紫花苜蓿半同胞家系农艺性状的遗传变异分析

doi:10.11686/cyxb2024149

草业学报 ›› 2025, Vol. 34 ›› Issue (3): 85-96.DOI: 10.11686/cyxb2024149

紫花苜蓿半同胞家系农艺性状的遗传变异分析

胡鹏飞¹^,³(), 叶雨浓¹^,³, 王通锐¹^,³, 王晶¹^,³, 王星¹^,³, 伏兵哲¹^,²^,³^,⁴, 高雪芹¹^,²^,³()

^1.宁夏大学林业与草业学院，宁夏银川 750021
^2.宁夏草牧业工程技术研究中心，宁夏银川 750021
^3.盐池北部荒漠草原宁夏野外科学观测研究站，宁夏盐池 751500
^4.农业农村部饲草高效生产模式创新重点实验室，宁夏银川 750021

收稿日期:2024-04-29 修回日期:2024-07-15 出版日期:2025-03-20 发布日期:2025-01-02
通讯作者: 高雪芹
作者简介:E-mail： qinqin_803@sina.com
胡鹏飞（1998-），男，河南三门峡人，在读硕士。E-mail： 13653989263@163.com
基金资助:
宁夏农业育种专项和宁夏适生饲草新品种选育与良种繁育(2019NYYZ04)

Analysis of genetic variation in agronomic of half-sib families of Medicago sativa

Peng-fei HU¹^,³(), Yu-nong YE¹^,³, Tong-rui WANG¹^,³, Jing WANG¹^,³, Xing WANG¹^,³, Bing-zhe FU¹^,²^,³^,⁴, Xue-qin GAO¹^,²^,³()

^1.College of Forestry and Prataculture，Ningxia University，Yinchuan 750021，China
^2.Ningxia Grassland and Animal Husbandry Engineering Technology Research Center，Yinchuan 750021，China
^3.Northern Yanchi Desert Steppe Observation and Research Station of Ningxia，Yanchi 751500，China
^4.Key Laboratory for Model Innovation in Forage Production Efficiency，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Yinchuan 750021，China

Received:2024-04-29 Revised:2024-07-15 Online:2025-03-20 Published:2025-01-02
Contact: Xue-qin GAO

摘要/Abstract

摘要：

通过对紫花苜蓿的35个半同胞家系农艺性状的调查，在分析家系间农艺性状遗传变异的基础上进行家系选择，推进紫花苜蓿的良种选育。结果表明：各性状变异在不同家系间都达到极显著水平；不同性状间的变异系数为5.24%~33.18%；广义遗传力、家系遗传力和遗传进度分别为0.05%~69.04%、1.07%~72.90%和0~20.08；株高、茎粗、分枝数与鲜草产量极显著相关，分枝数与干草产量和种子产量显著相关，不同茬次间除鲜干比和茎叶比外均显著相关；根据隶属函数综合评价，筛选出FM₂₂、FM₇、FM₁₅、FM₁这4个优良家系，入选家系的株高、茎粗、分枝数、鲜草产量、干草产量、鲜干比、茎叶比和种子产量的平均遗传增益分别为3.78%、0.43%、10.21%、1.08%、4.82%、-0.16%、-0.27%、9.36%。35个半同胞家系各性状间存在较大的遗传变异，有较大的改良潜力，初步筛选出的优良家系可以为紫花苜蓿的良种选育提供理论基础。

关键词: 紫花苜蓿, 半同胞家系, 农艺性状, 遗传变异, 遗传增益

Abstract:

