春箭筈豌豆新品種“蘭箭3號”選育與特性評價

南志標，王彥榮，聶斌，李春杰，張衛國，夏超

（草地農業生態系統國家重點實驗室，蘭州大學草地農業科技學院，甘肅蘭州730020）

以青藏高原為主體的高山草原占全國草原面積的1/3，是我國重要的草地畜牧業基地和生態屏障，飼養著全國90%的牦牛和藏羊；提供了黃河與長江干流總徑流量的49%和25%［1］。由于生態環境嚴酷，每年因冬春季節缺草而導致家畜死亡和體重減少的損失，約等于畜群正常淘汰量的3倍以上。建立栽培草地，儲存干草用于冬春補飼，是減少家畜損失、緩解草地放牧壓力的主要措施之一。多年生豆科牧草在當地不能安全越冬。春箭筈豌豆（Vicia sativa）是優良的一年生豆科草飼肥兼用作物，具有產量高、適口性好、適應性廣等特點［2-4］。在我國，其與燕麥（Avena sativa）混播，調制青干草是解決高山草原家畜營養不足的有效途徑［5-7］。在開展本選育工作之初，依據全國草品種審定委員會的公報統計，1987-1996年，我國通過審定的野豌豆屬牧草品種僅有6個。這些品種適應范圍或是西南、華南和華東等地，或是北方水熱條件較好的地區，在高海拔地區多表現不佳，難以達到其生產能力，更不能完成生育周期、生產種子。而從其他地區調種，長途運輸，致使草種價格昂貴，牧民難以承受。缺乏適應當地的春箭筈豌豆品種，是青藏高原發展高效草地畜牧業的主要限制因素之一。

鑒于上述原因，作者以選育在我國高山草原條件下，早熟、種子產量高的品種為育種目標，開展了春箭筈豌豆新品種選育。

1997年從設在敘利亞阿羅坡（Aleppo）的國際干旱地區農業研究中心（ICARDA）引進了10個箭筈豌豆品系作為育種材料。1998年在甘肅省甘南藏族自治州夏河縣進行了田間小區評價。發現品系2505在當地試驗條件下表現出較其他參試品系早熟的特點，但該群體中仍有約40%植株不能成熟。當年自成熟植株收獲種子，作為育種材料，用于進一步選育，以提高其早熟性［8］。本研究報告在此基礎上進一步選育的結果。經過連續12年的努力，新品種于2011年通過國家草品種審定委員會審定，命名為“蘭箭3號”。選育過程如圖1所示。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

新材料選育、品種比較等試驗均在甘肅省甘南藏族自治州夏河縣桑科鄉進行。據夏河縣氣象站資料，當地海拔3000 m，年均溫2.6℃，全年無霜期50 d，7月氣溫最高，平均14.9℃，年降水量350～450 mm，屬于典型的高山草原。試驗地位于夏河縣草原站?？品终驹簝?，土壤養分含量為全氮0.21%，全磷0.09%，全鉀1.70%，有機質4.22%，速效氮0.0023%，速效磷0.00075%，速效鉀0.00175%。

區域試驗和大田試驗在甘肅省慶陽市西峰區、甘南州夏河縣和碌曲縣進行，各試驗點自然條件見表1。

1.2 供試材料

根據1998年篩選試驗的結果，以種子產量高的2505作為選育對象，原種來自國際干旱地區農業研究中心，其余各代種子來自上年中選植株收獲的種子。以早熟、抗寒、抗旱、耐瘠的333/A狹葉野豌豆（Vicia japonicacv.333/A）為對照品種，種子由中國農業科學院蘭州畜牧與獸藥研究所購得。

1.3 試驗設計

1.3.1 新材料選育 1999-2002年在夏河縣穴播，行株距均為50 cm，每年播種1000株，從中選擇成熟早、結莢數多、種莢飽滿、每莢粒數多的植株100株左右，單收單打，而后將所獲種子混合，用作第2年的播種材料。次年繼續按此程序選擇。經連續4年的選擇，獲得耐寒、早熟、種子產量高的植株90株。單獨脫粒，分株等量種子混合，組成2505-1新品系。

