国内外36个苜蓿品种的发芽特性综合评价

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(1.兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室 农业农村部草地畜牧业创新重点实验室 兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020；2.中国农业科学院草原研究所，内蒙古 呼和浩特 010010)

紫花苜蓿(Medicagosativa)它是根茎发达的多年生草本植物，作为种植业结构调整及草畜一体化的重要作物，是被广泛种植利用的优质豆科牧草之一，因其草质优良、含丰富蛋白质和矿物维生素、适口性好及易于家畜消化，且产量高、适应性强，有 “牧草之王”和“饲料皇后”的美誉[1-2]。紫花苜蓿在我国已有2 000多年的栽培历史[3]，适应多种类型的气候土壤环境，在奶业畜禽应用和苜蓿根瘤肥田方面具有重要意义[4]。

苜蓿品种培育作为增产和提高牧草品质的重要途径，是育种者在一定生态和经济条件下针对某一实际需求培育出来的栽培种，育成品种多数具有抗寒、抗旱、抗病、耐盐、耐牧、高产、早熟等一种或多种特点。近些年，苜蓿产业日益兴盛，为解决高产优质草产品与良种缺乏之间的矛盾，育种工作者不仅在苜蓿品种培育方面加速了品种改良进程，如我国育成品种成果有中苜系列[5]；公农系列[6]，甘农系列[7]等，而且积极引进国外育成品种，如皇冠，阿尔刚金，驯鹿等。品种具有时间性和地域性，即在某一时间段和地域范围内表现优良，超出所适应范围表现未必优良，这需要育种者做大量的范围试验。目前国内苜蓿产业面临的最大问题在于苜蓿质量不稳定，没有形成品牌效应，国外引进品种虽然很多，但国内外品种孰优孰劣尚未明确定论。

种子是植物生长的最基础材料，种子的成功萌发也是牧草业发展的最基础环节，由于种子萌发容易受到硬实、种子质量、种子活力、病害及环境胁迫的影响[8]，也是植物生活周期中最脆弱的阶段[9]，并且苜蓿种子萌发速度慢和萌发期不一致的特性给生产实践带来了极大的不便[10]。 萌发率和千粒重决定着苜蓿的播种量，间接控制着苜蓿的种植密度[11]，而种植密度一定程度影响着苜蓿的干草质量[12]。因此测定苜蓿品种的萌发率与苗期特性分析是科学地评价苜蓿品种，从而进行苜蓿良种选择的必要研究。

品种初期的萌发状况与苗期特性是快速检测种子品质的两项重要指标[13-14]。国内外关于种子萌发试验的研究报道很多[15-16]，主要研究内容多数是关于某一品种抗逆性探究比较[17-20]，单纯的多品种萌发性状分析比较实验较少。对此，为了抛开逆境胁迫因素只关注品种萌发与苗期特性，本研究通过测定36个紫花苜蓿品种萌发期与苗期的12项基本萌发指标和苗期指标，进行综合分析，并对国内外品种的发芽情况的好坏进行了比较分析；同时，优良品种的种子繁育工作量大[21]，是珍贵的资源，即使品种的抗逆性再好，草产量再高，种子萌发率不高还是会在一定程度上影响着苜蓿种植产业，理论上希望优质苜蓿种子的利用能够最大化，这就需要了解该批种子不发芽的具体原因，本研究统计了每个品种未发芽种子的类型及所占比例，希望对苜蓿生产育种选种提供一定的参考，为牧草种植推广、豆科作物轮作制度等相关研究提供基础的参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试种子为36个紫花苜蓿品种(表1)，收种年份不详，其中14个中国品种，22个国外品种；包衣种子8个，未包衣种子28个。

