廣西地方紫云英種質資源收集及表型多樣性評價

韋彩會 董文斌 李忠義 唐紅琴 曾成城 莫永誠 何鐵光

韋彩會，董文斌，李忠義，等. 廣西地方紫云英種質資源收集及表型多樣性評價［J］. 湖北農業科學，2024，63（2）：67-73．

摘要：以農業農村部“第三次全國農作物種質資源普查與收集行動”為契機，開展了廣西壯族自治區紫云英（Astragalus sinicus L.）種質資源的考察收集與評價鑒定。結果表明，收集到的58份地方資源主要分布在桂東北以及0～400 m的中低海拔地區。12項農藝性狀表型分析顯示其遺傳多樣性豐富；主成分分析將12個農藝性狀分為3個主成分，分別為種子產量、生物產量及生育期特征，累計貢獻率達72.089%；通過加權平均計算得出綜合排名前10位的種質資源為GXLF20180011、GXLF2019109、GXLF2019156、GXLF2019118、GXLF2019112、GXLF2019117、GXLF20180006、GXLF2019125、GXLF2019111、GXLF2019136；排名前10位的種質資源全生育期為134～147 d，盛花期莖粗（直徑）為2.83～3.66 mm，盛花期株高為 41.63～54.73 cm，單株分枝數為2.83～4.19個，每分枝花序數為5.85～6.99個，總花序數為17.55～26.23個/株，結莢花序數為14.33～19.97個/株，鮮草產量為10 458.15～48 792.75 kg/hm²，干草產量為1 037.36～5 724.34 kg/hm²，種子產量為246.75～991.20 kg/hm²。

關鍵詞：紫云英（Astragalus sinicus L.）；種質資源；收集；表型多樣性；廣西

中圖分類號：S571.1? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2024）02-0067-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.02.012 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Collection and phenotypic diversity evaluation of local Astragalus sinicus L. germplasm resources in Guangxi

WEI Cai-hui， DONG Wen-bin， LI Zhong-yi， TANG Hong-qin， ZENG Cheng-cheng， MO Yong-cheng， HE Tie-guang

（Agricultural Resource and Environment Research Institute， Guangxi Academy of Agricultural Sciences/Guangxi Key Laboratory of Arable Land Conservation， Nanning? 530007， China）

Abstract： Taking the opportunity of the “Third National Crop Germplasm Resources Census and Collection Action” of the Ministry of Agriculture and Rural Affairs， the investigation， collection， evaluation and identification of Astragalus chinensis L. germplasm resources in Guangxi were carried out. The results showed that the 58 collected local resources were mainly distributed in the middle and low altitude areas of 0～400 meters in northeastern Guangxi. Phenotypic analysis of 12 agronomic traits showed rich genetic diversity. Principal component analysis divided 12 agronomic traits into 3 principal components， namely seed yield， biological yield， and growth period characteristics， with a cumulative contribution rate of 72.089%. By weighted average calculation， the top 10 germplasm resources in the comprehensive ranking were GXLF20180011， GXLF2019109， GXLF2019156， GXLF2019118， GXLF2019112， GXLF2019117， GXLF20180006， GXLF2019125， GXLF2019111， and GXLF2019136. The total growth period of the top 10 germplasm resources was 134～147 d， with stem diameter of 2.83～3.66 mm during the peak flowering period， branch length of 41.63～54.73 cm during the peak flowering period， branch number per plant of 2.83～4.19， flower number per branch of 5.85～6.99， total flower number of 17.55～26.23 per plant， pod bearing flower number of 14.33～19.97 per plant， and fresh grass yield of 10 458.15～48 792.75 kg/hm²， hay yield of 1 037.36～5 724.34 kg/hm²， and seed yield of 246.75～991.20 kg/hm².

