引用本文
特木尔布和, 肖燕子. 苜蓿新品种草原4号的选育. 草业科学, 2017,34(4):855-860
Temuerbuhe, Xiaoyanzi. Breeding of new variety of Medicago sativa cv. Caoyuan No.4 . Pratacultural Science,2017,34(4): 855-860  
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苜蓿新品种草原4号的选育
特木尔布和, 肖燕子
内蒙古农业大学草原与资源环境学院,内蒙古 呼和浩特 010011
通信作者：特木尔布和(1963-),男(蒙古族),内蒙古锡林郭勒盟人,副教授,博士,主要从事牧草栽培育种学教学和科研工作。E-mail:[email protected]
收稿日期: 2016-01-04
基金: 基金项目:国家科技部项目(2006BAD10A19-8)
摘要

草原4号苜蓿( Medicago sativa cv. Caoyuan No.4)是对400余份苜蓿原始材料进行抗虫性鉴定,选择优良无性系,并结合抗虫性和配合力测定组配基础群体,通过3次轮回选择育成的抗蓟马苜蓿新品种(登记号:477)。该品种根直立,具有水平生长根;茎直立,有茸毛;叶为三出复叶,表面有茸毛;花紫色;荚果螺旋2~3回;千粒重1.86~2.35 g。抗虫性强(为害点系数为0.26,虫情指数为0.33)、抗旱、抗寒、耐瘠薄。在呼和浩特地区可刈割3茬,干草平均产量在12 000~16 000 kg·hm-2,种子产量达230.90 kg·hm-2。粗蛋白质含量在19%左右。适宜在我国华北南部苜蓿蓟马为害严重的各省(区)种植。

关键词: 草原4号苜蓿; 蓟马; 抗虫性; 轮回选择
中图分类号:S544+.1 文献标志码:A 文章编号:1001-0629(2017)04-0855-06 doi: 10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0525
Breeding of new variety of Medicago sativa cv. Caoyuan No.4
Temuerbuhe, Xiaoyanzi
College of Grassland, Resources and Environment, Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot 010011, China
Corresponding author: Temuerbuhe E-mail:[email protected]
Abstract

Medicago sativa cv. Caoyuan No.4 with anti-thrips was selected through three cycles using insect resistance identification, superior clones, and combination of insect resistant identification and cooperation equipped with basic groups (registration number: 477). Root of the variety was erect with horizontal growth root. Stem was erect with setae. Leaf was three compounds with surface setae. Flower was purple. Pod was spiral of 2 to 3 times. Thousand grain weight was 1.86~2.35 g. The variety was high insect resistance (hazard point coefficient: 0.26, and pest index: 0.33), drought resistance, cold resistance, and barren resistance. It can be cut three times, average hay yield was 12 000~16 000 kg·ha-1, and seed yield was 230.90 kg·ha-1 in Hohhot regions. The crude protein content was 19%. This alfalfa specie was suitable for the cultivation in serious thrips harm regions as southern provinces of the north China.

Keyword: Medicago sativa cv. Caoyuan No.4; thrips; insect resistance; recurrent selection