Through the investigation of agronomic traits of 35 half-sibling families of Medicago sativa， the genetic variation of agronomic traits among families was analyzed， in order to make informed decisions on likely gain in the breeding of alfalfa varieties. It was found that there was very significant variation in traits among the different families. The coefficient of variation among different traits ranged from 5.24%-33.18%. Generalized heritability， family heritability and genetic progress were， respectively， 0.05%-69.04%， 1.07%-72.90% and 0-20.08. Plant height， stem diameter and branch number were significantly correlated with fresh herbage yield； the number of branches was significantly correlated with hay yield and seed yield； there was a significant correlation between different stubble measures， except for the ratio of fresh∶dry and the ratio of stem∶leaf. Using membership function multivariate analysis， four elite families，（designated FM₂₂， FM₇， FM₁₅ and FM₁）， were identified， and the average genetic gains for plant height， stem diameter， branch number， fresh grass yield， hay yield， fresh-to-dry ratio， stem-leaf ratio and seed yield of the selected families were， respectively， 3.78%， 0.43%， 10.21%， 1.08%， 4.82%， -0.16%， -0.27% and 9.36%， respectively. There was a large genetic variation among the traits of the 35 half-sibling families， and there was a large potential for improvement. The elite families initially identified provide a germplasm resource for ongoing breeding improvement of alfalfa.

Key words: alfalfa, half-sib progeny, agronomic traits, genetic variation, genetic gains

胡鹏飞, 叶雨浓, 王通锐, 王晶, 王星, 伏兵哲, 高雪芹. 紫花苜蓿半同胞家系农艺性状的遗传变异分析[J]. 草业学报, 2025, 34(3): 85-96.

Peng-fei HU, Yu-nong YE, Tong-rui WANG, Jing WANG, Xing WANG, Bing-zhe FU, Xue-qin GAO. Analysis of genetic variation in agronomic of half-sib families of Medicago sativa[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2025, 34(3): 85-96.

图/表 11

表1 各家系来源

Table 1 Origins of various families

家系Family	材料来源Source of materials	家系Family	材料来源Source of materials
FM₁、FM₁₃、FM₂₅	阿尔冈金Algonquin	FM₇、FM₁₉、FM₃₁	金皇后Golden impress
FM₂、FM₁₄、FM₂₆	陇东苜蓿Longdong	FM₈、FM₂₀、FM₃₂	三得利Sanditi
FM₃、FM₁₅、FM₂₇	甘农2号Gannong No.2	FM₉、FM₂₁、FM₃₃	CW301
FM₄、FM₁₆、FM₂₈	甘农4号Gannong No.4	FM₁₀、FM₂₂、FM₃₄	CW200
FM₅、FM₁₇、FM₂₉	中苜1号Zhongmu No.1	FM₁₁、FM₂₃、FM₃₅	敖汉Aohan
FM₆、FM₁₈、FM₃₀	宁苜1号Ningmu No.1	FM₁₂、FM₂₄	河西苜蓿Hexi

