11份新疆野生黄花苜蓿形态学比较及倍性检验.pdf
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1、DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0655于秀明,杜雨,汪鹏,李姣,王玉祥,张博.11 份新疆野生黄花苜蓿形态学比较及倍性检验.草业科学,2023,40(5):1284-1292.YUXM,DUY,WANGP,LIJ,WANGYX,ZHANGB.Comparisonandploidytestof11resourcesofwildMedicago falcatafromXinjiang.PrataculturalScience,2023,40(5):1284-1292.11 份新疆野生黄花苜蓿形态学比较及倍性检验于秀明,杜雨,汪鹏,李姣,王玉祥,张博(新疆农业
2、大学草业学院,新疆乌鲁木齐830091)摘要:以 11 份新疆野生黄花苜蓿(Medicago falcata)为材料,在同质园中通过对其形态特征及染色体倍性比较分析,以期为新疆黄花苜蓿资源评价及核心种质构建提供参考依据。通过形态学的测量以及以新疆大叶苜蓿(M.sativaXinjiangDaye)作为倍性检验的参照材料,使用 CyFlowSpace 流式细胞仪对相关参试材料进行倍性检测。结果表明,11 个材料的 13 个性状之间变异系数为 7.62%19.98%,11 个材料之间的变异系数为 9.66%17.22%,平均变异系数为 13.56%。聚类分析将 11 个材料分为 5 类:其中 YM
3、、MNS-2、YW-13 份材料各成一类,YM 为二倍体材料,叶面积最小,花部性状较好,可以作为杂交育种以及构建新疆野生黄花苜蓿核心种质库的重要材料;MNS-2 为四倍体材料,绝对株高最高;YW-1 为复合体材料,茎粗及单序小花数最高;其余材料均为四倍体,其中 AGXWB 和MNS-1 聚为一类,此类的特征是具有较长的节间、较多的茎节数以及叶片面积较大;材料 BLK、YL、YW-2、FY、JMN、ALT 聚为一类。关键词:形态特征;流式细胞术;聚类分析;主成分分析;方差分析;变异分析;黄花苜蓿文献标志码:A文章编号:1001-0629(2023)05-1284-09Comparison and
4、 ploidy test of 11 resources of wild Medicago falcata from XinjiangYUXiuming,DUYu,WANGPeng,LIJiao,WANGYuxiang,ZHANGBo(CollegeofGrasslandScience,XinjiangAgricultureUniversity,Urumqi830052,Xinjiang,China)Abstract:ElevenwildMedicago falcatafromXinjiangwerecomparedtodeterminetheirmorphologicalcharacteri
5、sticsandchromosomeploidyinahomogeneousgardentoprovideareferenceforevaluatingXinjiangM.falcataL.resourcesandconstructionofcoregermplasm.Themorphologywasevaluated.Asareferencematerial,M.sativaXinjiangDayewasusedfortheploidytestonaCyFlowSpaceflowcytometer,andthematerialsweretreatedusingaSysmexPartecGmb
6、HArndtstrae11a-bkit.ThecoefficientofvariationamongthetraitsofM.falcatarangedfrom7.62%19.98%andthecoefficientofvariationamongmaterialsrangedfrom9.66%17.22%,withanaveragecoefficientofvariationof13.56%.Inclusteranalysis,the11materialsweredividedintofivecategoriesataEuclideandistanceof10,amongwhichYM,MN