紫花苜蓿(Medicago sativa)是世界分布范围最广泛的多年生豆科牧草, 其营养丰富, 抗旱耐寒, 但在生产栽培过程中, 会受到有害生物的侵害, 蓟马就是其中一种。在我国苜蓿主产区西北、华北和东北各省(区)均有苜蓿蓟马分布, 而且苜蓿各品种的虫害率均很高。1986、1987和1988年对上述地区的20多个苜蓿品种进行抽样调查发现, 大部分材料被蓟马感染, 受到不同程度的为害, 为害率均高于70%, 甚至达到100%, 而且在寒冷干旱地区为害较轻, 温暖湿润地区为害加重[1]。蓟马属于缨翅目(Thusanoptera)昆虫。为害苜蓿的蓟马有4种:牛角花齿蓟马(Odontothrips lati)、花蓟马(Frankliniella intosa)、烟蓟马(Thrips tabaci)以及稻管蓟马(Haplothrips aculeatus), 其中牛角花齿蓟马为主要种。蓟马经历卵-若虫(包括前蛹和蛹)-成虫发育过程, 属于过渐变态, 若虫活动和取食。蓟马多以成虫在隐蔽场所越冬, 也有以蛹或若虫越冬[2]。一年发生多代, 北方地区发生5~6代, 在温暖湿润的地区发生10代以上, 北方地区6月中下旬至8月中下旬是蓟马的发生高峰期, 第2代和第3代发生世代重叠, 蓟马繁殖一代需25 d, 因而对首茬草的为害很轻, 而对后茬草的为害特别严重[3]。蓟马的幼虫和成虫主要采食苜蓿的嫩软组织, 在苗期和分枝期为害嫩小叶片, 开花及结实期主要为害花器, 在花内取食捣散花粉, 破坏柱头, 取食花器营养, 造成落花落荚, 严重影响苜蓿种子产量和质量。被蓟马危害的嫩小叶片, 随着生长发育逐渐开始两侧卷曲皱缩变黄[4, 5]。有研究[6]表明, 蓟马对未喷洒农药的苜蓿造成的干草产量损失达20.1%, 粗蛋白含量下降11.56%, 粗脂肪、胡萝卜素、钙和磷的含量都有大幅度下降, 而粗纤维含量提高12.18%, 氨基酸总量下降36.35%, 各种氨基酸成分都有大幅度下降。为此, 本研究对400余份苜蓿原始材料进行抗虫性鉴定和轮回选择, 选出抗蓟马强的新品种, 随后对筛选出来的新品种进行抗虫性鉴定、品种比较、区域和生产试验等, 以期了解苜蓿新品种的主要特征和生产要点, 为大面积推广利用苜蓿新品种提供可靠的参考和指导。

1 材料与方法
1.1 原始材料

供筛选的原始材料有草原1号苜蓿、草原2号苜蓿、公农1号苜蓿、公农2号苜蓿、加拿大苜蓿5个栽培品种, 还有不同剂量辐射的苜蓿材料, 共400多份。

1.2 品比试验

于2005-2007年在呼和浩特地区对筛选出来的草原4号苜蓿新品种进行品种比较试验, 参试品种有草原4号、草原1号、草原2号和阿尔冈金苜蓿。小区面积21 m2(7 m× 3 m)、行距30 cm, 播种量15 kg· hm-2, 播种深度2~3 cm, 随机区组排列, 4次重复, 现蕾期至初花期测产。

1.3 区域试验

分别于2006-2007年在巴彦淖市杭锦后旗、鄂尔多斯市鄂托克旗, 2012-2014年在山东济南市进行区域试验, 参试的品种有草原4号、草原1号、苜蓿王、阿尔冈金、草原3号和甘农5号苜蓿。所有处理采用随机区组排列, 每个品种4次重复, 每个重复一个小区, 小区面积为20 m2, 行距30 cm, 播种量15 kg· hm-2, 播种深度2~3 cm, 现蕾期至初花期测产。其中, 山东济南点是国家草品种区域试验点。

1.4 生产试验

于2007-2009年在呼和浩特市赛罕区西把栅乡进行, 参试的苜蓿品种有草原4号、草原1号苜蓿, 采用随机区组排列, 每品种两次重复, 每重复的小区面积为2 000 m2, 行距30 cm, 播种量15 kg· hm-2, 播种深度2~3 cm, 现蕾期至初花期测产, 2/3的种子成熟时测种子产量。

于生长第3年在草原4号苜蓿地里观察记载物候期、生长特点和植物学特征。其中, 地上器官解剖构造的观察采用石蜡切片和电镜扫描法[7]。

抗虫性的计算公式如下:

为害点系数=∑ (为害点所占小叶片平均面积比× 危害点数绝对频率);

为害点所占小叶片平均面积比=小叶相同密度柔毛数面积和/小叶片总面积;

为害点数绝对频率=某一相同柔毛数密度点在观测叶片中所出现的为害频率=对应出现的为害点数的总和/观测叶片总数;

相对频率=某一相同柔毛数密度点出现的为害点数和/为害点数总数;

P=n/N× 100%.

式中:P为虫害株百分率, 即普遍率; n为受害植株数; N为检查的植株总数。

Q=m/M× 100%.

式中:Q为取样株虫害叶百分率, 即严重度; m为取样株虫害叶片数; M为取样植株中叶片总数。

虫情指数是普遍率与严重度的加权平均数及群体的严重度。严重度级别如表1所示。

∑ Xn/n∑ X=(X0a0+X1a1+…+Xnan)/nT.

