红三叶种质资源农艺性状的综合评价及聚类分析

王建丽，申忠宝，潘多锋，张瑞博，李道明，钟 鹏，邸桂俐，高 超，李佶恺

（1.黑龙江省农业科学院 草业研究所，黑龙江 哈尔滨 150086；2.黑龙江省农业科学院大豆研究所，黑龙江 哈尔滨 150086）

红三叶（Trifoliumpratense）又名红车轴草、红菽草、红爪草，是重要的豆科栽培牧草，在英国和新西兰它是种植面积为第2的豆科牧草［1，2］，在美国的豆科牧草种植面积中也仅次于苜蓿［2，3］。红三叶19世纪末期由外国传教士带入我国，最初在湖北巴东县用于养马饲料。目前，在全国各地广泛栽培，成为一种具有较高饲用价值的优良牧草［4］。植物育种中，种质收集是保持物种遗传多样性和确保遗传基因的重要手段，已被广泛重视［5，6］。在国外，许多研究者对红三叶的表型性状展开了研究，Kouame［7］1993年对全世界范围内收集的800份红三叶种质材料的表型特征展开评价并进行了聚类分析，将所有材料划为早、中、晚熟3个类群；有关红三叶种群变异研究方面也有报道，Greene［8］，Rosso［9］和 Paula［10］发现了红三叶表型特征在群体间和群体内存在显著差异，而且这种差异在红三叶亚种群体中也存在［11］。在国内，很多专家对红三叶品种栽培技术［12，13］、生理特性［14－16］、营养动态［17，18］、草原改良［19］等方面进行了相关研究，而对红三叶种质资源综合评价的研究较少［20，21］。试验通过对引进的20份红三叶种质资源的农艺性状进行综合评价和聚类分析，从中选择具有开发利用价值的优良红三叶种质材料，以期为红三叶育种提供科学的依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验在黑龙江省农业科学院民主试验地进行。该地气候属中温带大陆性季风气候，冬长夏短，N 44°04′，E 125°41′，年平均气温3.1℃，≥10℃年活动积温2 546.2℃，无霜期150d，土壤为黑土，土质肥沃，地力均匀。

1.2 试验品种及来源

供试材料编号1～10来自中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，编号11～15来自黑龙江寒带植物基因资源研究中心，编号15，16来自湖北畜牧兽医研究所，编号18～20来自中国农业科学院草原所国家作物种质库，共计20份（表1）。

表1 供试种质编号及代号Table1 Origin and materials of red clover

1.3 试验设计与方法

将引进的20份红三叶种子种植于试验田，每个小区面积2m×3m，株行距30cm×40cm，每区50株；随机区组排列，3次重复；试验期间统一常规管理。

在红三叶开花期，随机选取20个单株测定植株绝对高度、自然高度、茎长度、茎粗度、顶生小叶长度、顶生小叶宽度、顶生小叶大小、叶形指数、花序直径，并对这9个表型性状进行测定。

1.4 主要性状测定方法

1.4.1 植株绝对高度、自然高度 用直尺测量植株自地面至最高点的绝对高度、植株地面至最高叶层的自然高度；

1.4.2 茎长度、茎粗度 测量每株最长茎节长度及分枝节上方2～4cm处茎的粗细；

1.4.3 顶生小叶长度、小叶宽度 主茎上第1花序枝条下的第3或第4复叶，测定顶生小叶的最长部位和最宽部位；

1.4.4 顶生小叶大小 顶生小叶长度×顶生小叶的宽度；

1.4.5 叶形指数 顶生小叶长度／顶生小叶的宽度；

1.4.6 花序直径 选择完全盛开的花序，游标卡尺测量花序最大处自然宽度。

1.5 数据处理

试验数据结果用Excel和Spss／PC软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 农艺性状的变异性分析

形态变异在某种程度上反映了遗传变异的大小［22］。为了解各个性状的变异情况，对各个农艺性状的最大值、最小值、平均值、标准差和变异系数进行了分析（表2），不同性状的变异系数不同。变异幅度最大的性状为顶生小叶大小，变异系数为26.16%；变异幅度较小的为花序直径，为8.63%。