1.2 试验方法

1.2.1 千粒重的测定

采用千粒法，在供试的种子样品中随机取少量种子，用种子数粒仪(产地：北京，型号：SLY-A)取1 000粒，分析天平称重，重复取样3次，平均重量即为千粒重。

1.2.2 发芽特性测定

试验于2018年4月15—30日在兰州大学草地农业科技学院开展。根据GB/T 2930.4-2001《牧草种子检验规程发芽试验》进行苜蓿种子的发芽试验[22]。每个品种3个重复，每个重复25粒，随机取样。将2层滤纸平铺于灭菌的培养皿中，加入4 mL无菌水，使吸水纸饱和，用镊子将种子摆放于滤纸上，将培养皿置于培养箱中(光照时间为昼16 h/夜8 h，光照强度5 000 xl,温度(20±1) ℃，相对湿度60%)，试验期间保证种子受光均匀，每日用称重法补充散失水分[23]，使发芽床保持湿润，但避免积水。如发现霉菌滋生，应及时取出霉种子。以胚芽突破种皮确认为发芽，期间逐日统计发芽数，在第10天停止发芽后，统计硬实、畸形、死亡、发霉种子数，并计算萌发指标和生长指标，按照公式计算相关指标[23]：

表1 36个苜蓿品种的品种信息

注：*表示为包衣种子。下同。

发芽率(%)=(发芽终止期发芽种子粒数/供试种子总粒数)×100%；

发芽势(%)=(4 d内供试种子发芽数/供试种子总粒数)×100% ；

发芽指数(GI)=∑Gt/Dt；

活力指数(VI)=GI×S。

式中：Gt为在时间t日的发芽数，Dt为萌芽日数；S为第10天的幼苗生长量。

1.2.3 幼苗特性测定

在培养第10天时，每皿随机选取10株苗，3次重复，用精度为0.1 mm游标卡尺测定每株的胚根长和胚芽长，用万分之一电子天平测定每株的幼苗鲜重，根鲜重及苗鲜重，以平均值表示。

1.2.4 未发芽种子类型的测定

第10天统计以下类型的种子： 1) 畸形种子：种子构造畸形，或发芽不匀称的种子； 2) 硬实种子：试验期间不能吸水而始终保持坚硬的种子； 3) 死亡种子：试验期间吸水胀破种皮但仍未发芽的种子，包括发霉种子； 4) 发霉种子：试验期间发霉且未发芽的种子[22]。第11天，将发芽试验中硬实的种子用挑针轻轻划破种皮，用注射器加入适量的蒸馏水，重新放置培养箱内，待观察并统计。

1.3 数据分析

本研究数据以平均值表示，采用SPSS 21.0软件进行方差分析和显著性分析(p<0.05)，图表制作及处理采用Microsoft Excel 2010软件。利用隶属函数[24]法对36个不同苜蓿品种材料进行萌发与苗期的综合评价。计算公式如下：

U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)，i=1，2，3，……，

式中：Xi表示第i个指标值，Xmin表示第i个指标的最小值 ，Xmax表示第i个指标的最大值；如某一个指标与种子发芽率为负相关，则 用U(Xi)=(Xmax-Xi) /(Xmax-Xmin)进行计算。以确定36个品种种子萌发特性的隶属函数值进行排序。

2 结果与分析

2.1 千粒重

供试品种中28份非包衣品种的千粒重为1.56～2.43 g，其中耐盐之星最高，为2.43 g，甘农4号最低，为1.56 g，8份包衣品种的千粒重范围为1.93～4.87 g(表2)。

2.2 发芽势和发芽率

发芽势和发芽率范围均为49.33%～97.33%，不同苜蓿品种间差异较大(表2)。发芽势最高的是WL 363 HQ，为97.33%；最低的是新疆大叶，为49.33%。发芽率最高的5个品种分别为巨能7、中苜1号、陇东苜蓿、WL 363 HQ、中苜2号，均为97.33%；发芽率最低的是新疆大叶，为49.33%，品种间的发芽率极差达到了48.00%。发芽势达到90%以上的有13个品种，其中包衣品种只有WL 343 HQ和 WL 363 HQ；发芽率达到90%以上的有 17个品种，包衣品种也只有WL 343 HQ和WL 363 HQ。

