30份新疆野生黃花苜蓿莢果裂莢力數字化評價

2023-12-31 00:00:00杜雨汪鵬于秀明王玉祥張博

草地學報 2023年8期

摘要：本研究以新疆博樂溫泉縣30份黃花苜蓿（Medicago falcata L.）種質作為試驗材料，通過艾德堡HP-50數顯推拉力計，結合黃花苜蓿的莢果裂莢率，分析黃花苜蓿莢果水平/豎直放置下的裂莢機械力，為選育新疆地區抗裂莢黃花苜蓿種質提供了一種準確、高效的評價方法。試驗結果表明：新疆野生高裂莢黃花苜蓿種質莢果的裂莢機械力極顯著低于低裂莢黃花苜蓿種質莢果的裂莢機械力（Plt;0.01）；在水平放置下，黃花苜蓿莢果的裂莢機械力與裂莢率呈極顯著相關關系；當莢果水平放置時，機械力大于3.395 N的黃花苜蓿被認為是低裂莢種質，而機械力小于1.885 N的黃花苜蓿被認為是高裂莢種質。研究表明，通過推拉力計測試水平放置下的黃花苜蓿莢果開裂的機械力，可以準確反映新疆野生黃花苜蓿不同種質間的開裂特性，并為黃花苜蓿裂莢特性的標準化測量提供重要參考。

關鍵詞：黃花苜蓿；裂莢；莢果裂莢機械力

中圖分類號：S543.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0435（2023）08-2387-05

Digital Evaluation of Pod Splitting Power of 30 Wild Medicago falcata

L. in Xinjiang

DU Yu， WANG Peng， YU Xiu-ming， WANG Yu-xiang*， ZHANG Bo

（College of Grassland Science， Xinjiang Agriculture University， Xinjiang， Urumqi 830052， China）

Abstract：Thirty Medicago falcata L. germplasms from Bole Hot Spring County，Xinjiang were used as the test material for this study. By means of the Eddberg HP-50 digital display push pull meter and the pod splitting rate of Medicago falcata L.，the mechanical force of pod splitting under horizontal/vertical placement of Medicago falcata L. pods was analyzed，which provided an accurate and efficient evaluation method for the breeding of Medicago falcata L. germline resistant to pod splitting in Xinjiang region. The results showed that the pod splitting mechanical force of wild Medicago falcata L. with high pod splitting was significantly lower than that of low pod splitting with low pod splitting （Plt;0.01）. The mechanical force of pod splitting of Medicago falcata L. pod was positively correlated with the splitting rate under horizontal placement.When the pods were placed horizontally，Medicago falcata L. with mechanical force greater than 3.395 N was considered to be low-split pod germplasm，while Medicago falcata L. with mechanical force less than 1.885 N was considered to be high-split pod germplasm. The results show that the mechanical force of Medicago falcata L. pod cracking under horizontal placement can accurately reflect the cracking characteristics of different germplasm of wild Medicago falcata L. in Xinjiang，and provide an important reference for standardized measurement of Medicago falcata L. pod cracking characteristics.

Key words：Medicago falcata L.;Pod shattering;Pod cracking mechanical force

黃花苜蓿（Medicago falcata L.）別名鐮莢苜蓿、野苜蓿，是豆科苜蓿屬的一種多年生草本植物［1］，具有抗寒性強［2］、營養價值高、適口性好等優良特性，因其性狀優異、用途廣泛的特質，在我國西北新疆以及內蒙古地區普遍種植［3］。

在許多豆科植物如黃花苜蓿、大豆（Glycine max）、百脈根（Lotus corniculatus）、扁蓿豆（Melilotoides ruthenicus）以及箭筈豌豆（Vicia sativa L.）中均存在莢果在成熟過后沿著自身腹縫線和背縫線發生開裂、種子散落的情況，這一現象稱為裂莢［4］。在前人的實驗和報道中發現，國外的易裂莢大豆品種在干燥的環境下，種子產量損失可達到50%～100%，國內的大豆品種的種子產量損失超過100 kg·hm-2，由此可見，裂莢與種子產量息息相關。裂莢后種子散落可使野生植物得以繁衍，但這不可控的因素會大大影響種子產量，并且種子散落時間較長會使田間統一建植受到影響，甚至有可能成為其他植物的雜草［11］，因此，人們一直朝著培育出不裂莢或裂莢率低的作物這一方向而努力［12-13］?；诖耍綄こ鲆豁椨行А⒖茖W的方法來評價莢果的裂莢特性從而為抗裂莢育種工作提供幫助就顯得尤為重要。目前，國外的研究者們采用變速莢果分離器來測定油菜（Brassica napus L.）角果的裂莢率，此方法節省時間，但是無法用精準的數值來評價每個角果的受力情況［14-15］。還有的研究學者使用懸臂彎曲的試驗方法來準確的測量角果發生開裂時的受力情況，此方法雖可精準測量數值，但是在試驗過程中需要用環氧樹脂膠粘貼角果，再將角果和彈力環用一種酯類膠粘劑進行固定之后才可以測量力的大小，單個角果重復操作，費時費力，工作效率低，無法快速評價裂莢特性，基于此情況，開展以下研究。

本研究將成熟的黃花苜蓿莢果自然風干7天加上65 ℃烘箱烘干7小時的方法來評估不同黃花苜蓿種質莢果裂莢率，先篩選出不同裂莢率的材料用于研究莢果裂莢力，然后用新型數顯推拉力計來測量莢果的裂莢機械力，該儀器操作簡單，并且可以精準的測量開裂機械力，從而能夠確定易裂莢種質與抗裂莢種質裂莢力的臨界值，為選育出黃花苜?？沽亚v種質提供一個簡單、快速、科學、精準的評價方法。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗所用黃花苜蓿種質均來自博爾塔拉蒙古自治州溫泉縣呼尼段，位于東經81°27′28″，北緯45°1′32″，海拔875.52 m。在83份種質資源中選擇高、中、低裂莢種質各10份作為本次試驗的材料（表1）。

