苜蓿種質(zhì)資源鑒定與評(píng)價(jià)的內(nèi)容與方法

王 浩，張迎超，于曉東，劉忠?guī)r，王 冰，周春雨，王志鋒*

(1.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，吉林長春130033；2.大安市草原管理站）

紫花苜蓿(Medicago Sativa L.)是豆科多年生草本植物，作為優(yōu)良的飼料作物在全世界廣泛栽培，同時(shí)也是我國種植面積最大的牧草[1～2]。苜蓿種子植面積廣，適應(yīng)性強(qiáng)，產(chǎn)量高，富含較全面的營養(yǎng)成分如粗蛋白質(zhì)、維生素和無機(jī)鹽等，在解決優(yōu)質(zhì)飼草短缺方面尤其是奶牛蛋白飼料需求方面發(fā)揮了重要的作用[3～5]。同時(shí)苜蓿具有根瘤固氮作用，在肥田壯地、保持水土、改善土壤、優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)等方面起著顯著作用。隨著我國畜牧產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)蛋白質(zhì)飼料的需求日益增加，用優(yōu)質(zhì)牧草尤其是苜蓿補(bǔ)充粗蛋白質(zhì)及其他營養(yǎng)物質(zhì)，已成為畜牧養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[6～7]。

我國牧草產(chǎn)業(yè)也圍繞著苜蓿產(chǎn)業(yè)帶、羊草生產(chǎn)區(qū)、南方飼草生產(chǎn)區(qū)形成了“一帶兩區(qū)”的發(fā)展格局。苜蓿業(yè)在畜牧產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、草原生態(tài)環(huán)境建設(shè)、保護(hù)黑土地、提高糧食生產(chǎn)能力以及解決蛋白飼料缺乏、提高畜產(chǎn)品質(zhì)量等方面，都已顯示出極其重要的作用和獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，大力發(fā)展苜蓿產(chǎn)業(yè)已成共識(shí)。隨著我國苜蓿產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)苜蓿品種的要求越來越高，需求也越來越大，對(duì)新的優(yōu)勢(shì)品種需求也更加緊迫。引進(jìn)和培育的大批苜蓿品種做科學(xué)合理地適應(yīng)性評(píng)價(jià)，方可大面積用于生產(chǎn)實(shí)踐[8]。近年來相關(guān)報(bào)道也較多，關(guān)于苜蓿種質(zhì)資源的評(píng)價(jià)主要集中在生產(chǎn)性能、營養(yǎng)品質(zhì)和抗逆性等方面[9]。

1 苜蓿的生產(chǎn)性能

1.1 株高

牧草株高不僅能夠衡量其生長發(fā)育狀況，也能體現(xiàn)出牧草產(chǎn)量高低較為理想的指標(biāo)[10]。牧草的生物學(xué)特性決定了牧草的生長曲線呈S-型，這是牧草的平均經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量形成的規(guī)律[11]。對(duì)不同生長狀態(tài)的苜蓿進(jìn)行研究比較，發(fā)現(xiàn)其株高與產(chǎn)量的比較呈現(xiàn)正相關(guān)，植株較高的苜蓿通常具有更好的相對(duì)產(chǎn)量潛力[12]。柴來智研究表明植物株高既可以衡量植株生長發(fā)育，也同時(shí)體現(xiàn)牧草生產(chǎn)性能[13]。據(jù)白玉龍等報(bào)道，不同品種的苜蓿在生長的高峰期平均株高和株齡間呈顯著的正相關(guān)，達(dá)非常顯著水平[14]。

1.2 生長速度

苜蓿的生長過程可以用生長速度來體現(xiàn)，生長速度是指牧草的株高和葉片生長的快慢，它能反映出牧草生長能力的強(qiáng)弱，一定程度上衡量牧草的產(chǎn)草量和加工利用方式，對(duì)牧草經(jīng)濟(jì)性狀的形成非常重要[15]。不同品種的牧草由于遺傳特性和環(huán)境差異，在其生長發(fā)育階段，在生長速度上有較大差異[16]。生長速度快的苜蓿刈割次數(shù)多，產(chǎn)草量高并且利用率也相對(duì)較高，同時(shí)可以減少雜草的入侵，這使得苜蓿種植可以獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)報(bào)道，苜蓿的頭茬草生長規(guī)律大致相同，在分枝期前生長速度較慢，分枝期后到現(xiàn)蕾期才逐漸加快，在結(jié)實(shí)期速度減慢甚至為零，并且株高達(dá)到峰值。在開花之前，其生長速度和強(qiáng)度的變化趨于一致，在開花期以后略有差異[17～18]。