表2 36个苜蓿品种的萌发特性

注：同列数据标有相同字母表示差异不显著(p>0.05)。下同。

发芽势强弱排列顺序，大于90%的品种有WL 363 HQ>中苜1号、甘农9号、新牧4号>WL 343 HQ、巨能2、中苜3号、SR 4030>巨能7、耐盐之星、阿迪娜>甘农3号>敖汉苜蓿；大于80%的品种有雷霆>龙威3010、陇东苜蓿>皇冠、甘农5号、MF 4030>WL 319 HQ、甘农4号>旱地、骑士T、甘农6号>前景、冲击波>WL 168 HQ；大于70%的品种有WL 354、阿尔冈金、北极熊>康赛>公农5号；小于70%的品种有驯鹿>中苜2号>太阳神>新疆大叶。其中，22个国外品种的平均发芽势为83.03%，14个国内品种的平均发芽势为84.28%，整体看来国内品种的平均发芽势表现相对较好。

发芽率的大小排列顺序，大于90%的品种有巨能7、中苜1号、陇东苜蓿、WL 363 HQ、中苜2号>WL 343 HQ、敖汉苜蓿、巨能2>甘农9号、中苜3号、甘农3号、SR 4030>甘农5号、耐盐之星、阿迪娜、新牧4号>雷霆；大于80%的品种有龙威3010>骑士T、甘农4号、 MF 4020、冲击波>甘农6号>前景、WL 319>旱地>WL 354 HQ、皇冠、WL 168 HQ>康赛；大于70%的品种有驯鹿>北极熊>公农5号；小于70%的品种有阿尔冈金>太阳神>新疆大叶。其中，22个国外品种的平均发芽率为85.57%，14个国内品种的平均发芽率为88.85%，整体看来国内品种的平均发芽率表现相对较好。

综合发芽势、发芽率指标分析，表现最好的品种为WL 363 HQ，其次为中苜1 号，表现最差的品种为新疆大叶，其次为太阳神；而WL 354 HQ，中苜2 号和康赛3个品种的发芽率虽都高于80%，但发芽势均低于80%。

2.3 发芽指数和活力指数

发芽指数最高的是龙威3010，为17.04，最低的是新疆大叶，为5.83。发芽指数大小排列依次为龙威3010>旱地>甘农6号>甘农4号>甘农5号>巨能7>WL 343 HQ>康赛>甘农9号>新牧4号>WL 363 HQ>中苜3号>SR 4030>陇东苜蓿>巨能2>前景、耐盐之星>雷霆>阿迪娜>甘农3号>WL 319>骑士T>中苜1号>冲击波>MF 4020>皇冠>WL 168 HQ>WL 354 HQ>中苜2号>北极熊>敖汉苜蓿>公农5号>阿尔冈金>太阳神>驯鹿>新疆大叶(表2)。

活力指数最高的是甘农6号，为0.60，最低的是新疆大叶，为0.18。活力指数大小排列依次为甘农6号>中苜3号>旱地>龙威3010>甘农9号>新牧4号>前景>甘农5号、耐盐之星、甘农4号>巨能7>康赛、MF 4020、SR 4030> WL 343 HQ、WL 319>骑士T、中苜1号、陇东苜蓿、WL 363 HQ>阿迪娜、皇冠>甘农3号、冲击波>雷霆、巨能2>北极熊>中苜2号>公农5号、WL 354 HQ>敖汉苜蓿>驯鹿、WL 168 HQ>阿尔冈金>太阳神>新疆大叶。

综合以上结果说明，龙威3010，旱地，甘农6号这3个品种种子活力较高，驯鹿，阿尔冈金，新疆大叶和太阳神4个品种种子活力较低；包衣种子未一致显示出较高的种子活力。

2.4 根长、苗长及其比值

在第10天时，苜蓿的根长为3.17～6.38 cm，品种间根长差异较大，耐盐之星的根长显著大于其他品种(p<0.05)，为6.38 cm，WL 354 HQ和WL 363 HQ两个包衣品种的根长显著小于其他品种(p<0.05)，为3.17 cm，极差为3.21 cm。36个苜蓿品种的根长排序依次为耐盐之星>甘农6号>中苜3号>敖汉苜蓿>甘农9号>陇东苜蓿>SR 4030>前景>冲击波>甘农4号>甘农5号>巨能7>皇冠>旱地>中苜2号>中苜1号>阿迪娜、驯鹿>北极熊>公农5号>MF 4020>康赛>骑士T>新牧4号>阿尔冈金>巨能2>龙威3010>甘农3号>雷霆>WL 168 HQ>WL 319>WL 343 HQ>新疆大叶>太阳神>WL 354 HQ>WL 363 HQ(表3)。