1.3.2 品種比較試驗 2003-2005年連續進行3年，播前耕翻平整土地，小區面積4 m×5 m=20 m2，均為4個重復。隨機區組設計，小區間距0.5 m，區組間距1 m，試驗地四周設2 m寬的保護行種植燕麥。播種量為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月初同期播種，由于生育期不同，參試品種達到各自成熟期后收獲。

圖1 蘭箭3號春箭筈豌豆選育程序Fig.1 Breeding procedure of common vetch cv.Lanjian No.3

表1 各試驗地點的自然條件Table 1 Environmental conditions of experimental sites

1.3.3 區域試驗 2006-2007年連續進行2年，隨機區組排列，4次重復，小區面積3 m×6 m=18 m2，區組間距1 m，小區間距0.5 m，試驗地四周設2 m寬的保護行種植燕麥，播量、播深、田間管理同品比試驗。

1.3.4 大田生產試驗 2008-2010年采用大區對比法，不設重復，種植面積為0.15～0.20 hm2。田間管理按當地生產水平進行，無施肥、灌溉，播量、播深、田間管理同前。夏河和碌曲兩地均為5月上旬播種，西峰為夏播，6月底或7月初播種。

1.4 測定項目

1.4.1 牧草及種子產量 對新材料選育試驗，每個品種或群體標記15株，每株測定種子產量，草產量及草、種產量構成因素，包括每株一級、二級分枝數，每株莢數，每莢粒數，千粒重以及根重。并從每小區選擇長勢好、成熟早、結莢數多、種莢飽滿、每莢粒數多的植株單收單打，測定種子與牧草產量，而后將所獲種子混合，用作翌年播種材料。

對于品種比較和區域試驗小區，生長期結束后測定全部參試品種的小區種子和牧草產量。手工摘取成熟的豆莢，自然風干，脫粒后測定小區的莢殼重和種子產量；摘除成熟豆莢后，將植株沿地表刈割，測定小區的鮮草產量，每小區再稱取500 g鮮草帶回實驗室，95℃烘干24 h，測定各品種牧草干物質產量。

生產試驗中，將整個地塊人工收獲，脫粒清選、風干后，稱重、計算單位面積的種子產量。牧草產量測定時，將每地塊設1 m2樣方，5次重復，測定鮮重，而后稱取500 g帶回實驗室，95℃烘干，測干重，計算單位面積產量。

1.4.2 物候期觀測 在品種比較試驗中，播后每10 d觀察一次，物候記載依據“牧草、飼料作物觀察項目與記載標準”［9］，即50%出苗為出苗期，10%植株開花為初花期，80%植株開花為盛花期。

1.4.3 形態特征觀測 在各小區觀測出苗、分枝、現蕾，開花、結莢、成熟等時期。并在每小區標記10株，測量苗期株高，盛花期觀測花的顏色及不同花色比率。

苗期每小區挖出10株幼苗，目測莖基部的顏色并用尺測量紫色莖基的長度，于苗期和結莢初期，每小區各取10株，測定葉寬、葉長，計算長寬比。

1.5 統計分析

使用SPSS 17.0軟件（SPSS公司，美國）進行數據統計分析，對各選育材料和品種所獲得的數據按測定項目進行方差分析，采用Duncan法進行多重比較，顯著性區間定義在95%水平。

2 結果與分析

2.1 新材料選育

經1999-2002年的連續選擇，品系2505的單株種子產量從原種的2.69 g，增加到第4代的5.05 g，增加87.7%，干草產量從4.1 g·株-1，增加到第四代的6.6 g·株-1，增幅達61.0%。產量構成因素分析表明，種子與草產量的增加主要是由于每株莢數、每莢粒數以及二級分枝數增加，而一級分枝數則無明顯改變（表2）。第3代和第4代之間各項指標均十分接近，似可認為經過連續4代的選擇，中選群體的優良性狀已基本達到穩定狀態，形成了與其親本2505顯著不同的特征，將其命名為2505-1，進入品比試驗。

表2 春箭筈豌豆2505-1品系各代種子與牧草產量及其構成因素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 種子與牧草產量 經2003-2005年連續3年的測定，2505-1、2505和333/A的種子產量分別為821、656和353 kg·hm-2，新品系2505-1比原始親本高25.2%，比對照品種333/A高132.6%（表3）。參試3個品種（系）的草產量分別為2086、1681和2528 kg·hm-2。新品系2505-1的牧草產量較原始親本提高24.1%，比333/A的產草量略低，相當于其產量的82.5%（表3）。