表2 方差分析模型

Table 2 Variance analysis model

方差来源

Source of

variation

自由度

Degree of

freedom

均方

Mean

square

期望均方

Expected mean square

MS_a

σ e 2

σ g 2

误差Error

（r-1）（n-1）

MS_e

σ e 2

表2 方差分析模型

Table 2 Variance analysis model

方差来源

Source of

variation

自由度

Degree of

freedom

均方

Mean

square

期望均方

Expected mean square

重复Replication

r-1

材料Material

n-1

MS_a

σ e 2

σ g 2

误差Error

（r-1）（n-1）

MS_e

σ e 2

表3 各性状方差分析

Table 3 Variance analysis of each traits

性状 Traits	茬次 Cuts	变异来源 Variance source	自由度 Degree of freedom	均方 Mean square	F值 F value	显著性 Statistical significance
株高Plant height	Ⅰ	家系Family	34	351.77	2.70	P<0.01
	Ⅱ	家系Family	34	228.22	3.69	P<0.01
	Ⅲ	家系Family	34	211.88	3.26	P<0.01
茎粗Stem diameter	Ⅰ	家系Family	34	0.37	1.16	P<0.01
	Ⅱ	家系Family	34	0.80	1.97	P<0.01
	Ⅲ	家系Family	34	0.31	2.25	P<0.01
分枝数Number of branches	Ⅰ	家系Family	34	5935.36	1.47	P<0.01
	Ⅱ	家系Family	34	5796.52	1.72	P<0.01
	Ⅲ	家系Family	34	3516.55	1.38	P<0.01
鲜干比Fresh-dry ratio	Ⅰ	家系Family	34	0.35	1.01	P<0.01
	Ⅱ	家系Family	34	0.33	1.07	P<0.01
	Ⅲ	家系Family	34	0.23	1.16	P<0.01
茎叶比Stem-to-leaf ratio	Ⅰ	家系Family	34	0.09	1.09	P<0.01
	Ⅱ	家系Family	34	0.10	2.12	P<0.01
	Ⅲ	家系Family	34	0.03	2.34	P<0.01
鲜草产量Fresh yield	Ⅰ	家系Family	34	31.67	0.90	P<0.01
	Ⅱ	家系Family	34	15.14	0.90	P<0.01
	Ⅲ	家系Family	34	9.55	1.72	P<0.01
干草产量Dry yield	Ⅰ	家系Family	34	3.86	0.95	P<0.01
	Ⅱ	家系Family	34	2.01	0.98	P<0.01
	Ⅲ	家系Family	34	0.03	1.78	P<0.01
鲜草产量Fresh yield	总产量Total yield	家系Family	34	141.93	1.09	P<0.01
干草产量Dry yield	总产量Total yield	家系Family	34	11.64	1.03	P<0.01
种子产量Seed yield	总产量Total yield	家系Family	34	41295.01	1.21	P<0.01

表4 各性状描述性统计

Table 4 Descriptive statistics of each trait

性状 Traits	茬次 Cuts	最大值 Maximum	最小值 Minimum	极差 Range	平均值 Mean	标准差 Standard deviation	变异系数 Coefficient of variation （CV， %）	多样性指数 Genetic diversity index （H'）
株高Plant height （cm）	Ⅰ	94.11	69.22	24.89	85.45	6.25	7.32	1.81
	Ⅱ	75.22	56.56	18.66	68.28	5.04	7.38	1.82
	Ⅲ	75.67	56.89	18.78	68.37	4.85	7.10	1.88
茎粗Stem diameter （mm）	Ⅰ	4.22	3.44	0.78	3.85	0.20	5.24	2.02
	Ⅱ	4.16	2.74	1.42	3.42	0.30	8.71	1.98
	Ⅲ	3.57	2.93	0.64	3.27	0.18	5.63	1.93
分枝数Number of branches （No.·m^-1）	Ⅰ	271.00	94.00	177.00	185.50	44.48	23.98	1.93
	Ⅱ	269.33	85.00	184.33	183.68	43.96	23.93	1.99
	Ⅲ	240.00	105.00	135.00	176.13	34.24	19.44	1.94
鲜干比Fresh-dry ratio	Ⅰ	4.63	2.42	2.21	2.96	0.34	11.62	1.47
	Ⅱ	4.50	2.33	2.17	2.92	0.33	11.40	1.53
	Ⅲ	4.01	2.54	1.47	3.04	0.28	9.12	1.76
茎叶比Stem-to-leaf ratio	Ⅰ	1.59	0.86	0.73	1.21	0.18	14.64	1.91
	Ⅱ	1.50	0.83	0.67	1.20	0.18	14.92	2.05
	Ⅲ	1.04	0.71	0.33	0.87	0.08	9.24	2.05
鲜草产量Fresh yield （t·hm^-2）	Ⅰ	24.51	10.66	13.85	18.31	3.25	17.74	2.00
	Ⅱ	17.43	7.26	10.17	13.20	2.25	17.05	1.85
	Ⅲ	12.47	4.84	7.63	8.35	1.78	21.31	2.01
干草产量Dry yield （t·hm^-2）	Ⅰ	8.23	3.23	5.00	6.26	1.13	18.05	1.97
	Ⅱ	6.15	2.22	3.93	4.58	0.82	16.94	2.00
	Ⅲ	0.72	0.25	0.47	0.40	0.10	25.00	1.89
鲜草产量Fresh yield （t·hm^-2）	总产量Total yield	53.12	23.23	29.89	39.86	6.88	17.26	2.02
干草产量Dry yield （t·hm^-2）	总产量Total yield	14.74	5.70	9.04	11.24	1.97	17.52	1.99
种子产量Seed yield （kg·hm^-2）	总产量Total yield	672.63	117.32	555.31	353.62	117.32	33.18	1.95

