30份苜蓿種質資源農藝與品質性狀分析

摘要：本試驗以30份國內外苜蓿（Medicago sativa）種質資源為研究對象，從農藝性狀和品質性狀角度分析供試苜蓿種質的遺傳多樣性，為苜蓿合理選配親本和品種改良提供科學依據。結果表明：2022和2023年供試苜蓿種質的株高、單株干重、單株莖干重、單株葉干重及莖葉比分別在54.69 cm～94.50 cm，21.02 g～43.55 g，11.04 g～26.07 g，7.61 g～18.65 g，1.01～1.92范圍內變動，粗灰分、干物質、粗脂肪、粗蛋白、鈣、磷、中性和酸性洗滌纖維、相對飼喂價值、可消化干物質、干物質采食率分別在6.52%～11.63%，93.21%～95.89%，2.09%～3.63%，15.88%～25.10%，1.54%～2.88%，0.19%～0.29%，34.27%～47.60%，26.30%～42.23%，109.44%～180.79%，55.60%～68.41%，1.92%～2.73%范圍內變動。相關性分析表明，單株葉干重與相對飼喂價值呈極顯著正相關關系（P＜0.01）。用兩年各指標均值進行灰色關聯度綜合評價及聚類分析，30份種質材料分為4類，其中材料Zxy2010p-15485，Zxy2015p-13722，Zxy2010p-7667和Zxy2010p-7576綜合表現較高，可作為苜蓿新品種選育和改良的優異親本材料。

關鍵詞：苜蓿；農藝性狀；營養品質；相關性分析；灰色關聯度分析

中圖分類號：S541""" 文獻標識碼：A""""" 文章編號：1007-0435（2024）12-3845-10

收稿日期：2024-03-28；修回日期：2024-04-23

基金項目：國家自然科學基金（32160327）；財政部和農業農村部：國家現代農業產業技術體系（CARS-34）資助

作者簡介：

馬彪（1997-），男，漢族，甘肅定西人，碩士研究生，主要從事牧草栽培與育種研究，E-mail：14793309516@163.com;*通信作者Author for correspondence，E-mail：nanll@gsau.edu.cn

Analyses of Agronomic and Quality Traits of 30 Alfalfa Germplasm Resources

MA Biao1， NAN Li-li1*， WANG Xue-min2， WANG Kun1， XIA Jing1， YAO Yu-heng1

（1. College of Pratacultural Science， Gansu Agricultural University/Key Laboratory of Grassland Ecosystem， Ministry of Education，

Lanzhou， Gansu Province 730070， China; 2. Institute of Animal Sciences， Chinese Academy of Agricultural Sciences，

Beijing 100193， China）

Abstract：In this study we took 30 domestic and foreign alfalfa （Medicago sativa） germplasm resources as research object，analyzed the genetic diversity of the tested alfalfa germplasm from the perspectives of agronomic and quality traits，and provided scientific basis for rational selection of parents and variety improvement of alfalfa. The results showed that the plant height，dry weight per plant，stem dry weight per plant，leaf dry weight per plant，and stem leaf ratio of tested alfalfa ranged from 54.69 cm to 94.50 cm，21.02 g to 43.55 g，11.04 g to 26.07 g，7.61 g to 18.65 g，and 1.01 to 1.92 in 2022 and 2023，respectively. The crude ash，dry matter ether extract，crude protein，calcium，phosphorus，medium acidic detergent fiber，relative feeding value，digestible dry matter，and dry matter intake ranged from 6.52% to 11.63%，93.89% to 95.89%，2.09% to 3.63%，15.88% to 25.10%，1.55% to 2.88%，0.19% to 0.29%，34.27% to 47.60%，26.30% to 42.23%，109.44% to 180.79%，55.60% to 68.41%，and 1.92% to 2.73%，in 2022 and 2023，respectively. The correlation analysis showed that there was a highly significant positive correlation between the dry weight of individual leaves and the relative feeding value （Plt;0.01）. The grey relational analysis and cluster analysis were carried out by using the average value of each index in two years. Overall，Zxy2010p-15485，Zxy2015p-13722，Zxy2010p-7667，and Zxy2010p-7576 performed well based on their comprehensive scores，which can be used as excellent parent materials for breeding and improvement of new alfalfa varieties.

