中連片分布[2]。黃花苜蓿野生種中存在著廣泛的遺傳多樣性，盡管其豐產性能不能和栽培品種相比，但具備一些優良特性，如抗逆性、抗病性、抗蟲性、營養豐富及多葉性、根蘗性等，是一種很好的育種資源[3]。有關黃花苜蓿的研究主要集中在花、果、葉等變異方面。其中，苜蓿種群間、種群內表型性狀變異幅度大，與地理位置有關[4-6]，類群間變異程度與生境(地理位置)呈正相關[7-9]，其遺傳多樣性不僅存在于種群間，個體間的形態差異也較大[10]。

新疆具有豐富的黃花苜蓿資源，種群分布具有范圍廣、垂直跨度大和生長環境多樣的特點。但有關新疆黃花苜蓿的研究較少，且主要是在同一生長環境條件下進行的[2-3,11]。新疆黃花苜蓿具有豐富的多樣性，表型性狀與地理距離之間存在顯著正相關[12]。而有關原始生境條件下，黃花苜蓿表型性狀在不同海拔的多樣性尚不清楚。不同經緯度、海拔來源的黃花苜蓿在同一生長環境下表型性狀差異較大，且與經緯度、海拔之間存在相關性，那么在同一經緯度不同海拔條件下的黃花苜蓿表型性狀之間是否有差異，與海拔又有怎樣的關系，目前尚未有報道。為了探明同一經緯度不同海拔野生黃花苜蓿表型性狀的變化規律，試驗在新疆烏魯木齊南山謝家溝試驗基地進行，以自然生長的黃花苜蓿為研究對象，通過對同一經緯度不同海拔黃花苜蓿的表型性狀進行研究，探索其表型在山地草原垂直分布帶的變化規律，以期為進一步開展黃花苜蓿遺傳多樣性及種質創新研究提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 試驗地區自然概況

試驗地設在烏魯木齊南山謝家溝八號橋，N 43°43′，E 86°94′，海拔2100～2350 m。海拔2350 m以上是草甸草原，地勢平坦，無黃花苜蓿；2150～2350 m是山地草原，坡度40°～60°，林帶中主要是黃花苜蓿和白三葉(Trifoliumrepens)；2100～2150 m，無林帶，優勢種是黃花苜蓿和白三葉；2100 m以下黃花苜蓿極少。樣地選擇在“V”型的谷底無樹木的相對平坦的區域，土壤為黑鈣土，土層厚度20～40 cm。

1.2 試驗設計

以自然生長的野生黃花苜蓿為研究對象，從海拔2350到2100 m，每隔50 m(垂直距離)設置一個樣地，依次設在海拔為2350 m (A)、2300 m (B)、2250 m (C)、2200 m (D)、2150 m (E)和2100 m (F)的6個區域，相鄰樣地之間平均水平距離40 m左右。其中，每個樣地隨機設置3個樣點，每個樣點面積12 m2(3 m×4 m)。2017年6-8月在黃花苜蓿花期，每個樣點隨機選擇10個單株，用游標卡尺(±0.02 mm)測量株高、葉長、葉寬、葉柄長、節間長、莖粗、花序長、花序寬、小花長、小花寬、花柄長、花萼長、花萼寬、旗瓣長、旗瓣寬、翼瓣長、翼瓣寬等，葉綠素用SPAD-502儀器測定。其中，葉為主枝上從頂端開始倒數第4片葉，節間長和莖粗為主枝上倒數第4個莖節，花序為主枝上倒數第3個花序，小花為主枝上即將開放但未綻放的小花。

1.3 數據處理

采用SPSS 17.0軟件進行變異系數分析、相關性分析。

2 結果與分析

2.1 黃花苜蓿葉與花表型性狀分析

黃花苜蓿的表型性狀指標隨著海拔的變化呈現不同的變化規律(表1)。隨著海拔的降低，株高、葉長、葉寬、花柄長、花萼寬、旗瓣長、龍骨瓣長等呈現“降-升-降”的變化趨勢，葉柄長、小花寬、葉綠素含量等呈現“降-升-降-升”的變化趨勢，花序長則呈現“升-降-升”的變化趨勢。

海拔不同，各個指標變化規律也不同。樣點A的株高最高，樣點E次之，樣點F株高最矮，3個樣點的株高差異顯著 (P<0.05)。花序長在樣點B最長，在樣點F最短；葉長在樣點A最長，在樣點C最短；葉寬在樣點E最寬，在樣點C最窄；小花長則在樣點F最短。株高從海拔2200 m(樣點D)下降到海拔2150 m(樣點E)時是升高的，再下降到海拔2100 m(樣點F)又是降低的，同樣葉長、葉寬、節間長、莖粗、小花長、花柄長、花萼長、花萼寬、旗瓣長、翼瓣長、翼瓣寬、龍骨瓣長、龍骨瓣寬也呈現相同的變化規律。這可能與植物本身長期的環境適應性有關。其中，株高、葉長、葉寬、莖粗等在從樣點D過渡到樣點E時均有明顯的增加，而株高、葉寬、葉柄長、節間長、花序長、小花寬、花萼長、龍骨瓣寬等差異顯著(P< 0.05)，這說明樣點E的地理環境對表型性狀的發育有利，這可能是因為海拔在2150 m的自然條件不僅能夠滿足黃花苜蓿的生長需要，而且也是其較適宜的生長環境。

表1 黃花苜蓿表型性狀方差分析Table 1 Analysis of variance of phenotypic traits of M. falcata

注：同行相同字母表示差異不顯著(P>0.05)，不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note: The same letters in same row indicate the difference is not significant (P>0.05)， the different letters in same row indicate significant differences (P<0.05).