表5 各性状遗传变异参数

Table 5 Genetic variation parameters of each trait

性状 Traits	茬次 Cuts	遗传方差 Genetic variation （ $σ g 2$ ）	表型方差 Phenotypic variance （ $σ p 2$ ）	表型变异系数 Phenotypic coefficients of variation （CV_p， %）	遗传变异系数 Genetic coefficients of variation （CV_g， %）	广义遗传力 Broad-sense heritability （h²， %）	家系遗传力 Family heritability （ $h F 2$ ， %）	遗传进度 Genetic advance （GA）	相对遗传进度Relative genetic advance （RGA， %）
株高Plant height	Ⅰ	73.79	155.00	14.57	10.05	47.61	62.93	6.13	7.18
	Ⅱ	55.46	80.33	13.13	10.91	69.04	72.90	7.16	10.49
	Ⅲ	48.97	81.29	13.19	10.23	60.25	69.34	6.02	8.81
茎粗Stem diameter	Ⅰ	0.02	0.32	14.71	3.38	5.28	13.88	0.02	0.57
	Ⅱ	0.13	0.45	19.59	10.59	29.21	49.26	0.18	5.24
	Ⅲ	0.06	0.15	12.02	7.28	36.68	55.62	0.14	4.26
分枝数Number of branches	Ⅰ	629.00	4258.04	35.18	13.52	14.77	31.79	13.54	7.30
	Ⅱ	807.84	3642.27	32.86	15.47	22.18	41.81	20.08	10.93
	Ⅲ	325.42	2648.78	29.22	10.24	12.29	27.76	8.66	4.92
鲜干比Fresh-dry ratio	Ⅰ	0.00	0.35	20.04	1.20	0.36	1.07	0.00	0.09
	Ⅱ	0.01	0.31	19.13	2.97	2.41	6.80	0.02	0.57
	Ⅲ	0.01	0.20	14.83	3.42	5.33	14.00	0.03	1.00
茎叶比Stem-to-leaf ratio	Ⅰ	0.00	0.09	24.29	4.26	3.07	8.52	0.01	0.93
	Ⅱ	0.02	0.05	18.81	10.82	33.10	52.74	0.12	10.17
	Ⅲ	0.01	0.02	14.34	8.94	38.83	57.23	0.06	7.39
鲜草产量Fresh yield	Ⅰ	6.26	25.54	27.59	13.66	24.51	44.47	1.64	8.96
	Ⅱ	2.99	12.21	26.46	13.09	24.48	44.41	1.13	8.58
	Ⅲ	3.02	4.70	25.95	20.80	64.22	71.04	2.36	28.28
干草产量Dry yield	Ⅰ	0.82	2.96	27.48	14.42	27.55	47.59	0.64	10.28
	Ⅱ	0.44	1.51	26.78	14.43	29.05	49.06	0.49	10.68
	Ⅲ	0.01	0.01	28.61	23.53	67.64	71.78	0.13	33.64
鲜草产量Fresh yield	总产量Total yield	3.75	131.95	24.40	4.11	2.84	7.92	0.40	0.85
干草产量Dry yield	总产量Total yield	0.11	11.34	7.16	0.71	0.97	2.85	0.04	0.08
种子产量Seed yield	总产量Total yield	2386.68	34930.52	52.85	13.82	6.83	17.34	16.51	4.67