Key words：Alfalfa;Production performance;Nutritional quality;Correlation analysis;Grey correlation analysis

苜蓿（Medicago sativa）被稱為“牧草之王”，具有草質優良、干草產量高、耐旱、耐寒、固氮等優點［1］，在草地農業和生態建設工程中的重要性日益凸顯，其栽培面積逐年增加［2］。截至2022年底，全國共審定通過116個苜蓿新品種，雖取得較大進展，但與同期美國相比仍有較大差距，且現有苜蓿品種育種目標大多以高產為主，兼具抗逆特性的品種較少［3］。引進高產優質、抗逆性強的苜蓿材料，能有效拓寬國內苜蓿品種遺傳基礎，對改良現有品種的農藝性狀、縮短育種年限、加速育種進程、擴大育種原始材料均具有重要意義［4］。農藝性狀是評價苜蓿種質資源優劣的重要性狀，且大多為數量性狀遺傳，易受環境因素影響。農藝性狀、品質性狀是研究種質資源多樣性的直接途徑，具有簡單、直觀和迅速等優點［5］。種質資源多樣性是改良育種工作的基礎，充分挖掘種質資源遺傳變異和背景，可為苜蓿育種工作提供理論基礎。李陳建等［6］通過對苜蓿進行遺傳多樣性分析，發現農藝性狀在不同材料間表現出不同程度的多樣性。楊婉君等［7］利用聚類關系為紫花苜蓿雜交育種的親本選擇提供了參考。吳欣明等［8］研究表明依據育種目標，選育材料應依據主成分排序，具體分析及全面評價各材料綜合指標的優劣，以便育出理想的苜蓿新品種。楊紅善等［9］通過引進優質苜蓿新品種來改善國內苜蓿品種單一，老品種產量低、品質差等問題。近年來我國引進苜蓿資源在逐年增加，對其遺傳多樣性研究大多集中在分子方面［10-11］，對農藝及品質性狀的遺傳多樣性研究相對較少，然而農藝性狀及品質性狀的精準鑒定對苜蓿遺傳多樣性的研究亦具有重要價值。為此本研究以國內外30份苜蓿種質為研究對象，從農藝性狀和品質性狀角度出發，通過變異分析、相關性分析和灰色關聯度分析等方法，評價其遺傳多樣性，為我國苜蓿種質引進與遺傳改良提供科學依據。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料

供試苜蓿種質共30份（表1），其中27份從俄羅斯瓦維洛夫植物基因庫引進，其余3份分別為‘清水’紫花苜蓿（M. sativa ‘Qingshui’，QS）、‘隴東’紫花苜蓿（M. sativa ‘Longdong’，LD）和‘公農4號’雜花苜蓿（M. varia Martin ‘Gongnong No.4’，GN），其種子均由甘肅農業大學草業學院提供。

1.2" 試驗地概況

試驗地位于甘肅農業大學武威黃羊鎮牧草試驗站（37°55′ N，102°40′ E），地處河西走廊東端，屬大陸性氣候，農業區劃為中溫帶荒漠灌區。該地區冬春干旱，夏季酷熱，日照長，降水少，蒸發量大；年均溫7.2℃，年降水量150 mm，分布很不均勻，生長季節的前期降水一般偏少；年蒸發量2019.9 mm，約為降水量的14倍；海拔1530.88 m，無霜期154 d。試驗地土壤類型為沙壤土，0～20 cm土層pH值為8.70，有機質、全氮、全磷含量分別為10.60，7.07和3.32 g·kg-1，速效氮、磷、鉀含量分別為88.2，13.24和119.95 mg·kg-1［12］。2021年8月1日人工開溝條播不同苜蓿材料，播深2 cm，播量20.0 kg·hm-2，行距30 cm，小區面積1 m2，播前澆一次底墑水，施磷酸二胺500 kg·hm-2作為基肥，分別于2022年和2023年于苜蓿生長至初花期（20%開花）刈割后測定各項指標。

1.3" 測定指標及方法

農藝性狀：初花期每個小區隨機取10株，測定其絕對高度，取均值；刈割留茬5 cm測定單株鮮重，重復10次，烘干后測定單株干重；另取10株單株，將莖和葉手工分離后分別烘干，計算單株莖干重、單株葉干重及莖葉比（莖質量與葉質量干重的比值）。