1.3 再生性能

再生性指牧草被刈割或被采食后重新生長出枝條的能力，主要包括再生速度、再生強(qiáng)度和再生次數(shù)三個(gè)指標(biāo)。牧草再生能力的強(qiáng)弱是衡量其活力和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要指標(biāo)。曹致中研究表明，不同品種的苜蓿第一次刈割后再生高度差距不大，但刈割三茬后品種間的再生能力差異較明顯[19]。雖然苜蓿具有良好的耐刈性，然而頻繁的刈割減少了苜蓿根部貯藏的碳水化合物含量，不利于苜蓿的再生性。孟昭儀報(bào)道，再生性強(qiáng)的苜蓿品種日增長高度可達(dá)1.86 cm，再生能力弱的品種日增加僅為1.30 cm，不同的品種和刈割的次數(shù)不同都會(huì)有較大的差異，而在年度間表現(xiàn)較為一致，并且再生速度快的品種每年日增長高度均比較高[20]。

1.4 莖葉比

莖葉比是衡量苜蓿生產(chǎn)性能基本指標(biāo)之一[21]，牧草莖葉比越小，葉量越豐富，因葉片的粗纖維含量低于莖的部分，則牧草適口性會(huì)更好，品質(zhì)也更佳，飼用價(jià)值也更高[22]。但苜蓿的每個(gè)生育期莖葉比是由自身生長規(guī)律決定著，其在營養(yǎng)期最低，結(jié)實(shí)期達(dá)到最高。同時(shí)，莖葉比也和苜蓿的刈割次數(shù)呈負(fù)相關(guān)，刈割次數(shù)的增加后莖葉比會(huì)降低，并且刈割的第一茬苜蓿因收獲時(shí)間早會(huì)比之后刈割的苜蓿莖葉比比值低。據(jù)曹致中和王成章等報(bào)道，苜蓿葉中營養(yǎng)成分明顯高于莖，并且粗纖維含量低于莖，則莖葉比的高低一定程度上決定了牧草的營養(yǎng)品質(zhì)以及飼用價(jià)值[23]。

1.5 產(chǎn)草量

產(chǎn)量是衡量牧草生產(chǎn)性能的重要指標(biāo)。近年來，有很多苜蓿引種評(píng)比、適應(yīng)性比較、產(chǎn)量與地上生物量的評(píng)價(jià)、產(chǎn)量與株高等相關(guān)因子之間的關(guān)系的一系列研究[24]。苜蓿的產(chǎn)量是由植株密度以及單株的重量共同決定的，但是單位面積苜蓿數(shù)量越多，密度越大反而會(huì)導(dǎo)致苜蓿單株的重量會(huì)下降。苜蓿生長第一年單株的年平均干物質(zhì)與總的產(chǎn)草量關(guān)系不顯著，而生長三年后呈極相關(guān)，每茬苜蓿單株的干物質(zhì)含量與總干物質(zhì)產(chǎn)量也呈極顯著相關(guān)[25]。株高、生長速度、再生速度、分枝數(shù)等性狀均為苜蓿產(chǎn)量的相關(guān)因子，與苜蓿產(chǎn)量的呈正相關(guān)。同時(shí)產(chǎn)量高的苜蓿品種在種子產(chǎn)量、越冬率、越夏率方面也都有較好表現(xiàn)。因此，以產(chǎn)量作為主要指標(biāo)篩選苜蓿品種，能夠選擇出綜合性狀優(yōu)良并且經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的品種[26]。

1.6 種子產(chǎn)量

種子是畜牧業(yè)生產(chǎn)中的重要生產(chǎn)資料，由于我國的牧草育種工作開展較晚，現(xiàn)有的種子產(chǎn)業(yè)和繁育基地有限，很多牧草種子的品質(zhì)得不到保證，所以生產(chǎn)上大部分牧草種子依賴于進(jìn)口，這就給牧草生產(chǎn)增加了成本。多年來國內(nèi)對(duì)苜蓿的評(píng)價(jià)與鑒定工作主要集中在于觀察牧草產(chǎn)量及生物學(xué)特性等方面的指標(biāo)進(jìn)行引種、栽培、區(qū)劃方面的研究及品種選育等方面[27]，而對(duì)于苜蓿的種子相關(guān)研究甚少。種子的產(chǎn)量和品質(zhì)也是判斷牧草生產(chǎn)性能的重要指標(biāo)[28]。

2 苜蓿的營養(yǎng)品質(zhì)