表2 11个农艺性状的变异状况Table2 The variation of 11agronomic traits

2.2 农艺性状的相关性分析

对20份红三叶品种9个农艺性状进行相关性分析（表3），设植株绝对高度、自然高度、茎长度、茎粗度、顶生小叶长度、顶生小叶宽度、顶生小叶大小、叶形指数、花序直径分别为X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9，结果表明，顶生小叶长度与小叶宽度呈显著正相关，相关系数为0.645，与顶生小叶大小呈极显著正相关，相关系数为0.875，顶生小叶宽度与小叶大小呈极显著正相关，相关系数为0.928，其余各性状之间也表现出一定的相关性，但相关系数不是很大。

表3 20份红三叶各农艺性状的相关性分析Table3 Correlation analysis of agronomic traits of tested red clover varieties

2.3 农艺性状的聚类分析

对20个红三叶的9个农艺性状的原始数据进行标准化，并计算欧式距离，利用可变类平均法对其进行聚类分析，从聚类图（图1）可以看出，在欧式距离也即遗传距离为4.62时，可以把各居群分为3个大类（表4）。

图1 基于农艺性状的红三叶品种聚类图Fig.1 Clustering scheme of agronomic traits of red clover

第Ⅰ类包括6个居群，均来自中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，这些居群的特点是植株茎长度、顶生小叶长度、小叶宽度、小叶大小和花序直径均处于最高水平，分别为13.38、4.51、2.68、12.10和3.08mm。

第Ⅱ类包括13个居群，其中，包括中国农业科学院北京畜牧兽医研究所4份，黑龙江寒带植物基因资源研究中心4份，湖北畜牧兽医研究所2份，中国农业科学院草原所国家作物种质库3份；这些居群的特点是叶形指数处于最高水平，其他性状均处于中等水平。

第Ⅲ类包括1个居群，来自黑龙江寒带植物基因资源研究中心，这个居群的特点是植株绝度高度、自然高度和茎粗度均处于最高水平，其均值分别为86.00，60.50和6.97mm，同时茎长度、顶生小叶长度、顶生小叶宽度、小叶大小和花序直径均处于最低水平。

表4 各类群农艺性状平均值Table4 The average of agronomic traits in different groups

3 讨论与结论

3.1 红三叶种质资源农艺性状的遗传变异

在植物学性状的比较分析中，形态学方法是最古老的方法，标记简单、直观，容易获得［23，24］。与 DNA水平的遗传多样性研究相比，农艺性状虽然较易受环境条件的影响，但在同一立地条件和相同管理水平下，农艺性状在品种间表现较为稳定，能直观地反映品种间的亲缘关系，为生产栽培和育种提供指导作用，因而一直倍受关注。

研究采用了形态学标记对20份红三叶种质资源进行了遗传多样性研究，结果表明这些种质材料各性状的变异系数为8.63%～26.16%，顶生小叶大小变异系数最大，而花序直径变异系数最小，这反映了不同材料数量性状间存在一定的差异，具有丰富的遗传多样性。

3.2 红三叶种质资源农艺性状间关系

红三叶各个数量性状之间本身具有较强的相关性。顶生小叶长度与小叶宽度呈显著正相关，与顶生小叶大小呈极显著正相关，顶生小叶宽度与小叶大小呈极显著正相关，在新品种选育时，可以利用外部性状的相关性同时获得几个性状都优良的新品种。

3.3 红三叶种质资源农艺性状聚类结果

20份种质资源所属类群广泛，所属不同类群间既存在差异也存在一定相似。20份种质资源的3大类群中，第Ⅰ类包括6个居群，这些居群的特点是植株茎长度、顶生小叶长度、小叶宽度、小叶大小和花序直径均处于最高水平；第Ⅱ类群品种个数（13）最多，该类群的综合性状较为协调，均处于中等水平；第Ⅲ类包括1个居群，这个居群的特点是植株绝对高度、自然高度和茎粗度均处于最高水平，同时茎长度、顶生小叶长度、顶生小叶宽度、小叶大小和花序直径均处于最低水平。

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