不同來源馬棘種子和苗期性狀的變異研究

范彥　唐露

摘? ?要? ?為了揭示馬棘種子和苗期性狀的變異規律，篩選馬棘新品種選育的優異種質，對巫山地區19個馬棘種質種子和苗期共10個性狀進行調查分析。結果表明，馬棘不同種質間的種子和苗期性狀有顯著差異（P<0.05），種子平均變異系數7.73%～12.88%。相關性分析表明，種子長、種子寬、發芽率與種子千粒重呈極顯著正相關，苗高與地上生物量和地下生物量呈極顯著正相關;采用主成分綜合得分法篩選出12號、25號、16號3個得分較高的資源;應用聚類分析將19個種質聚為3類，其中第Ⅱ類綜合表現較好，包含較大苗高、種子寬、地上及地下生物量。

關鍵詞? ?馬棘;種子;苗期生長;表型性狀;綜合分析

中圖分類號：S811? ?文獻標志碼：A? ? DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.19.008

馬棘（Indigofera? pseudotinctoria Mats）隸屬于蝶形花科（Papilionaceae）木藍屬（Indigofera），全屬包含約750個種，廣泛分布于熱帶及亞熱帶地區，亞洲及非洲分布最為豐富[1-2]。馬棘為多年生二倍體（2n=2X=16）小灌木，在中國、日本及韓國是一種重要的經濟及農業樹種，分布于海拔100～2 000 m的草地、山坡和灌木叢中[3]。馬棘含有黃酮類、酚類、鞣質、類甾醇類及多種微量元素，具有清熱解毒、祛痰止咳、鎮痛消炎等功效[4]。馬棘生長旺盛、枝葉繁茂、適口性好、固氮能力強、營養價值高，是高產優質的木本飼草[5];根系發達，耐瘠薄、適應性強，觀賞性佳，廣泛應用于城市綠化，邊坡防護，水土保持[6];作為飼用觀賞兼用型豆科木本植物，具有很高的飼用價值、生態價值和經濟價值，越來越受到人們的重視。研究者對馬棘藥性物質提取及功能驗證[7]、育苗栽培[8]、抗逆性[9]、水土保持[10]、飼用價值[11]及遺傳多樣性[12]等方面開展了相關研究。

筆者長期以來從事西南區馬棘野生種質資源的收集、評價及育種研究，利用AFLP分子標記對巫山縣不同海拔地區的馬棘種質資源進行分析，發現其具有豐富的遺傳多樣性，由于長期的地理隔離和自然選擇，不同居群在形態上出現不同的變化。野生馬棘在自然條件下，種子結實率高，形態變異度大。種子產量和形狀、發芽率是野生馬棘馴化選育的重要指標，通過研究種子表型多樣性，相關聯的苗期性狀，可為馬棘種質資源創新和保護利用提供一種理論方法。本研究采集了19份野生馬棘種質資源（巫山縣18份、南川區1份），研究不同居群的馬棘種子質量和幼苗生長的差異特征，為馬棘馴化選育篩選優異種質資源提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為從巫山縣各地區采集的18份馬棘種子和南川區采集的1份馬棘種子，各采集地的編號和自然條件見表1。2015年11月至2016年2月，在種子成熟期，每個采集地選擇15株以上優良植株采集等量的種子，混合后作為該采集地的種質供試材料。

1.2 種子形態性狀測定

將采集回來的馬棘莢果自然風干后揉搓取得種子。用電子游標卡尺分別測量種子長、種子寬，每個采集點每個重復隨機選取30粒種子，3次重復。隨機選取每個地點100粒馬棘種子，用萬分之一精度電子天平稱其重量，重復5次，計算種子千粒重。

1.3 種子發芽指標測定

每個地點每個重復選取飽滿的種子50粒，3次重復。用5%次氯酸鈉溶液消毒5 min，然后用蒸餾水沖洗3次，在蒸餾水中浸泡12 h。在直徑9 cm的培養皿內鋪3層濾紙，加入10 mL蒸餾水，將浸泡后的種子均勻擺在培養皿中。將培養皿放入植物生長箱（25 ℃，空氣濕度70%）內連續培養10 d，其間每天澆水以保證濾紙濕潤，并詳細記錄種子的發芽情況。計算種子的發芽勢、發芽率。

1.4 幼苗生長性狀觀測

19份種質資源在培養皿中培育發芽后，移栽至重慶畜科院草業所資源圃，每份資源10株，3個重復，共30株。移栽40 d后對生長一致馬棘幼苗進行表型性狀測定，每份資源每重復測定3株幼苗的高度、分枝數，同時整株取樣，洗凈烘干后稱量其地上及地下部分重并計算生物量。