2.2 表型性狀變異分析

通過對黃花苜蓿的表型性狀變異性分析發現，海拔對黃花苜蓿表型性狀影響較大(表2)，各個指標的平均變異系數范圍為4.46%～14.94%。其中，翼瓣寬的平均變異系數最大，為14.94%；小花長變異系數最小，為4.46%。各指標之間變異系數最大的是樣點E的旗瓣寬，為22.83%；變異系數最小的是樣點D的小花長，僅為1.30%。同一指標在不同海拔下的變異系數不同，這可能與其具體生長的環境的光照、溫度和濕度有關。由于不同性狀對環境的適應程度也不同，從而導致變異系數的變化幅度和方向不同。這也進一步說明生境條件對苜蓿的表型性狀影響較大。

表2 黃花苜蓿表型性狀變異性分析Table 2 Variation analysis of phenotypic traits of M. falcate (%)

2.3 表型性狀相關性分析

相關性分析表明(表3)，海拔與株高、花序長呈極顯著正相關，相關系數分別為0.490、0.601，與花柄長、龍骨瓣寬呈極顯著負相關，與其他指標間的相關性不顯著。株高與葉長、節間長極顯著正相關，相關系數分別為0.554、0.565；株高也與葉柄長、莖粗之間存在顯著正相關；花序長與葉寬顯著正相關，與節間長極顯著負相關；花序寬與株高、花序長顯著正相關；小花長與花序長極顯著正相關，與節間長顯著負相關；旗瓣長與株高、葉柄長、花柄長極顯著正相關，與花序寬顯著正相關；翼瓣長與株高、葉柄長、花柄長、旗瓣長極顯著正相關，相關系數分別為0.474、0.591、0.478、0.634，與節間長、莖粗顯著正相關，與旗瓣寬顯著負相關；龍骨瓣寬與葉柄長、節間長、花柄長、翼瓣長極顯著正相關，與株高、旗瓣長等顯著正相關，與花序長極顯著負相關。

3 討論

表型性狀是植物外部特征的綜合，是植物適應環境變異最直接的表現，也是影響其生存的主要因素之一[13]。盡管表型性狀變異具有一定的遺傳基礎，但是環境壓力在植物表型性狀變異中也起著重要作用，植物很難處于生長發育所需的最適宜環境條件，無論是氣候變化還是生長發育過程的群落條件，在其生長過程中各個植株體之間總要產生或大或小的差異[14-16]。

植物表型性狀具有一定的變異性和穩定性，受植物內在基因組成和其所處環境兩方面的影響[15-19]。6個樣點各個指標的平均變異系數范圍為4.46%～14.94%，說明黃花苜蓿在不同海拔高度下也具有豐富的表型多樣性，這與于林清等[7]研究結果一致。相關性分析表明，除了株高，其他指標與地理位置間的相關性不顯著，這與前人的[3,20]研究結果不一致，可能是因為前人的試驗材料之間的地理位置相對較遠，而且生境差異較大，所以表型變化與地理位置之間具有較高的相關性。而本研究是在同一經緯度不同海拔下進行， 生長環境除了海拔高度不同之外，其他條件基本一致，尤其是生長的土壤條件基本一樣，均為黑鈣土，因而相關性不明顯；也有可能是因為樣點之間的距離相對較小，且黃花苜蓿是連續性分布，造成表型性狀的差異與地理位置的相關性不顯著，其具體原因有待進一步深入研究。

本試驗僅對葉、花等形態指標進行測量，而未對莢果和種子等指標進行比較分析，也未測量不同海拔條件下的光合參數等指標，這是本研究的不足。同時，設置的樣點不夠多，除了6個樣點的黃花苜蓿分布均勻外，海拔為2100 m以下的區域黃花苜蓿呈現零星分布，且多被牛羊等動物啃食，難以進行準確的觀察研究。在后續的研究中，將繼續補充完善相應試驗數據，并對該區域的黃花苜蓿生長狀況進行動態監測。

4 結論

黃花苜蓿表型性狀隨著海拔的降低總體呈現“降-升-降”的趨勢，表型性狀的平均變異系數為8.49%，變異范圍為1.30%～22.83%；相關性分析表明海拔與株高、花序長、花柄長、龍骨瓣寬的相關性顯著，與其他性狀相關性不顯著。綜合分析認為，黃花苜蓿適宜生長在北緯43°43′、東經86°94′、海拔為2150 m左右的區域。