表3 新品系2505-1和對照品種的種子和牧草產量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的早熟特性十分明顯，3年生育期為92～106 d，平均為100 d，親本品系2505生長期為98～111 d，對照品種333/A為104～122 d，平均分別為106和113 d，2505-1的生育期比其親本品系2505和對照品種333/A分別短6和13 d（表4）。

表4 新品系2505-1和對照品種的物候期Table 4 Phenological phase of common vetch new line 2505-1 and control cultivar

2.3 新品系的適應區域

2006-2007年，連續兩年在甘肅省慶陽市西峰區，甘南州夏河縣和碌曲縣三地進行試驗。兩年平均，新品系2505-1在西峰、夏河和碌曲三地的種子產量比原始親本2505分別高16.5%、32.5%和18.5%，比對照品種333/A分別高48.0%、174.9%和108.9%（表5）。

表5 新品系2505-1和對照品種在3個試驗地的種子產量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、夏河和碌曲的干草產量比其原始親本分別高27.2%、19.1%和19.0%，比對照品種333/A分別高14.3%、-9.8%和0.4%（表6）。

表6 新品系2505-1和對照品種在3個試驗地點的牧草產量Table 6 Herbage dry matter yield of common vetch new line 2505-1 and control cultivar at 3 experimental sites

2.4 大田條件下牧草和種子產量

2008-2010年，在甘肅省慶陽市西峰區、甘南州夏河縣和碌曲縣大田生產條件下，新品系2505-1種子產量分別比其親本2505平均增加18.3%、21.7%和22.2%，比對照333/A分別增加47.7%、97.7%和73.2%（表7）。

新品系2505-1的牧草產量亦高于其親本品系2505，在西峰區、夏河縣和碌曲縣分別增加了12.7%、20.2%和31.9%，與333/A接近，增加幅度分別為7.3%、6.4%和1.8%，二者差異不顯著（表8）。

2.5 新品系形態特征

根據數年觀測，發現2505-1與其原始親本2505無明顯的形態區別，但與333/A存在著明顯的形態區別，主要表現在1月齡左右的幼苗莖基部明顯披帶紫色，紫色莖基長度平均1.9～2.8 cm，明顯短于333/A（2.4～5.8 cm），因地域而異。2505-1的種子近扁圓形，種皮帶黑色斑紋，而333/A則為長圓形，種皮無斑紋。此外，2505-1比333/A早熟，播種至盛花期的天數少8 d（表9）。

表7 新品系2505-1和對照品種在大田生產條件下的種子產量Table 7 Seed yield of common vetch new line 2505-1 and control cultivar under field conditions

表8 新品系2505-1和對照品種在大田生產條件下的牧草產量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和品種333/A的形態特征Table 9 Morphological traits of common vetch new line 2505-1 and cultivar 333/A

3 討論

春箭筈豌豆在西亞、北非及地中海沿岸國家廣泛種植［10］，尤其適宜于年降水量250～400 mm的地區［11］，但尚無在高海拔地區生長的報道。“蘭箭3號”春箭筈豌豆新品種是我國第一個在高山草原能夠完成生命周期，且種子產量較高的品種。如果從1999年田間單株選育開始，到2010年申報新品種，歷時12年（圖1），作為一年生牧草，其選育周期似乎偏長。這固然是因為高山草原生境嚴酷，為選育工作帶來很多困難；但另一方面，就選育工作本身而言亦有改進的余地。新品種是在完成3年區域試驗后，又進行了3年的生產試驗。根據國家草品種審定標準，區域試驗和生產試驗可同時進行［9］，由此即可相應地縮短3年的育種周期。

我國現有箭筈豌豆品種選育時間普遍偏長，均在10年以上。“蘭箭3號”的選育，如前所述，如果安排得當，可以在10年之內育成。這主要得益于ICARDA根據育種者的目標，提供了較好的材料［8］。由此可以看出，掌握適宜的種質資源，亦即基因資源，是品種選育中事半功倍的重要因素［12］。另外，育種進程在很大程度上也取決于育種者的經驗和在田間發現優異性狀的能力。通過南繁措施或許可縮短選育周期。

