高寒地區15份早熟禾屬野生牧草種質材料評價

田浩琦，汪輝，陳有軍，周青平

(西南民族大學，青藏高原研究院，四川 成都 610000)

早熟禾屬(Poa)植物為一年生或多年生禾草，多為種子繁殖。早熟禾屬是根莖疏叢型下繁草，具圓錐花序，花藥3個，倒生胚珠，葉尖船形，抗逆性強，耐踐踏，該屬植物大多是優良的牧草[1]。早熟禾屬植物的生境分布范圍廣，多分布于溫帶和寒帶地區。全球范圍已記錄的早熟禾屬含500余種[2]，中國約有231種。中國主要分布在華北、西北、東北、西南及南方冷涼濕潤的環境[3]，其中，在青藏高原地區分布有90余種，這為高寒地區早熟禾資源育種提供了豐富的基礎材料。草地早熟禾是我國北方主要的冷季性草坪草，需求量較多，多數種源依賴進口，但是引進的品種因適應性差而多發病害[4]，因此，篩選具有較好種子活力的早熟禾屬植物種質資源非常重要。

近年來，受人類活動、氣候變暖等因素影響，高寒草甸、草原的穩態遭到破壞，青藏高原地區草地生態惡化，天然草地生產力降低，同時，其自然屏障功能也在下降。在生態環境保護和治理工程中，需要建植大面積的人工草地，草種的選擇是關鍵。發掘本地種質資源并加以開發利用是解決當地種子缺乏和牧草適應性等問題的關鍵[5]。目前，我國高寒地區缺乏適宜種植的矮禾草品種，引進品種難以適應當地的生態氣候環境，影響了高寒地區人工草地的建植質量和利用年限[6]。此外，早熟禾屬植物多為優良根莖型牧草，伍磊等[7]研究發現，扁莖早熟禾的毛根數量要遠多于根莖和根頸，毛根在根莖和根頸的輔助下固著土壤起到涵養水源的作用。多年生早熟禾根系對群落構成、土壤固著、生態系統恢復具有重要意義，因此，野生早熟禾屬資源的馴化和選育對高寒草地生態恢復具有十分重要的作用。馴化選育高產品種能增加飼草產量，提高其經濟效益的同時，還能進一步選育抗旱、固土性好的品種，作為綠色環保植物，能對草場退化、沙化地改良等環境問題的解決提供優質材料。此外，也可為不同氣候帶地區的草坪草建植方面提供更多可選擇性，從而利于草坪成活及抵御特殊天氣變化。

目前，國內對早熟禾屬種質資源評價的研究集中在對其坪用性狀[8-11]、抗旱性[12-15]、耐鹽性[16-17]以及發芽特性[18]等方面的比較，這些研究材料多來自我國暖溫帶和亞熱帶地區[19-21]，而對我國高寒地區的野生早熟禾屬種質資源的評價工作較少。野生牧草資源作為一種長期由自然選擇而保留下來的且未被開發利用的資源，擁有高原地區氣候和環境條件賦予的諸多抗性，如抗寒、抗鹽堿、抗旱、耐瘠等，選育抗性較強的品種對高寒地區草業發展以及高原城市草坪建植具有重要意義。鑒于此，本研究對高寒地區野生早熟禾屬種質資源開展評價工作，以期為恢復生態、提高草原生產力提供物質基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地在四川省阿壩州紅原縣西南民族大學青藏基地牧草資源圃，海拔3 504 m，E 102°5′，N 32°8′；年均氣溫1.4℃，氣溫日均差為16.3℃；年均降水量749.1 mm，80%的降水集中在5～8月；為大陸性高原寒溫帶季風氣候。紅原地區氣溫3月下旬開始回暖，7月下旬至8月間達到最高，10月下旬溫度達到零下，牧草生長季(4～10月)氣溫變化幅度較大(圖1)。

圖1 2018年紅原縣月均降水量和溫度Fig.1 Change in monthly mean precipitation and temperature in Hongyuan county in 2018

1.2 供試材料

供試材料為青藏基地牧草種質資源圃中的早熟禾3份，冷地早熟禾7份，草地早熟禾、波密早熟禾、華灰早熟禾、波伐早熟禾、光稃早熟禾各1份，共15份野生種質資源(表1)。

表1 早熟禾野生資源采集地信息

1.3 試驗設計

材料于2016年5月種植，試驗小區面積為15 m2(3 m×5 m)，條播，行距15 cm，重復3次，播種量為15 kg/hm2，播深1～2 cm。人工定期除草，春季施肥1次，旱作。2018年返青后記錄各野生資源的生育時期，統計其形態特征指標、草產量及種子發芽特征指標等。