7、S-2,andYW-1eachformedonecategory.TheYMwasadiploidmaterialwiththesmallestleafareaandwasusedforcross-breedingandconstructingacoregermplasmbankofwildyellowcloverinXinjiang.TheMNS-2wasatetraploidmaterialwiththelargestabsoluteplantheight.TheYW-1wasacompositematerialwiththelargeststemthicknessandthelarges
8、t收稿日期:2022-08-19接受日期:2022-11-05基金项目:新疆维吾尔自治区科技重大专项“新疆农作物种质资源征集、评价与安全保存体系构建(2022A03004-1)”;国家自然基金“新疆野生黄花苜蓿种质资源遗传特性与核心种质构建研究(31860675)”第一作者:于秀明(1997-),男,黑龙江庆安人,在读研究生,主要从事草种质资源育种与生产研究。E-mail:通信作者:王玉祥(1980-),男,安徽涡阳人,副教授,博导,博士,主要从事草种质资源育种与生产研究。E-mail:1284-1292草业科学第40卷第5期5/2023PRATACULTURALSCIENCEVol.40,N
9、o.5http:/numberofinflorescences.Theremainingmaterialsweretetraploids,amongwhichAGXWBandMNS-1weregroupedandcharacterizedbylongerinternodes,morestemnodes,andlargerleafareas.ThematerialsBLK,YL,YW-2,FY,JMN,andALTwereclusteredintoonegroup.Keywords:morphological characteristic;flow cytometry;cluster analy
10、sis;principal component analysis;analysis ofvariance;ANNOVA;Medicago falcataCorresponding author:WANGYuxiangE-mail:黄花苜蓿(Medicago falcata)具有许多紫花苜蓿(M.sativa)不具有的优良抗逆性性状,如耐盐碱、抗旱、抗寒1-2等;广泛分布于我国北方地区,在新疆北疆地区分布尤为广泛。黄花苜蓿在自然条件下可与紫花苜蓿杂交,作为重要的基因源和亲本材料进行紫花苜蓿的育种、杂交3-4。形态差异是种质筛选的重要依据。黄花苜蓿种群间、种群内表型性状差异大,具有丰富的遗传多样性
11、5-7。相关研究结果表明,苜蓿类群间表型性状的多样性程度与生境呈正相关关系8-11,同时,黄花苜蓿的遗传多样性不仅存在于种群间,不同杂交种之间以及不同个体之间也具有丰富表型性状差异12-13。流式细胞术被广泛应用于医学、病毒学等领域,在植物研究中,被作为检测植物细胞 DNA 含量的方法,具有快捷、高效、灵敏度和准确性高等诸多优点14-15。现阶段对黄花苜蓿的研究相对较少,研究者16-18分别使用紫花苜蓿以及黄花苜蓿的花药进行离体培养,通过杂交判断其结实性和雄性不育差异表达;也有研究19-20同样是通过花药离体培养,然后对再生植株的倍性进行鉴定;富新年等21鉴定了国内外共 47 种黄花苜蓿倍性。
12、但针对新疆野生黄花苜蓿的倍性鉴定极少,不同倍性的黄花苜蓿所表现出的形态学差异,如株高、茎粗、花部性状等的变化暂未有相关研究。新疆黄花苜蓿资源具有分布范围广、垂直跨度大、生长环境多样、生态型丰富等特点,开展新疆黄花苜蓿种质资源的形态学比较及倍性检测,对比分析不同群体的形态差异性及倍性特点,能够为进一步开展新疆地区黄花苜蓿种质资源的系统评价提供基础数据。基于此,本研究以 11 份新疆野生黄花苜蓿为材料,在同质园中通过对其形态特征进行比较分析,结合流式细胞仪对供试材料的倍性进行鉴定,对供试材料的差异性、相关性等进行分析,以期为新疆黄花苜蓿资源评价及核心种质构建提供参考依据。1 材料与方法 1.1 试