1.2 莢果含水量測定

將完熟期取樣的莢果，使用千分之一電子天平稱量各莢果鮮重并計算平均值。精準定溫65 ℃烘干至恒重，定義為干重并取平均值，精度為0.001 g。含水量計算公式為：莢果含水量（%）=（鮮重－干重）/鮮重×100%。

1.3 莢果裂莢率測定

黃花苜蓿裂莢的評價采用烘箱法［19］，利用尼龍網袋（規格20 cm×30 cm）裝取每份種質的30個有效莢果（除去癟莢），65℃恒溫烘干7小時后計算裂莢數，設置4次重復。裂莢率計算公式為：裂莢率（%）=每株開裂的莢果數/單株總莢數×100%。

1.4 莢果裂莢機械力測定

裂莢機械力分為水平放置狀態和豎直放置狀態，測量工具使用艾德堡HP-50數顯推拉力計。操作方法：將莢果水平/豎直固定在測力計上，調整儀器讀數歸零，緩慢轉動測力計手柄，令壓板施加給莢果逐漸加大的力，莢果開裂時測力計可自動記錄受力的最大峰值。每個種質選取30個莢果，進行4次重復。

1.5 數據處理與統計

試驗數據使用Microsoft Excel 2007軟件錄入并繪制圖表，采用SPSS 19.0統計軟件進行數據分析。通過Duncan多重比較法對數據進行分析比較，Pearson相關分析法進行相關數據分析。

2 結果與分析

2.1 莢果含水量

表2結果表明，不同黃花苜蓿種質間莢果含水量差異不顯著，其中含水量最高的是7號種質，為0.293 g，含水量最低的是3號種質，為0.112 g，30份新疆野生黃花苜蓿種質的平均莢果含水量為0.225 g。烘干處理后的各個種質莢果的含水量趨于穩定并且差異不顯著（Pgt;0.05），僅個別種質間的裂莢率不存在顯著差異，而多數材料的裂莢率之間差異顯著，由此可得，烘干后的莢果材料含水量與裂莢率之間并無相關性。

2.2 黃花苜蓿莢果裂莢機械力測定

黃花苜蓿種質裂莢機械力（水平/豎直）如表3所示。在水平放置狀態下，高、低裂莢材料間大部分呈極顯著差異，高、中裂莢部分呈極顯著差異，中、低裂莢間僅個別材料差異顯著，大部分差異不顯著；在豎直狀態下，高、中、低裂莢材料間大部分差異不顯著。

由圖1可知，低裂莢的莢果在水平與豎直放置時的裂莢機械力表現為差異顯著（Plt;0.05）。在莢果裂莢率不斷降低的同時，裂莢機械力開始不斷上升，并且在水平方向上裂莢率高于65％的高裂莢種質和低于18％的低裂莢種質的莢果裂莢機械力表現為差異顯著。

2.3 水平和豎直放置下裂莢機械力與裂莢率的相關性分析

通過相關性分析（表4），可以看出在水平放置下，裂莢機械力與裂莢率呈極顯著相關關系；在豎直放置下，二者不相關。

3 討論

3.1 莢果含水量與裂莢率的關系

國外有學者在研究大豆炸莢時發現，隨著莢果成熟度升高，莢果含水量與裂莢率呈反比，即含水量越低莢果裂莢率越高，當莢果含水量低于5%時，莢果的裂莢率達到峰值［17-18］。國內的相關研究表明：大豆整體含水量低于25%，并且豆殼的含水量低于15%時才能有裂莢現象產生［19-20］。綜上所述，如果想要精確地研究黃花苜蓿的裂莢情況，需要除去莢果含水量對研究的影響。本研究中，經過對莢果的烘干處理后，各種質之間的含水量關系差異不明顯，由此可排除含水量對莢果的影響，能更加精確地測量裂莢率和裂莢機械力。

3.2 莢果裂莢機械力與裂莢率的關系

前人通過測定6種不同品系的油菜角果開裂時所需要的裂莢機械力，得出不同品系油菜角果最大裂莢機械力在0.58 N～5.90 N之間，且裂莢率與機械力差異極顯著，所以可以利用育種方法改善油菜裂莢性狀［21-24］。在本研究中，使用數顯測力計對黃花苜蓿莢果進行水平放置測量時，高裂莢率種質在受力1.885 N時開裂，低裂莢率種質在受力為3.395 N時發生裂莢，且二者莢果裂莢機械力存在顯著差異（Plt;0.05）；黃花苜蓿莢果水平放置時的裂莢機械力與黃花苜蓿裂莢率呈極顯著相關關系（Plt;0.01），此現象表明，黃花苜蓿莢果在水平放置下的裂莢機械力可以反映出裂莢率的變化，利用此法對莢果的裂莢特性進行數字化評價是可行的［25］，這也驗證了前人的研究結果［26-28］。因此，本研究認為水平放置下，利用推拉力計測試莢果裂莢力時，裂莢機械力小于高裂莢種質平均裂莢機械力（1.885 N）的為易裂莢種質，裂莢力大于低裂莢種質平均裂莢機械力（3.395 N）的為不易裂莢種質。

4 結論

本研究利用數顯推拉力計測量水平/豎直方向的經過干燥處理后的不同類型莢果的裂莢機械力特點，可以快速判斷出黃花苜蓿莢果的裂莢特性，這一方法為黃花苜蓿裂莢特性評價和抗裂莢種質選育提供了數字化評價指標，為今后的標準測定提供了明確的參考數值。

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