1.4 指標觀測及測定方法

1.4.1 生育時期時間記錄 記錄各野生資源返青期、分蘗期、拔節期、抽穗期、開花期、乳熟期、蠟熟期、完熟期各生育時期，以每個小區50%植株進入該生育時期為標準。

生育時期記錄標準

(1)返青期：植株由黃色變為綠色，開始再生長。

(2)分蘗期：50%植株從基部分蘗節長出側枝。

(3)拔節期：50%植株莖基部節間伸長，露出地面約2 cm。

(4)抽穗期：50%植株幼穗從莖稈頂部葉鞘中露出，但未授粉。

(5)開花期：50%植株開花。

(6)乳熟期：籽粒充滿乳白色液體，含水量在50%左右，當50%的植株達到上述狀態時可記為乳熟期。

(6)蠟熟期：籽粒由綠變黃，水分減少到25%～30%，內含物呈蠟狀，50%植株達到上述狀態時可記為蠟熟期。

(7)成熟期：籽粒完全變黃、堅硬狀態；當80%以上植株達到上述狀態時可記為成熟期。

(8)生育期天數：由出苗至種子成熟的天數記為生育期天數。

1.4.2 形態特征指標測定 開花期，每塊小區隨機選取10株植株，用卷尺測定其自然高度、垂直高度，用游標卡尺測定葉長、葉寬(測定葉片最寬處寬度)和莖粗。

1.4.3 草產量測定 開花期，每個小區隨機取30 cm樣段，齊地刈割，稱鮮重，并將植株分為葉片、莖和穗，分別稱重，計算莖葉比。

莖葉比=莖重/葉片重

1.4.4 種子千粒重測定 種子成熟期，收獲種子后測定種子千粒重，每個樣品隨機選取8個100粒種子，分別稱重，變異系數不超過0.04，求其平均值。

1.4.5 種子發芽指標測定 根據GB/T 2930.4-2017《草種子檢驗規程發芽試驗》進行室內培養皿法發芽試驗。取適量供試樣品種子，用蒸餾水清洗6～8 次后，將經過處理的種子放置于室溫下自然晾干。發芽床為底部平鋪有2層濾紙的120 mm培養皿，用鑷子挑選出100粒顆粒完整飽滿的種子均勻地平擺在發芽床上，每個品種重復3次。將上述培養皿放入恒溫恒濕光照培養箱(MGC-250)中進行發芽試驗，采用10 h光照和14 h黑暗處理，對應溫度分別設為19℃和23℃，每天早晚添加適量蒸餾水以保持濾紙濕潤。待種子開始萌發后，每天下午13:00定時記錄萌發正常的種子數，記錄腐爛種子數量后及時撿出發芽床。發芽周期為23天，第7天的種子發芽率記為發芽勢，發芽最后一天記錄發芽率，并計算發芽指數(GI)和活力指數(VI)。

GI=∑(Gt/Dt)

VI=S×∑(Gt/Dt)

式中，Gt為每天對應的種子發芽數，Dt為相應的發芽日數，S為幼苗鮮重。

1.5 統計方法

試驗數據采用Excel 2016和IBM SPSS Statistics 21進行數據統計。

2 結果與分析

2.1 生育時期

所有材料均于4月中下旬開始返青，其中P2較早(表2)。P11的生育期最短，為103 d；P3、P6、P7、P8、P9、P10、P12、P14的生育期為104～105 d。P1、P2、P13、P15的生育期較長，均在115 d以上；P2的生育期最長，120 d，為晚熟材料。P11、P14綠期均較短，相比其他品種枯黃時間提前7～16 d。

表2 野生早熟禾屬材料生育時期及生育期

2.2 形態特征

P1和P2的單株地上生物量均遠高于其他材料，其中穗重貢獻最大，P2穗部與其地上總生物量的比值最高，為0.935；P4、P6、P9的單株地上生物量較低，其中P6的穗重最低，占平均單株地上生物量的比重為0.26(圖2)。早熟禾屬植物較其他屬牧草具有較少的葉片，葉重在地上生物量中占比較小，所有材料中，P11葉重占地上生物量的比重最高，為0.192。P8的莖重最大，占地上總生物量的比重為0.485；P1的莖重最小，占地上總生物量的比重為0.0548。