13、验材料试 验 材 料 来 源 为 哈 密 市 阿 格 喜 沃 巴 村(AGXWB)、巴里坤兰州湾(BLK)、哈密伊吾(YW-1、YW-2)、伊犁昭苏(YL)、昌吉玛纳斯(MNS-1、MNS-2)、塔城富蕴(FY)、昌吉吉木乃(JMN)、阿勒泰五指泉(ALT)、塔城裕民(YM)9 个地区的 11 份黄花苜蓿作为参试材料,以四倍体新疆大叶苜蓿(M.sativaXinjiangDaye)(MSXD)作为倍性检验对照材料。1.2 试验方法1.2.1 育苗于 2021 年 7 月在新疆农业大学草业学院人工气候室育苗,育苗袋尺寸为 10cm9cm8.5cm;温度白天 25,夜间 20。选择籽粒饱满种子使用
14、手术刀片将种皮划破,播种深度为 1cm;萌发期 3d浇水一次,出苗之后 57d 浇水一次,生长 4 周之后进行倍性检验试验,后继续生长 2 周,于初霜期之前移入新疆农业大学三坪农场实习基地,株行距均为 60cm,次年初花期进行形态数据采集。1.2.2 检测方法形态学:在黄花苜蓿初花期(50%开花)进行数据测量,测量项目包括株高(plantheight,PH)、茎粗(stemthickness,ST)、节间长(longintervals,LI)、茎节数(numberofstemnodes,NS)、单枝花序数(singlebranchflowerordinalnumber,BFON)、单 序 小
15、花 数(number of florets in single order,NFSO)、花 序 长(inflorescencelength,IL)、花序宽(inflorescencewidth,IW)、小 花 长(floret length,FL)、叶 长(leaf length,LL)、叶宽(leafwidth,LW)、叶面积(leafarea,LA)等数量指标,指标测量方法参考苜蓿种质资源描述规范和数据标准22;使用 KONICAMINOLTA 公第5期于秀明等:11 份新疆野生黄花苜蓿形态学比较及倍性检验1285http:/司生产的型号为 SPAD-502Plus 测量叶绿素相对含量(S
16、oilandplantanalyzerdevelopment,SPAD)。倍 性 检 验:方 法 参 照 Sysmex Partec GmbHArndtstrae11a-b 试剂盒使用方法。1.2.3 分析方法形态学数据使用 SPSS19.0 分析,各性状之间相关性使用 Pearson 相关性分析,同一材料不同性状、同一性状不同材料进行单因素方差分析,并用 Duncan法对各测定数据进行多重比较;采用 Excel2010 制图;倍性数据使用 FloMaX 软件分析。估算待测样品倍性公式23为:待测样品倍性=参照样品倍性(参试样品G0G1峰荧光均值/对照样品G0G1峰荧光均值);(1)变异系数(
17、CV)=SD/MN100%。(2)式中:SD 为标准偏差,MN 为平均值。2 结果与分析 2.1 变异分析对 11 份材料的 13 个表型性状进行方差分析可知,在不同群体之间,各个表型性状的差异各不相同,部分性状具有显著差异(P0.05),最短的材料为 ALT,仅为 10.07mm;茎粗最大的材料是 YW-1,MNS-2 次之,两者分别为 6.40 和 5.88mm,最小的为 MNS-1,仅为 3.09mm;茎节数在 11 个材料中不具有显著差异(P0.05)。单枝花序数最多的为 MNS-2,最少的为 MNS-1,分别为 32.43 和 11.86 个,两者之间具有显著差异(P0.05);YW
18、-1 的单序小花数最多,YM 次之,YL 的小花数最少,三者分别为 23.54、20.45 和 12.33 个,前者与后者具有显著差异(P0.05),BLK、YL、MNS-1、JMN、ALT 等材料之间差异不显著;花序最长的为 MNS-2,花序最短的为 BLK,花序最宽的为 AGXWB,最窄的为BLK;YW-2 的小花长度最长,为 9.09mm。叶面积最大的为 MNS-1,为 60.01mm2,最小的 YM 叶面积仅为 11.94mm2;SPAD 最小的为 YM,AGXWB 次之,倒数第 3 个为 YW-1,三者与其他材料的 SPAD差异显著(P0.05)。11 份黄花苜蓿材料的性状差异结果表
19、明(表 2),11 份材料的 13 个表型性状差异均较大,部分超过10%;变 异 系 数 超 过 10%则 认 为 材 料 间 的 差 异明显23。13 个性状的平均变异系数介于 7.62%19.98%,其中单序小花数、茎节数、单枝花序数变异系数较高,分别为 19.98%、19.67%和 17.46%,叶宽的变异系数最小,仅为 7.62%;11 份材料的平均变异系数分布介于 9.66%17.22%,其中 YW-2 的表型性状的平均变异系数最小,为 9.66%,JMN 的变异系数最大,为 17.22%。2.2 相关性分析株高与单枝花序数、小花长和茎粗显著正相关(P0.05)(表 3),与花序长极