1.5 數據統計分析

采用Excel 2013軟件對各表型性狀數據進行統計，用SPSS 23.0軟件進行統計描述、方差分析及Duncan多重比較，對各個產地的種子和幼苗性狀進行相關性分析，對各性狀進行主成分分析（按照特征值大于1 提取主成分），對不同來源的種子及苗期性狀采用歐氏距離類平均法聚類分析。

2 結果與分析

2.1 馬棘種子及苗期表型性狀變異分析

不同來源馬棘種子的長、寬、長寬比、千粒重、發芽勢、發芽率測定結果見表2，苗高、分枝數、地上生物量、地下生物量測定結果見表3。試驗結果表明：馬棘的種子和幼苗性狀均呈顯著差異（P<0.05），說明各種質表型性狀間存在豐富的多樣性。其中，種子千粒重范圍為3.64～4.62 g，以16號為最大，24號為最小。比較不同來源種子的長、寬、長寬比等形態性狀，發現亦分別存在顯著差異，以16號、32號、30號等地來源的種子較長較寬飽滿，26號、19號、14號的種子較短較窄較小;發芽勢、發芽率最高為33號，分別高達62%、68%，19號的發芽率最低，僅為32%，14號的發芽勢最低，僅為27%。苗高以24號最大，為13.75 cm，其次較高的還有31號、16號、12號、30號，23號的苗高最低，僅為10.26 cm;幼苗分枝數最多為9.0個，最少為7.2個;地上生物量、地下生物量最大值（14號）7.46 g、0.99 g，分別為最小值（23號）的2.54倍、2.60倍。

變異系數越大，性狀的離散程度越大。對不同表型性狀的變異程度進行比較，結果（見表4）表明：19個不同地點馬棘的種子和幼苗性狀平均變異系數在7.73%～12.88%，其中，29號最大，為12.88%，其次較大的依次為12號、30號、17號，20號最小，僅為7.73%。馬棘種子和幼苗10個表型性狀的平均變異系數幅度在5.70%～17.52%，其中，變異系數最大的是千粒重，變異系數最小的是分枝數和發芽率。

2.2 馬棘種子及苗期表型性狀間相關性分析

對不同來源的馬棘種子和幼苗10個表型性狀之間進行相關性分析，結果見表5。種子長、種子寬與種子千粒重成極顯著正相關，相關系數為0.503和0.641，表明種子越長越寬，千粒重越大;長寬比與千粒重呈負相關，不過相關性未達顯著水平。種子長與苗高呈顯著正相關。千粒重與發芽率呈極顯著正相關，相關性系數為0.597，表明種子越大越飽滿則發芽率越高。發芽勢雖與發芽率呈極顯著正相關，但是與千粒重不存在相關性，表明相關性并不存在傳遞性。苗高與地上生物量和地下生物量呈極顯著正相關，相關系數較大，分別為0.746和0.630。種子長寬比與其他性狀無顯著相關性。

2.3 馬棘種子及苗期表型性狀主成分分析

為確定每個性狀對馬棘種子和幼苗表型變異的影響程度，對馬棘10個表型性狀進行了主成分分析。表型性狀指標的特征根和特征向量見表6（第4～10主成分值較小未列入）。主成分分析中前3個主成分的特征值大于1，累計貢獻率達84.799%，反映了原指標大部分信息，可代表原來的10個性狀進行評價和分析。其中第一主成分的代表性狀為株高、地上生物量、地下生物量，特征值為2.76，貢獻率為32.576%，可看作幼苗生長水平的綜合性狀;第二主成分代表性狀為種子寬、千粒重、發芽勢、發芽率，特征值為2.06，貢獻率為27.641%，可看作種子萌發特性的綜合性狀;第三主成分的代表性狀為種子長、種子長寬比，特征值為1.76，貢獻率為24.582%，可看作種子形態的綜合性狀。

2.4 不同來源馬棘種子和幼苗表型性狀的綜合評價

主成分分析所提取的3個主成分能綜合反映10個表型性狀。將主要性狀指標原始數據進行標準化之后，計算3個主成分的得分，以主成分對應的特征值所占比例為權重，算出各產地馬棘種子和苗期分值（F1、F2、F3），以各主成分的方差貢獻率為權重，得出綜合分值公式：F=0.402 6F1+0.301 3F2+

0.256 7F3，計算出不同產地馬棘表現綜合得分值，并對得分進行排序，以此來評價各種源的優劣。由表7可知，綜合表現最好的為12號，其次較好的為15號、16號;表現最差的為14號，其發芽率、發芽勢、千粒重及生物量等表現都較差，其次26號、20號綜合得分低，表現差。