圖2 早熟禾屬野生資源莖、葉和穗重量Fig.2 The weight of stem,leaf and ear of 15 wild Poa germplasm

所有野生材料以P10的株高最大，為53.6 cm，與P2、P7、P15間差異不顯著；P5株高最小，為32.79 cm(表3)。莖直徑的大小能間接反應牧草中纖維含量，P2的莖直徑最大，為0.091 mm，P1、P2、P3、P4、P9、P10、P14之間差異不顯著；P8的莖直徑最小，為0.023 mm。P2的葉寬最小，為0.087 mm；P13最高，為0.233 mm。P11、P12的葉長最大，分別為7.150 cm和6.680 cm，兩者與其他材料間差異顯著(P<0.05)；P5葉長最小，為2.840 cm，與其他材料間差異顯著(P<0.05)。P6莖葉比最大，為6.550；P1、P11最小，分別為1.07和1.36。

表3 早熟禾屬野生材料形態特征指標

P1的千粒重最高，為0.266 5 g，與其他材料間差異顯著(P<0.05)；P4的千粒重最低，為0.155 5 g。除P1外，其余資源的千粒重間無顯著差異(P>0.05)(圖3)。

圖3 早熟禾野生材料種子千粒重Fig.3 Thousand-seed weight of wild Poa seeds

P2、P6的鮮草產量最高，分別達到了8 900、8 996 kg/hm2；其次為P7，產量為8 333 kg/hm2；P8、P9的鮮草產量最低，分別為4 266，4 300 kg/hm2(圖4)。

圖4 早熟禾屬野生材料生物量Fig.4 Fresh bioamss of 15 wild Poa germplasms

2.3 發芽特征指標

在10個材料中，P8的發芽勢最高，為52%，與P6、P7、P9的發芽勢間差異不顯著(P>0.05)；P1和P10的發芽勢最低，為21%(表4)。P9的發芽率最高，為87%；其次為P1、P12；P10的發芽率最低，為27%。發芽指數、活力指數以P6為最大，分別為10.525、1.463；P10的發芽指數和活力指數均最低，分別為3.701和0.213。

表4 早熟禾野生資源種子發芽特征

2.4 形態特征指標相關性分析

千粒重與葉重極顯著正相關(P<0.01)，單株重和葉寬、莖直徑、莖葉比顯著負相關(P<0.05)，單株重和穗重極顯著正相關(P<0.01)(表5)。葉長和株高極顯著正相關(P<0.01)，葉寬與株高顯著負相關(P<0.05)，莖重和葉寬、穗重顯著負相關(P<0.05)，穗重和葉寬顯著負相關(P<0.05)，與莖直徑極顯著正相關(P<0.01)，穗重與莖葉比極顯著負相關(P<0.01)，莖重與葉寬顯著負相關(P<0.05)，莖重和穗重顯著負相關(P<0.05)。

3 討論

草種綠期與草種的生態學、生物學特性密切相關，是草坪品種特性及適應能力的集中反映[21]。供試材料中，有5種冷地早熟禾(P6、P7、P8、P9、P10)、1種華灰早熟禾(P11)、1種早熟禾(P3)和1種光稃早熟禾(P14)的生育期較短，較其他材料短5～17 d；P3、P6、P7、P8、P9、P10、P12的返青時間較晚，較其他材料晚10～12 d，以上8種野生材料的生育期均較短，為早熟資源。早熟資源生育期短的特點在種質資源繁育上有一定優勢。2種早熟禾(P1、P2)、1種波密早熟禾(P13)、1種草地早熟禾(P15)的生育期在115 d以上，為所有供試材料中的晚熟資源。

表5 早熟禾野生材料農藝性狀指標相關性分析

禾本科植物的穗重一定程度上決定了種子質量和產量。所有供試材料中，2種早熟禾(P1、P2)的地上生物量、穗重為最高。千粒重是體現種子大小與飽滿程度的一項指標，被用來衡量種子質量和種子活力，也是預測田間種子產量的重要依據。P1的千粒重最高，可作為種子生產、退化草地的補播的材料。