品質性狀：稱取0.5 kg鮮草，剪成3～4 cm長，105℃殺青30 min，65℃烘48 h后稱重，將烘干樣粉碎，過1 mm篩，在常溫下保存。粗灰分（Crude ash，Cash）、干物質（Dry matter，DM）、粗脂肪（Ether extract，EE）、粗蛋白（Crude protein，CP）、鈣（Calcium，Ca）、磷（Phosphorus，P）、中性洗滌纖維（Neutral detergent fibre，NDF）、酸性洗滌纖維（Acid detergent fiber，ADF）含量分別用干灰化法、加熱干燥法、索氏抽提法測定、凱氏定氮法［13］、GB/T 6436-2018，GB/T6437-2018，Van Soest法測定［14］；相對飼喂價值（Relative feed value，RFV）根據NDF與ADF含量采用公式計算，RFV=（88.9-0.779×ADF）×（120/NDF）/1.29。每個指標重復3次。可消化干物質（Digestible dry matter，DDM）=88.9-0.779×ADF。干物質采食率（Dry matter intake，DMI）=120/NDF。

1.4" 數據統計及分析

利用Excel 2010對原始數據進行整理，SPSS 23.0軟件進行單因素方差分析。采用灰色關聯度法進行綜合評價。根據灰色系統理論，將所有供試種質作為一個灰色系統，每份種質為系統中的一個因素，供試種質以X表示，各項指標以K表示，將所有供試種質中各項測定指標的均值作為參考序列X0，以供試種質的各項測定指標作為比較數列Xi。為消除各項指標量綱不同帶來的差異性，對各項指標原始數據采用初始值法進行無量綱化處理，最終根據參考數列X0和比較數列Xi的相似度來判斷關聯程度。根據關聯度分析原則，供試種質各項測定指標越接近參考值，則關聯程度越大，綜合評價越優。其計算公式如下［15］：

關聯系數：

ξ（k）=minimink|X0（k）-Xi（k）|+ρmaximaxk|X0（k）-Xi（k）||X0（k）-Xi（k）|+ρmaximaxk|X0（k）-Xi（k）|

等權關聯度：

ri=1n∑nk=1ξ（k）

權重系數：

ωi=ri∑ri

加權關聯度：

r′i=∑nk=1ωi（k）ξi（k）

式中，minimink|X0（k）-Xi（k）|為二級最小差，maximaxk|X0（k）-Xi（k）|為二級最大差，ρ為分辨系數，取值范圍0～1，取值0.5。

2" 結果與分析

2.1" 苜蓿種質農藝性狀差異分析

由表2可知，各供試苜蓿種質株高在2022，2023年變化幅度分別為54.69～85.25 cm，73.64～94.50 cm，其中Zxy2010p-7481，LD在2022，2023年較其他種質有優勢；兩年的單株干重、單株莖干重、單株葉干重最高的均為Zxy2010p-7915；Zxy2010p-7254，Zxy2012p-9004的莖葉比在2022，2023年均低于其他種質。

2.2" 30份苜蓿材料的品質性狀

由表3可知，2022，2023年CP含量最高分別為Zxy2010p-7667，Zxy2015p-13722，達到24.14%，25.10%；各供試苜蓿種質的Cash含量第二年均顯著高于第一年（P＜0.05）。Zxy2010p-7809兩年的Cash含量均最低，分別為6.52%，9.43%；Zxy2010p-7576，Zxy2010p- 7915的EE含量在2022，2023年均最高；2022和2023年DM含量最高的分別為Zxy2010p-7551和Zxy2010p-15549，分別達到95.60%，95.93%；P含量變化范圍在0.19%～0.29%之間。材料Zxy2010p-7669，Zxy2010p-7809，Zxy2010p-7843，Zxy2010p-137 22，Zxy2010p-15578第一年Ca含量高于第二年，其余材料第二年高于第一年。

由表4可知，2022年NDF，ADF，RFV，DMI，DDM變化范圍為34.27%～47.60%，28.14%～42.23%，109.44%～180.79%，55.60%～67.57%，1.92%～2.73%；2023年變化范圍為35.22%～45.36%，26.30%～40.56%，117.53%～177.65%，57.30%～68.41%，2.05%～2.64%。其中Zxy2010p-7809在2022，2023年NDF，ADF含量均最高，RFV，DMI，DDM均最低，且與其他材料呈顯著相關（P＜0.05）。2023年材料Zxy2010p-7657的DMI最高，材料Zxy2010p-15485兩年的RFV、兩年的DMI和2022年DDM最高，且顯著高于其他材料（P＜0.05）。

2.3" 不同苜蓿材料的性狀變異系數

由表5可知，苜蓿種質資源表現出一定的變異，農藝性狀變異系數均高于品質性狀。在農藝性狀中，變異系數在4.88%～16.14%之間，其中單株莖干重變異系數最高，單株葉干重次之。品質性狀中粗脂肪的變異系數最大，為12.04%，干物質變異系數最小。