近年來，基因組學和蛋白組學飛速發展，生物信息學和遺傳信息學數據大量增加，分子生物技術廣泛應用，基因技術和分子標記輔助選擇取得了一定的進展，為開展分子設計育種奠定了基礎［13］。與水稻（Oryza sativa）、小麥（Triticum aestivum）、玉米（Zea mays）等主要農作物相比，開展牧草分子設計育種的困難更多，這主要是因為對牧草基因網絡和功能調控尚缺少研究，重要農藝性狀的遺傳基礎、形成機制和代謝網絡等方面也知之甚少，需要下大功夫開展基礎研究?？梢灶A見，常規育種在未來一段時期，將仍然是主要的育種方法。令人鼓舞的是我國學者正在開展春箭筈豌豆全基因組測序（劉志鵬，未發表資料），同時，在箭筈豌豆分子機制方面也進行了一些探討［14-17］，這些成果將加快春箭筈豌豆常規育種的進程，并為分子設計育種提供重要的基礎。

單株選擇與混合選擇是品種選育的常用方法。其中單株選擇在育種早期有利于淘汰不良植株，提高選育效率?；旌线x擇則能更好地反映育種群體的性狀，這兩種方法在箭筈豌豆育種中均是常用方法［18］。本研究采用單株選擇與混合選擇相結合的方法，在選育早期采用穴播，株距50 cm以上，在此條件下，植株擁有足夠的營養空間，基本不存在競爭。因此，穴播條件下植株的性狀可以反映出植物本身所具有的生物學、生態學特性。而在選育后期，采用混合選擇可以加快選擇進展。實踐證明單株選擇與混合選擇相結合的方法，較適合于春箭筈豌豆的品種選育。江蘇省農業科學院育成的6625和中國農業科學院蘭州畜牧與獸藥研究所選育的333A等品種，均是采用這兩種方法選育而成。

春箭筈豌豆種內變異較大［19］，具有豐富的遺傳多樣性［20］。選育過程中采用的性狀指標事關選育的成效。本研究中，確定了每株的莢數、每莢的粒數、千粒重等指標和每株一級分枝數、二級分枝數以及完成生育周期的生長天數等作為主要的性狀指標。這些指標充分反映了箭筈豌豆種子和牧草生長的狀況，是在材料評價、品種選育等方面采用的主要指標［21-23］。千粒重、一級分枝數和根干重是遺傳力較強的指標，相對比較穩定（表2）。曾有研究報道，千粒重是較為穩定的性狀［24］，但每株根系重量不易發生改變，在以往春箭筈豌豆選育的報道中似不多見。每株莢數、每莢粒數與種子產量密切相關，而每株的分枝數則與牧草產量密切相關［25］，其中每莢粒數，單株粒重等受環境的影響較大，通過選擇可以獲得理想的植株。

筆者以往對5個箭筈豌豆品系基因型與環境互作效應及農藝性狀穩定性的研究表明，基因型與生態環境互作對各農藝性狀具有比較強的可塑性，個體的表型是其與基因型和環境共同作用的結果［26］。表型、遺傳與環境具有密切而復雜的關系，表型與遺傳之間往往具有高度的一致性。因此，通過多地的試驗與評價，可以在多地表現較好的特征，選擇符合育種要求的材料。實際上，也就選擇了所需要的遺傳型。

環境條件尤其是氣溫與降水對箭筈豌豆的表現有重要影響［27］。在區域試驗中，西峰、夏河、碌曲三地，西峰的溫度最高，其在夏播條件下牧草產量達3214 kg·hm-2，顯著高于碌曲的2213 kg·hm-2和夏河2769 kg·hm-2（表6），表現出溫度與產草量的正相關性。在高山草原地區，7和8月的溫度對箭筈豌豆完成生育周期、提高種子產量具有重要的影響，降水也有一定的作用［26］?！疤m箭3號”的特征之一是生育期短（表4），這一優異特性適宜廣大的高海拔草原區，已有研究表明其在西藏自治區海拔4500 m的地區表現出了優異的生產性狀［28］。在西藏其他地區，與燕麥混播也表現出了很好的生產性能［29］。

“蘭箭3號”生育期較短，種子產量較高，其光合產物的積累特征有待于進一步的研究。自新品種通過審定以來，在家畜生產與環境效應［30］、輪作系統中的作用及產出［31］等方面開展了初步的研究，需要進一步加大相關的研究力度和深度，并加快其在高山草原區的推廣應用。