Key words： Astragalus sinicus L.； germplasm resources； collection； phenotypic diversity； Guangxi

紫云英（Astragalus sinicus L.）又名紅花草、草子、翹搖等，屬豆科黃芪屬，為一年生或越年生草本植物，起源中心推測在中國秦嶺以南的中部山間河谷地帶，后向南、向東擴展^{［1，2］}。紫云英曾是南方稻田的主要冬季綠肥作物，全國種植最多時達708.5萬hm^2［2］。農諺“江南處處翹搖紅”正是贊譽紫云英在春天遍地盛開的美麗景象，由此可見，當時紫云英種植面積廣泛。

20世紀90年代后，受化肥工業迅速發展的沖擊，紫云英種植面積迅速下滑，相應的種質資源研究工作也被迫中斷和擱淺^［3］。直到21世紀初，化肥原料過度消耗、農業面源污染加重、農產品質量提升困難等問題引起國家以及全社會的關注，綠肥作為中國傳統農業的精華，重新進入大眾的視野，紫云英也獲得了恢復性的發展機遇^{［3，4］}。廣西的紫云英生產及相關科研工作和全國大趨勢一樣，近20～30年處于蕭條和停滯期，種質創新利用工作也中斷多年，原有的優良品種在生產上消失，種質資源混雜、退化嚴重。獲得恢復性發展后，生產用種幾乎都從省外采購，存在適應性不佳、種性不純、種源不穩定等風險。同時，廣西庫存的紫云英種質資源材料非常匱乏，難以支撐培育新品種（系）所需。

本研究以農業農村部“第三次全國農作物種質資源普查與收集行動”為契機，在國家綠肥產業技術體系“南寧綜合試驗站”和廣西創新驅動發展專項“廣西農作物種質資源收集鑒定與保存”等項目的大力資助下，在廣西區內開展全面系統的紫云英種質資源調查和收集工作，以期充實廣西紫云英種質資源的豐富度和多樣性，為后期通過雜交、系譜、誘變等方法選育優良的紫云英新品種（系）提供種質材料基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗地點

試驗材料為項目組在廣西全面系統調查并收集到的來自23個縣級行政區46個鄉鎮的58份紫云英地方（野生）種質資源（表1）。試驗設在廣西南寧市隆安縣雁江鎮紅良村，位于東經107°38′05.90″，北緯23°16′09.98″，海拔94 m。試驗地為赤紅壤黏土，土壤pH為5.94，全氮含量為2.26 g/kg，全磷含量為0.86 g/kg，全鉀含量為1.63 g/kg，堿解氮含量為227.00 mg/kg，有效磷含量為8.60 mg/kg，速效鉀含量為168.00 mg/kg，有機質含量為35.70 g/kg。前茬作物為水稻。

1.2 試驗方法

試驗于2019年秋季至2021年春季進行，按表1種質序號順序排列，不設重復，試驗小區寬3 m，長? 5 m，行距30 cm，條播，小區面積15 m²。以試驗小區全部植株為調查對象，記錄自播種第2天至75%植株開花的日期為盛花期，于開花期每小區隨機連續取20株調查試驗材料的莖粗（直徑）、株高、單株分枝數、每分枝花序數、總花序數，并于盛花期每小區選取4 m²調查試驗材料的鮮草產量和干草產量，于結莢期每小區隨機連續取20株調查試驗材料的結莢花序數，成熟期每小區選取4 m²調查試驗材料的種子產量，并調查其千粒重。調查、考種方法參照《綠肥種質資源描述規范和數據標準》^［5］。

采用Shannon多樣性指數分析法對表型性狀進行遺傳多樣性分析，根據性狀表現及相關分析篩選優異種質^［6］。

2 結果與分析

2.1 廣西紫云英種質資源的分布

2.1.1 水平分布 由圖1可知，廣西紫云英資源主要分布在桂中及桂東北一帶，包括來賓、柳州、桂林以及河池的東北區域，4個地區的資源占收集總數的86.21% ，其他地區只有零星分布，包括南寧收集到5份，崇左2份，貴港1份。這可能與廣西地形地貌以及多年來各區域種植制度的變化有關。集中分布的地區長期保持稻作，包括來賓北部、柳州的三江縣及桂林境域，而桂南沿海和桂東南地區農作物種植制更替更為頻繁，如水田改旱地，稻田改種甘蔗、果樹或其他經濟作物的都較為常見，破壞了紫云英的生長環境，而桂西北地區多為石山地區，只有零星的稻田分布且長期干旱缺水，不適宜紫云英生存，導致該區域紫云英種質資源較為少見。