在第10天时，苜蓿的苗长为1.02～2.98 cm，品种间苗长差异较小，甘农6号的苗长显著大于其他品种(p<0.05)，为2.98 cm，苗长最短的是敖汉苜蓿，为1.02 cm，极差为1.96 cm。36个苜蓿品种的苗长排序为甘农6号>新疆大叶>新牧4号>骑士T >WL 363 HQ、冲击波>WL 343 HQ 、耐盐之星>WL 354 HQ>WL 319>北极熊>中苜1号>甘农5号>雷霆、MF 4020>旱地>巨能2、甘农4号>龙威3010>前景、康赛>驯鹿>甘农9号、巨能7、WL 168 HQ、太阳神、中苜2号>中苜3号、SR 4030>皇冠>公农5号>阿迪娜>甘农3号>阿尔冈金>陇东苜蓿>敖汉苜蓿。

通过计算第10天时各品种的根长/苗长值，不仅反映种子萌发初期地上部分和地下部分的生长状况的差异性，而且能降低单方面比较根长及苗长所带来的误差。敖汉苜蓿根长/苗长值最大，为5.87，新疆大叶根长/苗长值最小，为2.14。36个苜蓿品种的根长/苗长值均大于1，说明在生长初期各苜蓿品种根的生长均快于苗的生长。

2.5 幼苗鲜重、根鲜重、芽鲜重及其比值

幼苗鲜重可反映种子生长阶段生物量的积累。在第10天时，幼苗鲜重为29.96～49.53 mg(表3)，中苜3号幼苗鲜重显著大于其他品种(p<0.05)，为49.53 mg，WL 168 HQ幼苗鲜重显著小于其他品种(p>0.05)，为29.96 mg。36个苜蓿品种的幼苗鲜重的排列顺序依次为:中苜3号>甘农9号>甘农6号>前景>耐盐之星>MF 4020>WL 319>驯鹿>皇冠>新牧4号>骑士T>北极熊>中苜1号>SR 4030>旱地>冲击波>中苜2号>阿迪娜>陇东苜蓿>巨能7>甘农5号>公农5号>甘农3号>阿尔冈金>敖汉苜蓿>甘农4号>雷霆>康赛>巨能2>龙威3010> WL 363 HQ>太阳神>WL 354 HQ> WL 343 HQ>新疆大叶>WL 168 HQ。

表3 36个苜蓿品种的生长指标

根鲜重为5.87～8.63 mg，极差为2.76 mg，根鲜重最大是甘农9号，为8.63 mg，根鲜重最小是WL 168 HQ，为5.87 mg。 芽鲜重为24.09～40.97 mg，极差为16.88 mg，芽鲜重最大的是中苜3号，为40.97 mg，芽鲜重最小的是WL 168 HQ，为24.09 mg。

根鲜重/苗鲜重是衡量种子生长初期不同部位生长的优先性的一项重要指标。根鲜重/苗鲜重远小于1，范围是0.222～0.258，比值最大的是阿尔冈金，为0.258，比值最小的是中苜3号，为0.222，品种间差异较小。结果表明，36个苜蓿品种在生长初期均表现为苗鲜重明显大于根鲜重，地上部分的生物量积累大于地下部分；国内外品种间的差异较小，而包衣仍未在种子生长初期显示出特别的优势。

2.6 非正常发芽种子的类型及比重的统计分析

第10天时，统计了36个品种未发芽种子的类型及所占比例(表4)，36个苜蓿品种里硬实率最高的是新疆大叶，为49.33%；畸形率最高的是驯鹿，为15.33%；死亡率最高的是太阳神，为46.67%，其次是阿尔冈金，为29.33%；发霉率最高的是阿尔冈金，为8.00%。破硬实后第5天重新统计各品种的发芽率，结果表明，WL 343 HQ和甘农9号均能达到100.00%；新疆大叶的发芽率由原来的49.33%提高到84.00%，增加了34.67%；其他品种也均有提高，硬实是阻碍种子萌发的重要因素之一。