牧草營養(yǎng)品質(zhì)直接關(guān)系到動(dòng)物采食性和吸收利用率的高低，苜蓿干草一直被認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)牧草，因?yàn)檐俎５倪m口性較好，含有大量的粗蛋白、碳水化合物以及多種礦物元素及維生素等，營養(yǎng)品質(zhì)高[29]。但是在不同的生育期，苜蓿所含營養(yǎng)成分會(huì)隨著其植株內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化而改變，其中主要表現(xiàn)為在開花期后苜蓿的纖維素和木質(zhì)素含量增加，消化率降低，粗蛋白含量也有所下降，這表明苜蓿的營養(yǎng)品質(zhì)以及適口性都會(huì)隨著苜蓿的生長發(fā)育而有所下降[30～31]。

評(píng)定苜蓿營養(yǎng)價(jià)值的方法有多種，目前被廣泛使用的主要方法為概略養(yǎng)分和范式洗滌纖維分析法，評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)為粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維、粗灰分等指標(biāo)含量。

2.1 粗蛋白

蛋白質(zhì)飼料是動(dòng)物飼料配方中僅次于能量飼料的一大原料，所以飼草粗蛋白含量的高低是考察該牧草品質(zhì)好壞的一個(gè)重要指標(biāo)[32]。其營養(yǎng)價(jià)值因不同品種而有差異，也和收獲時(shí)期有很大關(guān)系。隨著苜蓿生育期的推移，粗蛋白含量會(huì)有所降低，研究表明苜蓿粗蛋白在營養(yǎng)期干物質(zhì)中含量最高時(shí)可達(dá)26.1%，花期后可降低到12.3%[33]。隨著苜蓿的生育發(fā)育，其在早期的蛋白質(zhì)含量會(huì)比晚期高，但是其中葉片的蛋白含量會(huì)比莖高2～3倍。苜蓿的營養(yǎng)價(jià)值隨成熟度增加而降低，產(chǎn)量與品質(zhì)也成負(fù)相關(guān)[34]。

2.2 其它方面

粗脂肪具有芳香氣味，會(huì)影響適口性，也是熱能的主要成分。粗纖維的含量同樣會(huì)影響適口性以及動(dòng)物的消化率，中性洗滌纖維含量與采食率以及酸性洗滌纖維含量與消化率都呈負(fù)相關(guān)。粗灰分的含量決定了牧草中的礦物質(zhì)含量。苜蓿粗蛋白、粗纖維的含量對(duì)其營養(yǎng)品質(zhì)的影響尤為重要。營養(yǎng)品質(zhì)高的苜蓿粗蛋白含量高，粗纖維含量低，這也是篩選苜蓿品種的重要指標(biāo)之一。并且研究苜蓿的營養(yǎng)品質(zhì)可以為苜蓿的品種選育和利用等研究提供合理依據(jù)[32]。

3 抗逆型

受重農(nóng)輕牧思想的影響，我國大部分苜蓿種植區(qū)主要在瘠薄地、鹽堿地等地區(qū)。這些地區(qū)氣候條件差，也難以配置先進(jìn)的農(nóng)業(yè)設(shè)施，這使得苜蓿的生長發(fā)育尤為困難，因此在種植之初篩選和培育抗逆性強(qiáng)的苜蓿品種，使其能更加適應(yīng)惡劣的自然環(huán)境，對(duì)苜蓿的人工建植具有重要意義[35]。結(jié)合我國苜蓿生長環(huán)境特點(diǎn)，近些年熱點(diǎn)研究苜蓿的抗逆性主要集中在抗旱性、抗旱性、抗熱性以及耐鹽性[36]。

3.1 抗旱性

干旱是制約牧草生長發(fā)育的重要影響因子之一，關(guān)于苜?？购敌苑矫娴难芯恳恢倍际菬狳c(diǎn)。苜蓿對(duì)環(huán)境有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，在逆境脅迫下，苜蓿自身生理的代謝、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及形態(tài)等方面的變化使其能良好的應(yīng)對(duì)干旱環(huán)境。對(duì)苜蓿的抗旱性研究主要集中在抗旱評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)苜?？购敌栽u(píng)價(jià)方法主要有田間鑒定法、人工控制干旱脅迫法、生理生化鑒定法、分子生物學(xué)方法等[37]。研究的主要時(shí)期集中在苜蓿的萌發(fā)期和幼苗期。評(píng)價(jià)的抗旱性的指標(biāo)較多，主要可分為生長發(fā)育、農(nóng)藝性狀和生理生化指標(biāo)等[38]。