2.1.2 垂直分布 廣西紫云英種質資源在海拔57～939 m均有分布，絕大部分資源分布在海拔0～400 m，占資源收集總數的82.76%，而海拔400～600 m收集到的資源有6份，占收集總數的10.34%；600～800 m和800～1 000 m 的海拔范圍內各收集到資源2份，占比均為3.45%，而海拔超過1 000 m 的地方未收集到紫云英資源（圖2）。這可能與高海拔地區多為高山或丘陵旱地，不利于紫云英生長發育有關。

2.2 紫云英種質資源的表型多樣性分析

對58份種質資源盛花期、全生育期、莖粗、株高、單株分枝數、每分枝花序數、總花序數、結莢花序數、鮮草產量、干草產量、種子產量和千粒重共 12個性狀指標進行觀測和測定，所得數據進行相關統計分析。

由表2可知，廣西紫云英種質資源的重要農藝性狀表現出較豐富的遺傳變異，12個農藝性狀指標的變異系數范圍為5.17%～58.01%，其中種子產量變異系數最大，為58.01%，變化范圍為80.55～991.20 kg/hm²；干草產量變異系數次之，為56.51% ，變化范圍為751.56～6 318.27 kg/hm²；鮮草產量變異系數為54.70%，變化范圍為5 853.35～48 792.75 kg/hm²；結莢花序數變異系數為30.08%，變化范圍為6.54～ 19.97個/株；總花序數變異系數為28.21%，變化范圍為8.13～26.23個/株，以上5個性狀變異系數較大，均大于25.0%，而其余7項農藝性狀的變異系數相對較小，在5.17%～20.61%，其由大到小依次為單株分枝數（20.61%）、每分枝花序數（16.88%）、株高（11.84%）、莖粗（10.99%）、千粒重（7.22%）、盛花期（5.43%）、全生育期（5.17%）。

12個農藝性狀的遺傳多樣性指數在1.72～2.06，平均多樣性指數為1.93，由此可見，58份紫云英種質資源存在較大的遺傳多樣性，其中株高的遺傳多樣性指數最大，為2.06 ，每分枝花序數次之，為2.05，干草產量最小，為1.72，其他性狀的遺傳多樣性指數由大到小依次為單株分枝數（2.03）、莖粗（2.01）、結莢花序數（2.00）、千粒重 （1.99）、總花序數（1.98）、種子產量（1.92）、全生育期（1.90）、盛花期（1.76）、鮮草產量（1.76）。由此可知，58份廣西地方紫云英種質資源種子產量、干草產量、鮮草產量、結莢花序數、總花序數變異程度較大，而株高、每分枝花序數、單株分枝數、莖粗、結莢花序數、千粒重、總花序數離散程度較高。

2.3 12個農藝性狀的相關性分析

對58份紫云英種質資源的12個重要農藝性狀進行相關性分析，結果表明，盛花期與全生育期、莖粗呈極顯著正相關；全生育期與莖粗呈極顯著正相關；株高與結莢花序數呈顯著正相關，與鮮草產量、干草產量、種子產量呈極顯著正相關；單株分枝數與總花序數、結莢花序數、種子產量呈極顯著正相關；每分枝花序數與總花序數、結莢花序數、鮮草產量、干草產量、種子產量呈極顯著正相關；總花序數與結莢花序數、鮮草產量、干草產量、種子產量呈極顯著正相關；結莢花序數與鮮草產量、干草產量、種子產量呈極顯著正相關；鮮草產量與干草產量、種子產量呈極顯著正相關；干草產量與種子產量呈極顯著正相關（表3）。綜上可見，盛花期、全生育期、莖粗、單株分枝數與紫云英的鮮草產量沒有明顯的相關關系，株高、每分枝花序數、總花序數、結莢花序數與鮮草產量呈明顯正相關；盛花期、全生育期、莖粗與種子產量沒有明顯的相關關系，株高、單株分枝數、每分枝花序數、總花序數、結莢花序數和種子產量呈顯著正相關。這說明在一定程度上，植株越高、花序數和結莢花序數越多，紫云英的鮮草及種子產量就越高。