式中:X0、X1、…、Xn表示各级虫情的频率, a0、a1、…、an表示各级虫情的等级, n为最高虫级, T为调查总数, 0为不发病[8]。

1.5 营养成分的测定

干物质(DM)采用实验室常规分析方法测定。参照GB/6432-94, 利用FOSS Kjeltec 8400全自动凯氏定氮仪测定粗蛋白质含量; 利用Ankom 220型分析系统测定中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF); 利用索氏脂肪提取法测定粗脂肪(EE); 采用EDTA络合滴定法(GB/T6436-92)测定钙; 采用钼锑抗比色法(GB/T6437-92)测定磷[9]。

1.6 数据处理

所有数据均采用SAS V9软件进行分析, 并用Duncan法对各测定数据进行多重比较。

表1 为害严重度级别（Table 1 The level of severity）

等级Level严重度Severity/%
00
10~4
25~9
310~19
420~29
530~49
650~100
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2 结果与分析
2.1 选育结果

1987年建立无性系, 对400余份原始材料中选出的308个抗虫性强的苜蓿植株建立无性系。1988年进行表型选择, 调查308个无性系的蓟马为害情况, 从中选出17个不感染蓟马的无性系并进行虫情指数测定, 筛选出11个虫情指数小于0.5的抗蓟马较强无性系。1988-1989年建立多元杂交圃。1988年6月, 在多元杂交圃里, 随机排列11个抗蓟马无性系, 每个无性系扦插20株, 建立多元杂交圃; 1989年8月收获各无性系的多元杂交种子。

1989-1990年进行配合力测定。1989年冬和1990年春在温室和大田里种植11个抗蓟马无性系的多元杂交种子进行配合力测定, 对照品种为草原2号杂花苜蓿。通过配合力试验, 选出配合力高、抗蓟马的无性系9个。1990年8月底, 收获各抗蓟马无性系的种子并等量混合, 结束第1个轮回选择的全程序; 然后分别在1994、2004年完成了第2、第3次轮回选择, 并最终选出抗蓟马苜蓿新品种草原4号(登记号:477)。

2.2 品比试验

品比试验表明, 草原4号与草原2号的干草产量较高但无显著差异(P> 0.05), 二者均显著高于草原1号和阿尔冈金(P< 0.05), 平均干草产量草原4号比草原1号苜蓿和阿尔冈金苜蓿分别高16.95%和41.57%(表2)。

表2 苜蓿品比试验干草产量(kg· hm-2)比较（Table 2 Hay yield (kg· hm-2)of alfalfa in variety comparison test）

年份
Year		品种Variety
草原4号Caoyuan No.4草原1号Caoyuan No.1草原2号Caoyuan No.2阿尔冈金Aergangjin
20055 574.21± 55.624 216.39± 60.366 207.39± 74.214 013.43± 33.54
20066 771.96± 47.646 074.46± 42.676 574.71± 41.574 056.31± 49.53
20076 867.72± 38.246 138.78± 33.496 331.73± 59.615 502.75± 64.13
平均值Mean6 404.63± 46.49a5 476.55± 49.52b6 371.28± 53.44a4 524.16± 38.61c
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2.3 区域试验

在巴彦淖市杭锦后旗、鄂尔多斯市鄂托克旗、山东济南3个自然环境条件不同的地区进行的区域试验结果表明, 草原4号干草产量均显著高于草原1号、苜蓿王、阿尔冈金、草原3号、甘农5号(P< 0.05)(表3、表5)。在不同的自然区域内, 最高时干草平均产量比苜蓿王、草原3号、草原1号、阿尔冈金和甘农5号苜蓿分别高9.80%、15.97%、16.24%、19.48%和37.08%。这表明, 草原4号苜蓿在我国苜蓿蓟马为害严重的各省(区)适宜种植推广。

表3 巴彦淖尔市区域试验苜蓿干草产量(kg· hm-2)（Table 3 Comparison of alfalfa hay yield (kg· hm-2) in Bayan Nur City））

200614 129.56± 70.2511 740.37± 85.4212 381.19± 79.5412 814.91± 58.72
200712 643.82± 108.6111 345.67± 67.3412 486.24± 66.4912 103.55± 95.86
平均值Mean13 386.69± 86.34a11 543.02± 73.46c12 433.72± 67.86b12 459.23± 88.91b
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表4 鄂尔多斯市区域试验苜蓿干草产量(kg· hm-2)(Table 4 Comparison of alfalfa hay yield (kg· hm-2) in Ordos City）

