黃花苜蓿研究進(jìn)展

周昕越，韓慧杰，劉葉飛，邱 銳，趙 彥

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼草栽培、加工與高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/草地資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010018)

黃花苜蓿(MedicagofalcataL.)別名鐮莢苜蓿、野苜蓿,是多年生苜蓿屬豆科牧草[1]，廣泛分布于蒙古國(guó)、俄羅斯、中國(guó)北方等寒冷地區(qū)[2]。黃花苜蓿為旱中生植物,適應(yīng)性較強(qiáng)，具有抗旱、耐寒、耐鹽堿、根系固氮等優(yōu)良特性,是我國(guó)退化草地改良、人工草地建植的首選牧草。由于其適口性好、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，家畜喜食,是豆科牧草抗逆育種中重要的種質(zhì)資源,具有極高的地位和重要的作用。在全球，豆科苜蓿屬種類(lèi)植物有100余種，我國(guó)黃花苜蓿主要分布在內(nèi)蒙古東部地區(qū)和新疆地區(qū)，經(jīng)常出現(xiàn)集中連片式分布[3],是森林草原、草原帶的草甸群落的優(yōu)勢(shì)種或主要伴生種,多見(jiàn)于山坡、溝谷及草原中，且集中分布在海拔600～2000m的砂質(zhì)或砂壤質(zhì)土壤。在低濕環(huán)境條件下分布較集中、生長(zhǎng)茂盛，在干旱環(huán)境下也有分布，長(zhǎng)勢(shì)良好，但由于其抗干旱、耐低溫、耐瘠薄等優(yōu)良特點(diǎn)突出，適合于寒冷、干旱地區(qū)種植推廣[4]并廣泛引種栽培于世界各地。

1 植物學(xué)特征與生物學(xué)特性

黃花苜蓿為多年生草本植物，莖呈平臥或斜升，高40～120cm,分枝較多。葉為羽狀三出復(fù)葉；小葉倒卵形、倒披針形或矩圓狀卵形，具小刺尖，托葉披針形，長(zhǎng)約為寬的2倍，先端具刺尖，邊緣上部有鋸齒，上面無(wú)毛，下面被貼伏毛；頂生小葉稍大?？偁罨ㄐ蛎芗L(zhǎng)1～2cm；花萼鐘狀，密披柔毛；花冠黃色，莢果呈鐮刀形，具貼伏毛；種子為卵狀橢圓形，有種子2～4粒，黃棕色或紫棕色；胚根處突起，根粗壯,木質(zhì)化。千粒重0.9～1.8g。異花傳粉植物，染色體數(shù)目為16或32[5]，花期為6～8月。黃花苜蓿的花粉粒體積較大，表現(xiàn)出其抗逆性強(qiáng)、耐貧瘠的形態(tài)特征[6]。黃花苜蓿具有很強(qiáng)的抗逆性，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，可以用于放牧、土壤改良。野生黃花苜蓿種子具有硬實(shí)休眠特性，其種子萌發(fā)的適宜溫度為10～25℃，當(dāng)溫度低于10℃或高于30℃時(shí)會(huì)抑制種子萌發(fā)[7]。不同區(qū)域的黃花苜蓿發(fā)芽率不同。野生黃花苜蓿還具有較強(qiáng)的光合作用能力，在放牧條件下仍能進(jìn)行光合作用。發(fā)芽能力與根系入土深度有一定關(guān)系，主根深入可達(dá)2～3m,喜濕潤(rùn)的土壤，隨著黃花苜蓿種子貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，其種子休眠率逐漸降低[8]，貯藏時(shí)間達(dá)25個(gè)月時(shí)休眠率可降低到2%[9]。

2 黃花苜蓿再生性研究

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)野生黃花苜蓿再生體系研究較少，并且再生體系效率低。白靜仁等[10]采用野生黃花苜蓿葉片選用改良后的培養(yǎng)基進(jìn)行原生質(zhì)體培養(yǎng)，結(jié)果分化為完整的再生植株。馬海燕[11]以新牧1號(hào)、新疆大葉苜蓿和新疆野生黃花苜蓿為材料,研究了兩種誘導(dǎo)培養(yǎng)基對(duì)其生長(zhǎng)的影響,以及增殖培養(yǎng)基中附加GSH和ABA對(duì)愈傷組織增殖、分化及再生的影響，結(jié)果表明增殖培養(yǎng)基附加GSH15mg/L有利于分化及植株再生;增殖培養(yǎng)基中附加GSH15mg/L+ABA3mg/L有利于提高新牧1號(hào)和新疆大葉苜蓿體胚分化能力,附加GSH15mg/L+ABA6mg/L有利于新疆野生黃花苜蓿體胚分化頻率。侯永霞[12]以呼倫貝爾野生黃花苜蓿為材料的研究結(jié)果表明，黃花苜蓿試驗(yàn)材料中個(gè)體之間組織培養(yǎng)再生性存在較大差異,苜蓿不同種質(zhì)材料間的組培再生特性差異較大。伊風(fēng)艷等[13]以黃花苜蓿為試驗(yàn)材料，研究其愈傷組織誘導(dǎo)及分化培養(yǎng)條件，結(jié)果表明黃花苜蓿外植體中下胚軸誘導(dǎo)率和分化率最高。徐舶等[14]以呼倫貝爾黃花苜蓿為材料進(jìn)行了花藥組織培養(yǎng)研究，并建立了花藥組培再生體系，結(jié)果表明液體懸浮培養(yǎng)基更適合于呼倫貝爾黃花苜蓿花藥愈傷組織的培養(yǎng)，獲得的再生植株經(jīng)流式細(xì)胞儀鑒定單倍體比例高達(dá)27%；黃花苜蓿的再生性與紫花苜蓿不同，而且不同地理分布下的黃花苜蓿種質(zhì)材料之間的很多生長(zhǎng)情況也不同。李娟等[15]選用新疆野生黃花苜蓿種子研究建立了一套高效的再生體系。王玉珍等[16]為提高黃花苜蓿種子產(chǎn)量，通過(guò)不同方法處理黃花苜蓿種子進(jìn)行比較研究，結(jié)果在三年中效果最佳的是10%硫酸處理，4個(gè)處理都極顯著高于對(duì)照。孫啟忠[17]通過(guò)選用6個(gè)不同品種的苜蓿進(jìn)行的研究表明，播期愈早莖稈的根頸形態(tài)愈粗,根重愈高,分枝也愈多,而晚播則有所下降；隨著苜蓿根頸生長(zhǎng)年限的延伸而增加,根頸也隨之逐漸增粗,但是根頸的分枝次數(shù)則以5年生苜蓿為主,隨后逐漸呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。劉震等[18]指出，刈割是黃花苜蓿利用的一種重要方式，適宜的刈割能促進(jìn)黃花苜蓿的分枝和再生，從而提升產(chǎn)量和提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，不同品種之間的再生草存在顯著差異，再生草對(duì)黃花苜蓿全年干草產(chǎn)量貢獻(xiàn)大，而以第二茬再生草的貢獻(xiàn)率最大，因此重視再生草的利用是獲得全年高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵[19]。