牧草地上生物量直接決定了飼用量，是評價草產量的重要指標。P2、2種冷地早熟禾(P6、P7)的草產量能達到8 000 kg/hm2以上。莖為禾本科植物地上生物量的重要組成部分，其粗纖維、粗蛋白等成分含量決定了牧草的營養成分、適口性等指標，15份材料的單株莖重總體變化相差不大。莖葉比常被用來比較牧草間的品質差異，其大小決定著牧草營養價值的高低[22-23]。早熟禾P1、華灰早熟禾P11的莖葉比為最小，葉量較豐富，適合刈割飼用[1]。

植物對所處的生態環境有特定的響應和適應[24]，供試材料的株高分別與葉長、葉寬呈極顯著正相關和顯著負相關，這說明株高越高、葉長越長的同時葉寬也越窄。研究表明，小葉形是耐旱的一種特征，細小的葉型可以減少水分蒸發面積[25]。另外，馬冰的研究結果表明，隨著光照強度增強，禾本科植物幼苗會將更多資源分配給地下部分，從而減少對地上生物量的投入，因此，高原地區強光和降水較少的特點影響了早熟禾的葉部形態[26]。莖重分別與葉寬、穗重呈負顯著相關、穗重與葉寬顯著負相關(表5)，說明地上部分物質的積累總是以穗部為主，其次為莖部，后為葉部。穗重與莖直徑極顯著正相關，說明莖直徑影響穗重的正相發育，能間接決定種子質量。

發芽勢和發芽率是反映種子質量優劣的主要指標之一。在發芽率相同時，發芽勢高的種子生命力強，在場地播種時發芽率較高，播種后幼苗能出土正常，且增產潛力大。冷地早熟禾P8的發芽勢為最高，另外3種冷地早熟禾(P6、P7、P9)與P8 在同一水平。發芽指數、活力指數是種子發芽速率和生長量的綜合反映，在10種材料的發芽特征評價中，以P6的發芽指數、活力指數為最高。種子發芽率高，則表示有生活力種子多，播種后出苗數多，P1、P2兩種早熟禾材料的發芽率均在70%以上，冷地早熟禾P9的發芽率為87%，這3種發芽率較高的材料可考慮與其他草種混播，用于退化草地的補播修復。

本研究評價的所有野生材料均采自海拔2 500 m以上地區，其抗寒性、越冬率等指標較低海拔地區同類牧草具有一定優勢，因此，野生早熟禾屬資源除了作飼用外，還可以通過草坪草形態特征、反映生長發育過程中地上部枝葉變化情況的蓋度指標、反映草坪草美觀程度的綠度指標[27]、反映抗旱能力的葉片抗脫水能力指標[28]、抗病性[29]等坪用指標的情況，對高海拔地區野生早熟禾資源作出更全面的評價，從而應用于海拔較高地區城市的草坪綠化。

早熟禾屬植物為草坪草種選育的重要來源，其飼用價值也不容小覷。野生早熟禾屬植物作為尚未開發利用的資源，是新品種選育的基礎，對野生種質資源進行準確、充分的評價是對其有效利用的前提。在早熟禾種子生產中，若以提高產量為目的，除了直接選擇千粒重較高的品種外，也可選擇與其相關的間接性狀，以達到最好效果。從提高早熟禾牧草出苗整齊度、生長活力的角度講，就需要選擇發芽勢較好、種子活力較高的牧草種質資源。在選育特定生長環境條件下種植的牧草資源時，增加更多環境因素干擾對選育更適宜鹽堿、干旱、荒漠地區生長的草種更有意義[30-32]。分蘗數和蓋度[33]是評價供試材料生態價值最基本的指標，另外，營養指標中的粗蛋白[33]、相對飼喂價值[34]等是評價飼用價值的重要指標，在增加以上各類指標的基礎上、加強定量分析與觀察，對早熟禾屬資源作出更全面的評價，便于更好地應用于畜牧生產實踐和退化草地的補播建植，以促進高海拔地區草地草坪及畜牧業的發展，同時為培育更好地適應該區種植的高產優質牧草資源提供借鑒。由于不同早熟禾的生理特性和存在的個體差異，達到開花期的時間各有不同，草產量、農藝性狀是在開花期進行采樣測定，各材料在開花期的選定可能存在偏差，會對試驗結果產生一定的影響，有待進一步探索。

4 結論

本研究所評價的15份野生早熟禾屬材料在高寒地區生育期為103～120 d，其中，P2和P6具有較高的鮮草產量，且P1和P11莖葉比較小，可用作培育牧草的潛在材料；P5株高最低且葉長最短，可挖掘其坪用價值。