表4 每个苜蓿品种未发芽种子的类型及比重统计

2.7 模糊隶属函数的综合评价

模糊隶属函数的综合评价法即根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价[25]。该方法可使模糊的、难以量化的结果清楚而系统的呈现[26]。因此，为比较全面的评价这批苜蓿种子的质量好坏，本研究采用平均隶属函数法，将萌发指标和生长指标进行综合分析排序(表5)，36个苜蓿种子综合排序依次为甘农6号>中苜3号>甘农9号>耐盐之星>前景>新牧4号>旱地>巨能7>SR 4030>中苜1号>MF4020>皇冠>陇东苜蓿>甘农5号>敖汉苜蓿>甘农4号>骑士T>冲击波>阿迪娜>龙威3010 >WL 319>甘农3号>中苜2号>巨能2>北极熊>WL 343 HQ>驯鹿>康赛>阿尔冈金>雷霆>WL 363 HQ>公农5号>WL 168 HQ>WL 354 HQ>太阳神>新疆大叶。

表5 国内外苜蓿品种发芽相关指标的综合评价

3 讨论与结论

苜蓿品种是育种专家根据不同生态条件培育出来的通过抵抗一种或者多种逆境从而达到牧草高产、生长持久的种子，它功能不同，因此衍生出许多系列品种[27]。本研究选取了国内外不同系列品种将发芽指标进行比较，结果表明，22个国外品种的平均发芽势为83.03%，14个国内品种的平均发芽势为84.28%；22个国外品种的平均发芽率为85.57%，14个国内品种的平均发芽率为88.85%，整体看来国内品种的发芽表现相对较好，这与王建胜[28]的研究不一致，可能原因有，22份国外品种中有7份是包衣品种，有研究认为[29]，种子萌发初期包衣剂会在种子周围形成高浓度环境，从而降低种子的萌发率，由于包衣剂成分与含量的不同也在不同程度的影响着幼苗的生长。

种子能否成功发芽、幼苗能否健康生长从根本上决定着优质品种是否有机会发挥其优良特性，对牧草业的发展有直接影响。发芽率和发芽势应是种子质量控制中的重点检测指标。每年因为发芽问题引发的品种质量的争议常有发生，而发芽率问题在质量争议中占比重较大。通过发芽试验测定种子的品质优劣，了解该批次种子中具有生命力种子的比例和其生命力的强弱，同时也可以比较不同批次种子间的质量差异，确定田间的播种用价，为生产播种、调种、种子收购和贮藏等提供相关的质量指标。筛选良种率高的品种是一个健全完备的牧草生产体系最基础最关键的步骤，对此，科学而准确的发芽率检测就十分必要，有助于控制劣种下地，同时维护育种者的科研成果与品种推广。本研究中，发芽率和发芽势方面表现最佳的品种是WL 363 HQ，发芽势为97.33%，发芽率为97.33%，其次较好的品种是中苜1 号，发芽势为96%，发芽率为97.33%。在其他研究中也可以发现中苜1号普遍表现优秀[24,30-31]；表现最差的品种是新疆大叶，发芽势为49.33%，发芽率为49.33%，其次较差的是太阳神发芽势为50.67%，发芽率为53.33%。同样的发芽条件下，种植者应筛选发芽率为90%以上的品种种植为佳。种子萌发阶段，一般来说， 若种子发芽率高、发芽势强，则预示出苗快而整齐， 苗壮；若发芽率高、发芽势弱，则预示出苗不齐、弱苗多；陈种的发芽率不一定低， 但其发芽势一般不高， 而新种子的发芽率、发芽势一般都高，本研究中， WL 354 HQ，中苜2 号，康赛3个品种发芽率相对高，但发芽势低，意味着这批种子出苗不整齐，生长后期可能弱苗较多。发芽指数和活力指数是种子活力大小最直观的体现，龙威3010、旱地、中苜3号种子活力较高，驯鹿、阿尔冈金、新疆大叶和太阳神的种子活力较低。