200610 805.40± 51.699 360.18± 44.829 642.32± 34.828 993.99± 39.42
200710 287.64± 67.918 785.39± 93.479 567.28± 64.518 659.33± 46.53
平均值Mean10 546.52± 59.64a9 072.79± 75.34c9 604.80± 47.56b8 826.66± 40.55c
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表5 济南市区域试验苜蓿干草产量(kg· hm-2)（Table 5 Comparison of alfalfa hay yield (kg· hm-2) in Jinan City）

年份
Year		品种Variety
草原4号Caoyuan No.4草原3号Caoyuan No.3甘农5号Gannong No.5
20124 730.36± 48.754 940.47± 45.914 283.14± 22.04
20137 261.63± 19.826 336.17± 34.796 136.07± 57.13
20146 582.29± 29.874 866.43± 70.223 138.57± 66.57
平均值Mean6 191.43± 33.65a5 381.02± 57.86b4 519.26± 48.15c
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2.4 生产试验

生产试验结果(表6)显示, 草原4号苜蓿干草平均产量达到25 086.5 kg· hm-2, 比草原1号苜蓿高16.74%, 二者间差异显著(P< 0.05)。种子产量草原4号苜蓿达到230.90 kg· hm-2, 显著高出草原1号65.76%(P< 0.05)。

2.5 草原4号苜蓿植物学特征

草原4号苜蓿植株直立, 株高在50~85 cm。根系发达, 主侧根明显、具有水平生长的根及根蘖, 根颈直径为1.2~2.5 cm, 根颈膨大, 其上密生许多幼芽。茎直立或斜生、茎表面有腺体, 与柔毛相间分布, 腺体密度每平方毫米高达66个, 腺体顶端膨大, 长约84.9 μ m, 宽约20 μ m, 略有毛, 茎粗0.4~1.2 cm, 多为深绿色, 少有棕紫色, 分枝多。叶为三出复叶, 少有四出复叶, 椭圆形, 中叶较大、侧长椭圆形, 叶表面柔毛粗硬、柔毛密度每平方毫米约68个, 柔毛长度542~628.6 μ m, 粗度14.4~18.6 μ m, 叶表面柔毛与叶片间角度大、30° ~60° , 交叉分布。花为总状花序, 花序长1.8~5.0 cm, 每个花序有20~35个小花, 花冠为紫色或深紫色。荚果多为螺旋形(2~3回), 少数为镰刀形、表面光滑、有脉纹, 每荚含种子2~9粒。种子肾形或椭圆形, 黄褐色, 陈旧种子深褐色, 千粒重1.86~2.35 g。

表6 呼和浩特地区生产试验中的干草和种子产量（Table 6 Hay yield and seed yield of Caoyuan No.4 in production test in Hohhot district）

年份Year干草产量Hay yield/kg· hm-2种子产量Seed yield/kg· hm-2
草原4号
Caoyuan No.4		草原1号
Caoyuan No.1		草原4号
Caoyuan No.4		草原1号
Caoyuan No.1
200721 435.0± 185.617 714.0± 210.5207.9± 30.3113.4± 21.3
200822 869.0± 87.519 833.3± 104.8241.3± 29.5153.3± 11.5
200930 955.5± 284.126 917.8± 89.9243.4± 19.8151.3± 13.8
平均值Mean25 086.5± 254.3a21 488.7± 185.6b230.90± 26.4a139.30± 15.7b
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2.6 草原4号苜蓿的抗虫性

为害点系数和虫情指数是牧草抗虫的主要指标, 本研究结果表明, 草原4号的为害点系数和虫情指数均显著低于草原2号和阿尔冈金(P< 0.05)(表7)。当虫情指数低于0.5时表明品种为抗虫品种, 草原4号只有0.334, 说明草原4号苜蓿的抗虫性极强。

2.7 草原4号的物候期

在呼和浩特地区, 草原4号春播, 6~8 d出苗, 14 d齐苗, 32 d左右进入分枝期, 54 d进入现蕾期, 72 d开始开花, 112 d种子成熟。生长第2年的草原4号4月初返青, 返青到分枝期约25 d, 分枝到现蕾期约24 d, 现蕾到开花期约20 d, 开花到种子成熟期约43 d, 其生育期为112 d。草原4号苜蓿返青后, 每隔10 d测量其绝对株高。通过模拟其生长曲线, 发现其符合方程y=ax2+bx+c, 其中, y为植株绝对高度(cm), x为返青后的生长天数(d), 说明草原4号的生长动态符合S型生长曲线。在刈割前的生长期内均有20多d的快速生长期, 6月底7月初进入生长速度最快时期。