2.4" 主成分分析

為簡化指標和濃縮數據，以30份苜蓿種質各單項指標均值為基礎進行主成分分析，以便再現變量間的內在聯系。由表6可知，前5個主成分累計貢獻率達到85.53%，足以代表原始因子的大部分信息。第一主成分貢獻率為48.36%，對應較大的特征向量分別為NDF（-0.93）、ADF（-0.93）、RFV（0.93）、DDM（0.93）、DMI（0.92），主要反映的是五項品質性狀；第二主成分貢獻率為13.47%，對應較大的特征向量分別為單株干重（0.65）、單株莖干重（0.60），主要反映兩個農藝性狀；第三主成分貢獻率為9.96%，對應較大的特征向量為莖葉比（-0.90），主要反映一個農藝性狀；第四主成分貢獻率為7.40%，對應較大的特征向量為Ca（-0.70），主要反映一個品質性狀；第五主成分貢獻率為6.34%，對應較大的特征向量為P（0.71），主要反映一個品質性狀。

2.5nbsp; 相關性分析

由圖1可知，株高、單株干重、單株莖干重、單株葉干重兩兩間呈顯著或極顯著正相關關系（P＜0.05或P＜0.01）；莖葉比與單株葉干重、CP含量呈顯著負相關關系（P＜0.05）；EE含量與單株干重、單株葉干重呈極顯著正相關關系（P＜0.01）；ADF，NDF，DMI，DDM含量兩兩間呈極顯著正相關關系（P＜0.01）；株高、單株干重、單株葉干重、Cash，EE，CP，RFV，DMI，DDM與NDF，ADF均呈顯著負相關關系（P＜0.05）。

2.6" 灰色關聯度分析

為簡化指標及濃縮數據，以30份供試苜蓿種質的2022，2023年各指標平均值進行灰色關聯度分析，以便再現變量間的內在關系。由表7可知，Zxy2010p-15485綜合得分最高，Zxy2010p-13722次之，Zxy2008p-7809最低。

2.7" 聚類分析

由圖2可知，供試苜蓿灰色關聯值經歐氏距離平均連鎖法進行聚類分析，當歐氏距離為5時，可劃分為4類。第Ⅰ類，包括材料Zxy2010p-15485；第Ⅱ類，包括Zxy2010p-7576，Zxy2010p-7657，Zxy 2010p-7915，Zxy2015p-13722，Zxy2010p-7667，Zzxy 2010p-7715，Zxy2010p-7097，Zxy2010p-15578，Zxy 2010p-7254，Zxy2010p-7890，Zxy2010p-7900，QS；第Ⅲ類，包括Zxy2010p-15549，Zxy2010p-7765，Zxy2010p-7157，Zxy2012p-9004，GN，Zxy2010p-7451，Zxy2010p-15354，LD，Zx2010p-15558，Zxy2010p-7481；第Ⅳ類，包括Zxy2010p-7470，Zxy2010p-7669，Zxy2010p-7551，Zxy2010p-7740，Zxy2010p-7843，Zxy2008p-5486，Zxy2010p-7809。

3" 討論

3.1" 農藝性狀

農藝性狀是研究種質資源多樣性最簡單、直觀、迅速的途徑［16］。研究發現苜蓿的株高、單株重、莖與葉重量是影響產量的重要因素［17］。株高是牧草生長發育狀況和草地生產力的直觀體現，對產量有顯著的正向影響［18］。苜蓿單株生物量是反映品種生產性能強弱的重要指標。本研究中，株高與單株干重、單株莖干重、單株葉干重顯著正相關，其中材料Zxy2010p-7481的株高顯著高于其他種質（P＜0.05），且該種質的單株干重、單株莖干重、單株葉干重在各種質中均有較大的優勢。表明具有株高優勢的苜蓿種質通風透光性較好、生產潛力較大、群體產量較高，這與馬曉霞等［19］、Sayed等［20］研究結果一致。莖葉比能準確反映牧草飼用價值，這是因為葉片中蛋白質和礦物質含量均高于莖，且葉片中的纖維素含量比莖中低，故葉量越豐富，家畜越喜采食，其營養品質越好［21］。兩年試驗結果表明，2023年的莖葉比低于2022年，這可能是因為2022年的降雨量在苜蓿生長期間較少，影響了苜蓿的生長發育。從兩年均值來看，材料Zxy2015p-13722，Zxy2010p-7900莖葉比較小，表明其具有較高的飼用價值，可作為優質青草飼料。