千粒重和发芽率同时决定着预期播种量，而播种量决定着种植密度，有学者研究了不同播种量[11]和不同种植密度对牧草产量和营养价值的影响[12]，发现并非越多越密集越好，而是有一个峰值，当小于或者大于最佳播种量或种植密度之后，牧草产量和营养价值开始下降。适宜的播种量不仅有助于牧草产量和营养价值的提高，还能减少种子的成本，节省地力，同时降低管理成本。本研究中测得纯净的非包衣种子的千粒重在1.56～2.43 g之间，而包衣种子的千粒重大小可能会因包衣剂含量不同，生产厂家不同而有较大差异。但现在牧草种子销售市场上仍未标出品种的千粒重信息，购买者无法准确判断购买量和播种量，给农业生产带来一定的不便。

目前，我国良种繁育体系还不健全，育种成本高昂，多数企业依然依靠进口种子提高苜蓿质量和产量，因此，对于珍贵的品种资源来说，了解不发芽种子的类型和比例十分必要，豆科草种往往硬实率较高，而用恰当的物理方法或化学方法减少硬实率，硬实种子依然可以为生产所用，以增加种子的出苗率和利用率[32-35]，也有助于种植者对这批种子的播种量的确定和播前种子处理方法的选择。本研究中，统计了不同品种不发芽种子的类型有硬实种子，发芽畸形种子，带菌种子，死亡种子，硬实率最大的是新疆大叶，为49.33%，其余品种在0～13.33%之间；发芽畸形率最大的是驯鹿，为15.33%，其余品种在0～8.33%；死亡率最大的是太阳神，为46.67%，其次是阿尔冈金，为29.33%，其余品种在0～21.33%；破除硬实后再次统计发芽率，WL 343 HQ可达100%，新疆大叶可达84%，说明破除硬实的操作可以大大提高新疆大叶品种的萌发率，因为死亡率太高，太阳神和阿尔冈金发芽率分别低至53.33%和69.33%，公农5号也低至76%，其余品种发芽率均能达到80%以上。有研究表明[36]，种子质量除了与种胚本身发育成熟度有关，也与收种时间、收种年份、储藏方式有关，储藏年限越短越好，储藏环境需要干燥通风[37]。

种子生长阶段，幼苗的根苗长度及鲜重为重要考察性状，能够直接反映苜蓿品种间在生长初期的差异性、发育部位的优先性和生物量的积累。发芽指数和活力指数是反映种子活力的综合指标。活力指数是发芽速率和生长量的综合反映，是测试种子活力更具体的指标。经观察得知，非包衣种子的根茎普遍较细长，而包衣种子的根茎普遍较短粗，有研究表明[29,38-39]，包衣剂处理能有效促进早期幼苗物质量的积累，本研究中，包衣剂可能促进了幼苗茎的横向生长，因此看起来更短粗，包衣剂对种子生长初期并无十分明显的有利影响，这与杜捷等[29]研究结果相一致。根长/苗长的比值均大于1，说明在生长初期根生长速度快于苗生长，而根重/苗重比值均远小于1，说明在生长初期苗的物质积累量大于根部，因此不能单一地判断生长初期根部发育和苗部发育哪个更优。

有许多学者虽然进行过发芽试验[31,40-42]，但仅仅局限于发芽率这单一指标，为更全面的评价该批种子的萌发和生长特点，本研究测定了发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、根长、苗长、根苗长度之比、幼苗鲜重、根重、苗重、根苗重量之比、千粒重共12项指标，采用隶属函数平均值法对这批国内外品种进行了综合评价，千粒重指标因包衣剂不同差异过大，不放进函数里评价。36个苜蓿品种的综合排序依次为甘农6号>中苜3号>甘农9号>耐盐之星>前景>新牧4号>旱地>巨能7> SR 4030>中苜1号>MF 4020>皇冠>陇东苜蓿>甘农5号>敖汉苜蓿>甘农4号>骑士T>冲击波>阿迪娜>龙威3010 >WL 319>甘农3号>中苜2号>巨能2>北极熊>WL 343 HQ>驯鹿>康赛>阿尔冈金>雷霆>WL 363 HQ>公农5号>WL 168 HQ >WL 354 HQ>太阳神>新疆大叶。本研究结果表明，国内品种萌发初期的综合表现优于国外品种，这与王健胜等[28]研究不一致，原因可能是因为包衣剂对发芽率有较大影响[43]，其中甘农6号品种最佳，太阳神品种死亡率较高，新疆大叶品种硬实率较高。