2.4 12個農藝性狀的主成分分析

對58份紫云英種質資源的12個農藝性狀進行主成分分析，結果顯示，12個農藝性狀的主要信息集中在前3個主成分中，其累計貢獻率達72.089%，其中，第1主成分貢獻率為38.469%，第2主成分貢獻率為20.501%，第3主成分貢獻率為13.119%（表4）。第1主成分中單株分枝數、每分枝花序數、總花序數、結莢花序數、種子產量等有較大的正載荷，分別為0.789、0.575、0.941、0.948和0.823，該主成分主要反映與紫云英種子產量正顯著相關的性狀特征（表5）。第2主成分中株高、鮮草產量及干草產量有較大的正載荷，分別為0.521、0.913、0.916，該主成分主要反映紫云英的生物產量特征。第3主成分中盛花期、全生育期和莖粗載荷較高，分別為0.903、0.892和0.675，該主成分主要反映紫云英的生育期特征（表5）。

選取前3個主成分載荷矩陣，得出主成分系數矩陣（表6），由此得出前3個主成分表達式分別為：

F₁=-0.062ZX₁-0.039ZX₂+0.012ZX₃-0.012ZX₄+0.260ZX₅+0.125ZX₆+0.266ZX₇+0.268ZX₈-0.060ZX₉-0.076ZX₁₀+0.229ZX₁₁+0.180ZX₁₂（1）

F₂=0.081ZX₁-0.001ZX₂+0.047ZX₃+0.213ZX₄-0.167ZX₅+0.101ZX₆-0.053ZX₇-0.050ZX₈+0.391ZX₉+0.401ZX₁₀-0.012ZX₁₁-0.264ZX₁₂（2）

F₃=0.410ZX₁+0.394ZX₂+0.298ZX₃+0.045ZX₄+0.068ZX₅-0.102ZX₆-0.002ZX₇-0.010ZX₈+0.056ZX₉+0.067ZX₁₀-0.103ZX₁₁+0.057ZX₁₂（3）

將58份紫云英種質資源的12個農藝性狀標準化后的數值代入主成分方程式，計算主成分得分值列于表7，結果表明，第一主成分主要反映種子產量因子中排前10位的紫云英種質材料的編號為24、47、52、8、23、38、15、17、18、41；第二主成分生物產量因子中排名前10位的紫云英種質材料的編號為 8、28、15、3、7、13、19、52、57、51；第三主成分生育期特征因子中排名前10位的紫云英種質材料的編號為 11、6、3、 9、7、30、5、45、52、40。

通過3個主成分得分值以各主成分方差貢獻率為權重進行加權平均，計算得出每個樣本的綜合得分排序，得出綜合性狀排前10位的種質材料分別為GXLF20180011、GXLF2019109、GXLF2019156、GXLF2019118、GXLF2019112、GXLF2019117、GXLF20180006、GXLF2019125、GXLF2019111、GXLF2019136。綜合排前10位的種質材料的全生育期為134～147 d，盛花期莖粗為2.83～3.66 mm，盛花期株高為41.63～54.73 cm，單株分枝數為2.83～4.19個，每分枝花序數為5.85～6.99個，總花序數為17.55～26.23個/株，結莢花序數為14.33～19.97個/株，鮮草產量為10 458.15～48 792.75 kg/hm²，干草產量為1 037.36～5 724.34 kg/hm²，種子產量為246.75～991.20 kg/hm²。

3 小結與討論

種質資源是種質創新利用的基礎，在區域范圍內展開調查與收集工作，對種質資源的保存、鑒定評價、優異種質挖掘、新品種培育等具有重要意義^{［7，8］}。廣西86.21%的紫云英種質資源分布于桂東北一帶，這可能與桂東北一帶長期保持稻作，稻田充足的水分適宜其生存有關。此外，于海拔0～400 m 收集到的資源占總數的82.76%，由此可知，紫云英適宜生長于中低海拔地區，這些地區可作為今后資源考察收集的重點區域。