表5 各性状遗传变异参数

Table 5 Genetic variation parameters of each trait

性状 Traits	茬次 Cuts	遗传方差 Genetic variation （ $σ g 2$ ）	表型方差 Phenotypic variance （ $σ p 2$ ）	表型变异系数 Phenotypic coefficients of variation （CV_p， %）	遗传变异系数 Genetic coefficients of variation （CV_g， %）	广义遗传力 Broad-sense heritability （h²， %）	家系遗传力 Family heritability （ $h F 2$ ， %）	遗传进度 Genetic advance （GA）	相对遗传进度Relative genetic advance （RGA， %）
株高Plant height	Ⅰ	73.79	155.00	14.57	10.05	47.61	62.93	6.13	7.18
	Ⅱ	55.46	80.33	13.13	10.91	69.04	72.90	7.16	10.49
	Ⅲ	48.97	81.29	13.19	10.23	60.25	69.34	6.02	8.81
茎粗Stem diameter	Ⅰ	0.02	0.32	14.71	3.38	5.28	13.88	0.02	0.57
	Ⅱ	0.13	0.45	19.59	10.59	29.21	49.26	0.18	5.24
	Ⅲ	0.06	0.15	12.02	7.28	36.68	55.62	0.14	4.26
分枝数Number of branches	Ⅰ	629.00	4258.04	35.18	13.52	14.77	31.79	13.54	7.30
	Ⅱ	807.84	3642.27	32.86	15.47	22.18	41.81	20.08	10.93
	Ⅲ	325.42	2648.78	29.22	10.24	12.29	27.76	8.66	4.92
鲜干比Fresh-dry ratio	Ⅰ	0.00	0.35	20.04	1.20	0.36	1.07	0.00	0.09
	Ⅱ	0.01	0.31	19.13	2.97	2.41	6.80	0.02	0.57
	Ⅲ	0.01	0.20	14.83	3.42	5.33	14.00	0.03	1.00
茎叶比Stem-to-leaf ratio	Ⅰ	0.00	0.09	24.29	4.26	3.07	8.52	0.01	0.93
	Ⅱ	0.02	0.05	18.81	10.82	33.10	52.74	0.12	10.17
	Ⅲ	0.01	0.02	14.34	8.94	38.83	57.23	0.06	7.39
鲜草产量Fresh yield	Ⅰ	6.26	25.54	27.59	13.66	24.51	44.47	1.64	8.96
	Ⅱ	2.99	12.21	26.46	13.09	24.48	44.41	1.13	8.58
	Ⅲ	3.02	4.70	25.95	20.80	64.22	71.04	2.36	28.28
干草产量Dry yield	Ⅰ	0.82	2.96	27.48	14.42	27.55	47.59	0.64	10.28
	Ⅱ	0.44	1.51	26.78	14.43	29.05	49.06	0.49	10.68
	Ⅲ	0.01	0.01	28.61	23.53	67.64	71.78	0.13	33.64
鲜草产量Fresh yield	总产量Total yield	3.75	131.95	24.40	4.11	2.84	7.92	0.40	0.85
干草产量Dry yield	总产量Total yield	0.11	11.34	7.16	0.71	0.97	2.85	0.04	0.08
种子产量Seed yield	总产量Total yield	2386.68	34930.52	52.85	13.82	6.83	17.34	16.51	4.67

图1 不同性状间的相关性分析PH：株高Plant height； SD：茎粗Stem diameter； NB：分枝数Number of branches； FY：鲜草产量Fresh yield； DY：干草产量Dry yield； FR：鲜干比Fresh-dry ratio； LR：茎叶比Stem-to-leaf ratio； SY：种子产量Seed yield. 下同The same below. *表示显著相关（P<0.05），**表示极显著相关（P<0.01）。* represents significant correlation （P<0.05）； ** represents extremely significant correlation （P<0.01）.

Fig.1 Correlation analysis of different traits

表6 不同茬次性状间的相关系数

Table 6 Correlation coefficient of different stubble traits

茬次 Stubbles	株高Plant height			茎粗Stem diameter			分枝数Number of branches			鲜干比Fresh-dry ratio
茬次 Stubbles	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
Ⅰ	1.00	0.97**	0.99**	1.00	0.70**	0.97**	1.00	0.96**	0.84**	1.00	0.91**	0.34
Ⅱ	0.97**	1.00	0.97**	0.70**	1.00	0.63**	0.96**	1.00	0.88**	0.91**	1.00	0.24
Ⅲ	0.99**	0.97**	1.00	0.97**	0.63**	1.00	0.84**	0.88**	1.00	0.34	0.24	1.00
茬次 Stubbles	茎叶比Stem-to-leaf ratio			鲜草产量Fresh yield			干草产量Dry yield
茬次 Stubbles	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
Ⅰ	1.00	0.85**	-0.05	1.00	0.93**	0.73**	1.00	0.89**	0.60**
Ⅱ	0.85**	1.00	-0.19	0.93**	1.00	0.81**	0.68**	1.00	0.68**
Ⅲ	-0.05	-0.19	1.00	0.73**	0.81**	1.00	0.89**	0.60**	1.00