表7 苜蓿抗虫性比较（Table 7 Comparison of pest resistance of alfalfa varities）

苜蓿品种
Variety		为害点系数
Harm index		虫情指数
Pest index
草原2号Caoyuan No.20.61± 0.021a0.901± 0.039a
草原4号Caoyuan No.40.26± 0.049c0.334± 0.037c
阿尔冈金Aergangjin0.41± 0.043b0.839± 0.057b
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2.8 草原4号的品质和生产性能

草原4号各种氨基酸适口性好, 粗蛋白质含量高达19%(表8), 高于一级标准(粗蛋白质含量≥ 18%)。在蓟马为害严重的地区, 其产量和品质比其它苜蓿品种更好。在呼和浩特地区可刈割3茬(图1), 生长第3年的草原4号, 第1茬干草产量约10 318.5 kg· hm-2, 占全年产草量的50%; 第2茬干草产量约4 540.14 kg· hm-2, 占20%~25%; 第3茬干草产量约3 095.5 kg· hm-2, 占15%; 且不同茬次间干草产量差异显著(P< 0.05)。

表8 不同品种第1茬刈割苜蓿草的营养成分（Table 8 Nutrition content of every variety in the first stubble）

营养成分
Nutrition content		品种Variety
草原4号Caoyuan No.4草原3号Caoyuan No.3甘农5号Gannong No.5
水分Moisture/%4.203.904.40
粗蛋白Crude protein/%19.0019.1019.50
粗脂肪Crude fat/g· kg-119.0019.0019.00
粗纤维Crude fiber/%24.6025.0022.70
中性洗涤纤维Neutral detergent fiber/%45.1037.6037.30
酸性洗涤纤维Acid detergent fiber/%29.4027.3025.30
粗灰分Crude ash/%10.509.3010.30
钙Calcium/%2.202.122.45
磷Phosphorus/%0.180.200.20
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图1 草原4号在呼和浩特生长第3年不同茬次的干草产量（Fig.1 Comparison of hay yield of the third year of Caoyuan No.4 in Huhhot)

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3 讨论与结论

蓟马是苜蓿的主要害虫之一, 为害率高于70%, 甚至达到100%[10]。多年的试验表明, 生产中解决苜蓿蓟马为害的最经济有效、最安全的方法是选育抗虫品种, 可以减少农药的使用量, 减轻环境的污染和饲料污染风险。目前, 轮回选择法在选育抗虫品种上最为有效[11], 所以, 本研究采用了轮回选择法。育种过程中, 要同时考虑抗虫性鉴定和配合力测定两项指标, 所以轮回选择法在选育和积累抗虫基因方面优势较明显[12], 也为选育草原4号苜蓿打下了坚实的理论基础。

与对照品种比较, 草原4号苜蓿在品种比较、区域试验、生产试验中都表现良好, 尤其在区域试验中, 干草产量显著大于对照品种苜蓿王、草原3号、草原1号、阿尔冈金和甘农5号(P< 0.05), 这些对照品种在各地也均表现良好, 其中苜蓿王是引进优良品种, 草原1号、草原3号是远缘杂交品种, 阿尔冈金苜蓿引进优良品种, 甘农5号苜蓿是我国的抗蚜虫品种。草原4号在蓟马为害严重的地区比其它苜蓿品种表现出较强的抗虫性, 在温度、湿度较高的山东济南地区草原4号苜蓿的产量比对照品种草原3号和甘农5号分别高出15.06%和7.00%。草原4号苜蓿适口性好, 粗蛋白质含量与对照品种草原3号和甘农5号苜蓿持平, 达19%, 高于一级标准(粗蛋白质含量≥ 18%)。

与对照品种草原2号相比, 草原4号的茎表面有腺体, 与柔毛相间分布, 叶表面柔毛与叶片间角度大30° ~60° 、交叉分布, 在温室试验中, 第2茬草的产量低于对照品种草原2号苜蓿, 第3茬(温度、湿度相对高, 蓟马为害最严重期[13])草的产量对照品种草原2号高50.1%。

综上所述, 在蓟马为害严重的环境中, 草原4号表现出极强的抗虫性和生产性能, 且产量高、品质优良。因此, 草原4号苜蓿适宜在我国苜蓿蓟马为害严重的各省(区)种植。

The authors have declared that no competing interests exist.

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