當前中國對綠肥種質資源的評價研究，根據不同種綠肥作物自身的特點及用途，主要集中于農藝性狀評價等方面^［9］。本研究結果表明，廣西紫云英資源有豐富的表型變異，其中種子產量、干草產量、鮮草產量、結莢花序數、總花序數5個性狀變異系數均大于25.0%。12個農藝性狀的遺傳多樣性指數均在1.0以上，其中種子產量、干草產量、鮮草產量、結莢花序數、總花序數變異程度較大，可用于種質資源的初步分類。

以往針對綠肥種質資源的評價多是從單一或少數幾個指標切入，其綜合評價結果通?；谌藶橹饔^判斷，所以易存在弊端。綠肥作物不僅農藝性狀較多，且關系錯綜復雜，多個性狀常綜合影響一個性狀。主成分分析是一種多元統計方法，即利用原始變量間的相關性，通過少數線性組合解釋原始變量，從而實現降維^［10］。通過主成分分析，將大多數農藝性狀指標轉化成少數幾個不相關且能代表原數據大部分信息的新變量，最終通過綜合得分來評價種質資源，即分值與綜合性狀正相關^［11］。本研究通過主成分分析發現，12個性狀分為3個主成分，分別反映了種質資源的種子產量、生物學產量及生育期特征，累計貢獻率達72.089%，從側面說明，可根據這3個主要特征，有針對性地發掘育種中間材料，為資源的有效利用提供依據。

因環境影響及考察的農藝性狀有限，難以區分一些重復收集或混雜的種質，所以需進一步進行種質資源分子標記水平分析，進而促進資源的高效管理和創新利用。

參考文獻：

［1］ 施海帆， 郭振飛.紫云英種質資源與遺傳育種研究進展［J］.草業科學，2020，37（12）：2507-2519.

［2］ 林多胡， 顧榮申.中國紫云英［M］.福州：福建科學技術出版社， 2000.

［3］ 曹衛東，包興國，徐昌旭.等.中國綠肥科研60年回顧與未來展望［J］.植物營養與肥料學報， 2017， 23（6）： 1450-1461.

［4］ 曹衛東，徐昌旭.中國主要農區綠肥作物生產與利用技術規程［M］.北京：中國農業科學技術出版社， 2010.

［5］ 曹衛東，封朝暉，王 旭，等.綠肥種質資源描述規范和數據標準［M］.北京：中國農業出版社， 2007.

［6］ 周艷春. 無芒雀麥種質資源遺傳多樣性分析及其核心種質的構建［D］.長春：東北師范大學，2020.

［7］ 林新堅，曹衛東，吳一群， 等.紫云英研究進展［J］.草業科學，2011，28（1）：135-140.

［8］ 王艷蘭， 李基光， 王利群， 等.湖南省飯豆地方種質資源表型多樣性評價［J］.植物遺傳資源學報， 2021，22（2）：317-327.

［9］ 韓 梅， 張宏亮， 郭石生， 等.不同綠肥毛苕子品種農藝性狀評價［J］.廣東農業科學， 2012， 39（16）：21-23.

［10］ 李靖華， 郭耀煌.主成分分析用于多指標評價的方法研究——主成分評價［J］.管理工程學報， 2002， 16（1）：39-43，3.

［11］ 陳子英， 常單娜， 韓 梅， 等. 50份毛葉苕子品種（系）在青海作秋綠肥的能力評價［J］.植物營養與肥料學報， 2022，28（4）：701-714.

收稿日期：2023-10-31

基金項目：國家綠肥產業技術體系項目（CARS-22）；廣西自然科學基金項目（GXNSFBA026335）；廣西創新驅動發展專項資金項目（桂科AA17204045-10）；廣西科技先鋒隊“強農富民”、“六個一”專項行動項目（桂農科盟202313）；廣西壯族自治區農業科學院科技發展基金項目（桂農科2021YT037）；廣西農業科學院基本科研業務專項（桂農科2023YM66）

作者簡介：韋彩會（1983-），女，廣西羅城人，高級農藝師，碩士，主要從事綠肥環境生態研究，（電話）18169645697（電子信箱）121842307@qq.com；通信作者，何鐵光，研究員，博士，主要從事綠肥育種與栽培等研究，（電子信箱）tghe118@163.com。