2.5 馬棘種子及苗期表型性狀聚類分析

根據馬棘種子和苗期性狀，采用歐氏距離離差平方和法對26個種源進行聚類分析，結果見圖1。當歐氏距離為5時，19個地點馬棘可劃分為3個類群。第Ⅰ類群包括17號、22號、1號、14號、16號、30號、18號、32號、33號、20號，包含了最大長寬比（22號，1.57），最大千粒重（16號，4.62 g），最大種子長（16號，2.38 cm），最大發芽勢和發芽率（33號，62%、68%）;第Ⅱ類群為12號、24號、19號、25號、31號，包含了最大苗高（24號，13.75 cm），較高地上及地下生物量，最大種子寬（12號，1.68 cm），這類種子苗期綜合表現較好;第Ⅲ類群包括15號、29號、23號、26號，包含了最大分枝數（23號，9.00個），其余性狀則表現一般。綜上分析顯示，巫山地區表現較好的馬棘種源為第Ⅱ類，該結果與主成分分析結果較為一致，第Ⅱ類可作為試驗點育苗的速生良種。

3 結論與討論

3.1 不同來源種子和苗期性狀變異特征分析

馬棘在我國西南尤其是巫山地區分布廣泛，在進化中為適應環境的變化產生了與之相適應的遺傳變異，而種子形態受遺傳因素的影響，在自然環境的長期作用下，發生了豐富的變異。探究馬棘種子形態及萌發特性的多樣性，揭示其性狀變異與不同種質資源的相關性，可為馬棘優良種質的選擇提供基礎依據。本研究中，19個不同來源的馬棘種子及幼苗表型性狀變異明顯，可能是馬棘對不同的生態環境所采取的適應性策略，表明其在遺傳育種選擇方面具有較大的潛力。10個表型性狀的平均變異系數為9.53%，明顯高于紅砂的變異系數（1.94%）[13]、無患子的變異系數（7.34%）[14]，但低于楓香的變異系數（15.83%）[15]、小桐子的變異系數（13.14%）[16]。

3.2 種子形態對種子萌發和幼苗生長的影響

種子形態特征和千粒重能夠影響種子發芽率和幼苗的生長狀況。有關研究表明，四川大頭茶的種子大小與萌發率順序表現一致，且種子越重，幼苗越高，生長越快，生物量也越大[17];小桐子種子千粒重越大，發芽率越高，但種子形狀及千粒重與幼苗生長特性無關[16];樟樹不同來源種子形態指數對萌發率有影響但不顯著，而種子長/寬比與苗木生長顯著相關[18];烏藥種子大小對發芽率影響不大，但種子寬與苗高呈極顯著正相關[19]。本研究中，馬棘不同來源種子發芽及幼苗生長情況存在差異顯著。性狀間相關性分析表明，馬棘種子長/寬比與千粒重呈極顯著正相關、與株高呈顯著正相關，但與分枝數及生物量相關性不顯著;千粒重與發芽率顯著正相關，但與苗期性狀無顯著相關性。

3.3 種子和幼苗性狀的綜合評價及聚類分析

主成分分析是在盡可能多地保留原始變量信息的前提下，通過少數幾個主成分來揭示多個變量間的內部結構，使評價結果更加科學、準確。目前舒梟等[20]，許紅葉等[21]，魏安智等[22]，周亞峰等[23]，Wang等[24]，Li等[25]對厚樸、刺葡萄、泡桐、甜瓜、蘋果、蘋果砧木苗期性狀利用主成分分析方法進行了綜合評價，在解決生產實際問題中發揮了重要作用。本研究通過主成分分析，得出12號、25號的種子及幼苗性狀綜合表現優于其他材料。對比主成分分析的得分排名及單個性狀表現結果，發現主成分分析能更加充分兼顧多指標的綜合影響，對馬棘種子及苗期性狀進行多指標評價具有一定優勢，例如：在主成分分析中排名第三的16號，雖其發芽勢、發芽率分別排名第19、18位，但種子長、千粒重均排名第一，株高、種子寬等都排名靠前，因此其綜合得分較高。

通過聚類分析選擇優良種源，結果顯示，在巫山地區表現最優的種源為第Ⅱ類種源，巫山巫峽鎮白泉村、巫山大昌鎮雙馬村、巫山兩坪鄉朝元村3個采集地的馬棘種子綜合表現較好，試驗結果可為巫山地區馬棘品種選育的種質選擇提供參考。但該結果只是一個初步的選擇，還應當進行整個生育期的觀察試驗，同時增加農藝性狀、光合作用、營養養分等生理指標，增加分子遺傳證據，以便確定更加優異的種質資源。

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（責任編輯：丁志祥）