3.2 抗寒性

苜蓿主要生長在我國北方以及西北地區(qū)，這些地方冬季氣溫大多偏低，苜蓿容易被凍害而死亡，導(dǎo)致返青率低。據(jù)報(bào)道，當(dāng)冬季氣溫降到零下10℃～15℃時(shí)，大部分苜蓿可以安全越冬，但當(dāng)最低溫度超過零下20℃時(shí)，苜蓿的越冬將會(huì)變得困難[39]。苜蓿體內(nèi)同樣會(huì)發(fā)生一系列變化以應(yīng)對(duì)低溫氣候。近些年，基因工程手段成為了又一培育苜?？购缕贩N的有效途徑，與此同時(shí)對(duì)苜蓿適應(yīng)低溫脅迫的內(nèi)部機(jī)理也有了更深入的了解。但是，對(duì)苜蓿應(yīng)對(duì)低溫脅迫的生理機(jī)制還存在著一些疑問，并未建立起準(zhǔn)確抗寒性指標(biāo)評(píng)價(jià)體系。一些相關(guān)問題如苜蓿的根系與抗寒性，秋眠與苜?？购灾g的相關(guān)生理機(jī)制還有待解決[40]。

3.3 耐熱性

耐熱性是指植物對(duì)高溫的適應(yīng)能力，高溫會(huì)對(duì)植物的形態(tài)生理代謝等造成傷害，通常稱之為熱害[41]。高溫對(duì)植物的影響是多方面，極端的高溫條件會(huì)破壞植物的生物膜系統(tǒng)，對(duì)植物的光合呼吸都會(huì)有較大影響，從而導(dǎo)致其生長發(fā)育受阻。苜蓿為C3植物，它的光合作用對(duì)高溫的敏感程度高于呼吸作用，當(dāng)溫度超過補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)，苜蓿的呼吸所消耗的物質(zhì)會(huì)超過光合作用所生產(chǎn)的物質(zhì)，苜蓿就會(huì)因消耗快于補(bǔ)償而導(dǎo)致死亡。據(jù)報(bào)道苜蓿地上部分的生長最適宜的溫度為27℃，而根部最適宜12℃。而在溫度超過30℃的地區(qū)，苜蓿的生長發(fā)育明顯受阻越夏時(shí)極不穩(wěn)定，并且會(huì)發(fā)生死亡。溫度越高，這一現(xiàn)象會(huì)越嚴(yán)重。有關(guān)苜蓿耐熱性的大部分研究主要集中在苜蓿越夏時(shí)的生長發(fā)育的觀察上，對(duì)其生理生化機(jī)制尚不明確。關(guān)于這方面研究還需進(jìn)一步深入[42]。

3.4 耐鹽性

我國鹽堿地面積較大，而苜蓿作為中度耐鹽堿豆科植物，利用苜蓿對(duì)鹽堿地進(jìn)行利用與改良具有重要意義。近些年，有關(guān)苜蓿耐鹽品種評(píng)價(jià)、篩選和培育都有較多的研究和進(jìn)展[43]。在耐鹽堿能力的研究方面，植物種子萌發(fā)和幼苗生長是植物生育期中較為關(guān)鍵的2個(gè)階段[44]，同時(shí)也是對(duì)鹽堿脅迫較為敏感的階段，常常將植物種子萌發(fā)期的耐鹽表現(xiàn)作為該品種的耐鹽能力強(qiáng)弱的指標(biāo)[45]。主要的鑒定指標(biāo)與抗旱性的鑒定指標(biāo)類似。早期對(duì)苜?？购导澳望}堿性的研究中局限于形態(tài)指標(biāo)的評(píng)價(jià)，隨著研究的深入、逐漸結(jié)合形態(tài)特征、生理生化特征以及產(chǎn)量狀況等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

苜蓿的抗逆性是由多重因素共同影響的，所以在評(píng)價(jià)苜蓿的抗逆性，測(cè)定相關(guān)的指標(biāo)后，不應(yīng)從單一的指標(biāo)進(jìn)行判斷，應(yīng)結(jié)合各項(xiàng)指標(biāo)系統(tǒng)綜合的分析，使評(píng)價(jià)體系更加科學(xué)與全面?，F(xiàn)在建立的綜合評(píng)價(jià)體系主要有灰色關(guān)聯(lián)度模型、隸屬函數(shù)分析法、直接比較法、層次分析法(AHP)、主成分分析法等[46～47]。

4 小結(jié)

系統(tǒng)全面的開展苜蓿種質(zhì)資源的鑒定與評(píng)價(jià)的研究工作，是挖掘出優(yōu)異的苜蓿種質(zhì)、進(jìn)行苜蓿選育的基礎(chǔ)；建立起苜宿種質(zhì)資源科學(xué)的數(shù)量化體系，進(jìn)一步研究不同苜蓿品種之間的遺傳關(guān)系、篩選優(yōu)良的苜蓿材料，能為深入研究苜蓿種質(zhì)資源鑒定、培育苜蓿新品種奠定基礎(chǔ)。我國的對(duì)苜蓿資源的需求日益增加，開展系統(tǒng)、全面的實(shí)際研究非常重要。