3.2" 營養品質

優良的苜蓿品種應同時具備較高的生產性能和良好的營養品質［22］，對苜蓿而言，其品質與CP，EE，Cash，Ca，P含量和RFV正相關，與NDF，ADF含量負相關［23］。CP是各種含氮物質的總稱，對生長、發育、繁殖和各器官的修復至關重要，是生命活動的重要營養物質［24］。Yang等［25］研究發現CP含量高低直接影響著家畜的乳蛋白產量。本試驗結果表明材料Zxy2015p-13722的CP含量最高，Zxy2010p-7576次之，表明兩份材料對家畜產乳量都有極大促進作用。NDF影響動物采食率，ADF降低消化能力，其含量越高，越難被動物消化吸收，相應的營養品質越差［26］。RFV是反映動物對牧草的消化程度，其值越高，代表被動物消化越徹底，飼用價值越高［27］。本研究中，兩年的RFV材料Zxy2010p-15485均最高，其NDF，ADF含量均顯著低于其他種質，表明材料Zxy2010p-15485營養品質較優，這與李滿有等［28］研究結果一致。

Cash反映了牧草礦質元素總體含量，以及牧草生長的土壤、氣候特征等生境條件［27］。本研究發現2023年供試苜蓿種質的Cash含量均高于2022年，這可能是因為植株生長年限越長，根系入土深度越深，越有利于礦質養分吸收［29］。供試苜蓿種質Cash含量均低于12%，符合苜蓿干草質量分級標準（≤12.5%）［30］，在一定范圍內，Cash含量越高，其礦物質含量越豐富，營養品質越好。本研究中Zxy2010p-15578的Cash含量最高，表明該種質能促進動物對稀缺元素的吸收，防止動物因缺乏元素而導致的免疫力下降。Ca，P是動物形成骨骼的物質基礎，供應不足嚴重影響動物健康，是牧草中不可或缺的物質，含量越高，對家畜正常的代謝功能和強健骨骼幫助越大［31］。本研究中Ca，P兩年平均含量最高的材料分別是Zxy2010p-15578，Zxy2010p-7900，其為家畜骨骼發育和維護提供了重要的礦質元素，進而促進家畜的生長發育。EE含有芳香類物質，是評價苜蓿適口性的重要指標，含量以2%為宜，超過5%易引起家畜腹瀉或過肥［32］。本研究中30份苜蓿材料的兩年粗脂肪含量在2.09%～3.63%之間，均小于5%，表明各供試材料利用率較高，其中材料Zxy2010p-7576粗脂肪含量較高，促進了脂溶性維生素的吸收。

3.3" 綜合分析

數量性狀極易受環境因素影響。本試驗將30份苜蓿種質種植于土壤環境一致的大田中，最大可能避免環境影響［26］。本研究通過對30份苜蓿種質進行變異分析，結果表明農藝性狀的變異系數高于品質性狀，其中單株葉干重的變異系數較高，且相關性分析顯示單株葉干重與RFV顯著正相關，說明苜蓿葉量越多，品質越高［7］，即在培育高產優質的苜蓿新品種時首先要考慮單株葉干重，以挑選出優良個體。這與我國在現行常規苜蓿育種應用所選指標基本吻合［33］。在相關性分析中，株高、單株莖干重、單株葉干重與單株干重均呈極顯著正相關關系，說明苜蓿草產量的增加不僅取決于苜蓿的高度，莖與葉也同樣重要，這與張鐵軍等［34］研究結果一致。苜蓿作為多年生牧草，其生產性能的評價不能只用單項指標來判斷，只有綜合性狀評價優異的品種才適合種植推廣。本試驗綜合各項指標利用灰色關聯度及聚類結合分析發現，Zxy2010p-15485，Zxy2015p-13722，Zxy2010p-7667，Zxy2010p-7576在各指標中均具有較大的優勢，可作為后續選育材料。

4" 結論

本文從農藝和品質性狀對30份國內外苜蓿種質資源進行綜合評價，通過灰色關聯度及聚類分析結合發現，材料Zxy2010p-15485，Zxy2015p-13722，Zxy2010p-7667，Zxy2010p-7576的株高、單株干重、單株葉干重較大，CP，EE，Cash，P含量和RFV均較高，可進一步作為優質苜蓿篩選的重點材料。

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（責任編輯" 閔芝智）