图 2 35个苜蓿半同胞家系聚类热图

Fig.2 Cluster heat map of 35 alfalfa half-sib families

表7 35个苜蓿半同胞家系的性状分布

Table 7 Distribution of traits of 35 alfalfa half-sib families

性状 Trait	类群Groups
性状 Trait	A	B	C	D	E
株高Plant height （cm）	74.14	78.24	76.43	68.30	64.24
茎粗Stem diameter （mm）	3.51	3.70	3.46	3.64	3.53
分枝数Number of branches （No.·m^-1）	176.45	223.89	221.78	149.56	99.56
鲜草产量Fresh yield （t·hm^-2）	39.98	48.42	43.73	26.10	25.18
干草产量Dry yield （t·hm^-2）	11.23	12.37	12.51	7.97	8.11
鲜干比Fresh-dry ratio	2.96	3.73	2.88	2.71	2.79
茎叶比Stem-to-leaf ratio	1.09	1.23	1.07	1.04	1.05
种子产量Seed yield （kg·hm^-2）	325.73	219.08	560.95	177.96	288.70

表8 不同家系隶属函数综合评价值

Table 8 The comprehensive evaluation values of different families

家系 Family	综合评价值 Comprehensive evaluation value	排名 Ranking	家系 Family	综合评价值 Comprehensive evaluation value	排名 Ranking	家系 Family	综合评价值 Comprehensive evaluation value	排名 Ranking	家系 Family	综合评价值 Comprehensive evaluation value	排名 Ranking
FM₂₂	0.79	1	FM₁₁	0.62	10	FM₃₅	0.53	19	FM₂₉	0.44	28
FM₁₅	0.75	2	FM₁₆	0.62	11	FM₅	0.53	20	FM₁₂	0.43	29
FM₇	0.74	3	FM₂₀	0.62	12	FM₂₇	0.53	21	FM₃₁	0.43	30
FM₁	0.72	4	FM₈	0.61	13	FM₂₆	0.51	22	FM₃₀	0.41	31
FM₂	0.66	5	FM₂₄	0.59	14	FM₃	0.50	23	FM₃₄	0.40	32
FM₂₁	0.66	6	FM₂₅	0.55	15	FM₁₈	0.48	24	FM₃₂	0.39	33
FM₁₄	0.66	7	FM₉	0.55	16	FM₁₃	0.47	25	FM₁₉	0.39	34
FM₄	0.66	8	FM₂₈	0.55	17	FM₁₀	0.44	26	FM₃₃	0.27	35
FM₂₃	0.64	9	FM₁₇	0.54	18	FM₆	0.44	27

表9 优良家系各性状的遗传增益

Table 9 Genetic gain of each trait in superior families

家系 Family	株高 Plant height （cm）	茎粗 Stem diameter （mm）	分枝数 Number of branches （No.·m^-1）	鲜草产量 Fresh yield （t·hm^-2）	干草产量 Dry yield （t·hm^-2）	鲜干比 Fresh-dry ratio	茎叶比 Stem-to-leaf ratio	种子产量 Seed yield （kg·hm^-2）
FM₂₂	77.43	3.75	215.78	45.10	12.50	2.97	0.86	587.93
FM₁₅	79.11	3.71	255.11	38.76	10.50	2.93	1.00	672.63
FM₇	78.30	3.39	259.22	48.38	13.55	2.79	1.07	524.23
FM₁	77.66	3.37	216.67	50.76	13.91	2.96	0.89	392.84
入选均值Selected mean	78.12	3.55	236.69	45.75	12.61	2.91	0.95	544.41
总体均值Population mean	74.03	3.51	181.77	39.86	11.24	2.97	1.05	353.62
遗传增益Genetic gain （%）	3.78	0.43	10.21	1.08	4.82	-0.16	-0.27	9.36

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紫花苜蓿半同胞家系农艺性状的遗传变异分析

Analysis of genetic variation in agronomic of half-sib families of Medicago sativa

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图/表 11

参考文献 35

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