20、显著正相关(P0.01);节间长与茎节数显著正相关(P0.05),与叶长极显著正相关(P0.01),与单枝花序数极显著负相关(P0.01);茎粗与单枝花序数、单序小花数和花序长极显著正相关(P0.01),与小花长显著正相关(P0.05),与 SPAD 显著负相关(P0.05);单枝花序数与花序长、株高和茎粗显著正相关,和茎粗极显著正相关,与节间长极显著负相关(P0.01);单序小花数和花序长、宽极显著正相关(P0.01),与小花长显著正相关(P0.05),与 SPAD 极显著负相关(P0.01);花序长宽之间极显著正相关关系(P0.01);叶长与叶宽显著正相关关系(P0.05),叶面积与叶长和
21、叶宽极显著正相关关系(P0.01),同时,叶长与 SPAD 之间极显著正相关(P0.01)。2.3 倍性检验结果显示,作为对照材料的新疆大叶苜蓿相对DNA 含量为 101.19,参照公式(1)进行计算,结果表明,材料 YW-1 的相对 DNA 含量比值为 0.5101 和0.9732,判断其为二倍体和四倍体共存,为复合体材料(表 4);材料 YM 相对 DNA 比值为 0.4560,判断其倍性为二倍体材料;其他参试材料的相对 DNA含量比值均为 1 左右,说明均为四倍体材料。11 种参试材料以及对照材料的变异系数均小于 10%。1286草业科学第40卷http:/ 2.4 聚类分析将 11 份
22、野生黄花苜蓿种质资源标准化处理后进行系统聚类,以组间联接为聚类方法,以区间平方欧式距离为度量标准进行聚类。对 11 份黄花苜蓿材料的 13 个表型性状进行聚类分析(图 1),结果表明,在欧式距离为 10 的情况下,可将 11 份黄花苜蓿分为 5 类,其中 YM、MNS-2、YW-13 份材料单独一类,YM 的叶面积最小,MNS-2 的绝对株高最高,YM-1 的茎粗及单序小花数最高;AGXWB 和 MNS-1聚为一类,此类的特征是具有较长的节间,较多的表 1 黄花苜蓿表型性状方差分析Table 1 Flow cytometry-based ploidy test peak plots of Me
23、dicago falcata材料MaterialPHILSTNSBFONNFSOILAGXWB48.004.58cd13.770.71ab4.681.23bcd20.434.13a15.532.43bc19.132.46abc11.551.24cdBLK44.134.86de12.022.08ab3.250.39de15.342.45a14.311.52bc13.874.35c9.272.06dYW-148.676.65cd11.072.97b6.401.11a18.432.57a24.373.61ab23.542.22a13.911.71abcYL51.733.97bcd15.601.11a
24、3.610.17cde21.436.11a14.342.08bc12.334.72c10.910.78cdYW-261.002.00ab13.711.92ab4.710.81bcd20.573.05a18.931.15bc18.651.15abc14.332.06abcMNS-137.672.30e12.472.21ab3.090.07e18.353.54a11.861.52c13.752.08c13.471.34abcMNS-269.662.51a11.421.18b5.881.41ab18.435.57a32.431.13a17.544.51abc16.320.97aFY55.004.00
25、bc13.872.13ab4.870.51bc18.675.57a22.675.85ab18.454.04abc15.673.67abJMN54.679.29bc13.253.18ab3.480.79cde17.862.08a22.437.42b15.852.31bc11.672.56cdALT38.005.56e10.070.81b3.520.23cde17.653.21a23.733.78ab15.421.53bc12.140.40bcdYM47.677.37cd10.081.05b4.140.78cde17.763.21a21.541.34bc20.457.08ab13.022.20ab
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