3 黃花苜蓿耐牧性研究

目前國(guó)內(nèi)有關(guān)于黃花苜蓿耐牧性研究很少，而國(guó)外對(duì)黃花苜蓿的耐牧性研究相對(duì)成熟，早在20世紀(jì)就已經(jīng)開(kāi)始研究其耐牧性，已培育出很多優(yōu)良的耐牧品種[20]。國(guó)外的研究學(xué)者取得了大量的研究成果，Kaehne等[21]和Brummer等[22]對(duì)黃花苜蓿的研究結(jié)果表明，黃花苜蓿根頸大而寬，根頸上能產(chǎn)生較多的芽，并且根莖入土深的耐牧性更強(qiáng)。Lorenz等[23]認(rèn)為，黃花苜蓿根頸下層芽多的耐牧性更強(qiáng)。Piskovastski等[24]認(rèn)為，根莖入土深的黃花苜蓿植株其耐牧性更強(qiáng)。Leach等[25]認(rèn)為，根頸出芽期晚的黃花苜蓿具有較強(qiáng)的耐牧性。此外，還有大量的研究指出，在放牧條件下仍然能夠保持足夠的葉面積進(jìn)行光合作用，從而可以確保黃花苜蓿根部貯藏物質(zhì)的積累，其耐牧性更強(qiáng)[26]。目前的研究結(jié)果表明，黃花苜蓿的耐牧性狀要比紫花苜蓿更加突出，兩者的耐牧機(jī)制也存在一定差異。當(dāng)黃花苜蓿受到放牧脅迫時(shí)，需要通過(guò)消耗自身儲(chǔ)存的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)提供其再生時(shí)所需的能量與物質(zhì)。黃花苜蓿的耐牧性研究，前期主要采用模擬放牧和放牧干擾兩種方法；黃花苜蓿的耐牧性強(qiáng)弱是根據(jù)其地上和地下部分相互作用的結(jié)果，其中地上部分的株叢寬且大可以促進(jìn)黃花苜蓿的耐牧性，地下部分的根莖入土深度可以增強(qiáng)其耐牧性。黃花苜蓿的根莖寬度與其耐牧性強(qiáng)弱的顯著性相關(guān)程度最高。采用模擬放牧不會(huì)損傷地上黃花苜蓿的根莖部位。此外，無(wú)法通過(guò)模擬放牧來(lái)模擬牧場(chǎng)中牲畜殘留的唾液和糞便對(duì)植物的影響。近些年的研究表明，家畜采食過(guò)的黃花苜蓿的耐牧性要強(qiáng)于采用修剪方法處理過(guò)的黃花苜蓿。Delting等[27]認(rèn)為，當(dāng)黃花苜蓿處于模擬放牧條件下時(shí)，耐牧性強(qiáng)的黃花苜蓿葉片能保留充足的葉面積發(fā)生光合作用。王明濤等[28]的研究證明，采用最優(yōu)序列法評(píng)價(jià)呼倫貝爾黃花苜蓿耐牧性是可行的。戎郁萍等[29]綜述了耐牧型苜蓿的特點(diǎn)以及選育方法，為我國(guó)選育耐牧型黃花苜蓿新品種提供了理論指導(dǎo)。Bouton等[30]選用具有存活能力的優(yōu)良苜?；蛐头椒?，能代表不同基因型在脅迫過(guò)程中的放牧水平。

4 黃花苜蓿抗寒性研究

Schwab等[31]發(fā)現(xiàn)，黃花苜蓿的根頸與根越粗其抗寒性就越強(qiáng)。Heinrichs[32]通過(guò)選取 13 個(gè)栽培苜蓿品種的研究表明，苜蓿的根重與越冬成活率有關(guān)。但 Larson等[33]的研究表明，苜蓿根頸的重量與越冬時(shí)所受凍害程度相關(guān)，根頸越重品種的抗寒能力越弱，而且根重、根頸粗細(xì)與抗寒性無(wú)關(guān)。Antonio F.Monroy等[34]對(duì)黃花苜蓿的研究表明，鈣離子等在黃花苜?？购缘睦漶Z化過(guò)程中起了重要的作用。Sheaffer[35]指出,秋眠性是影響黃花苜?？购宰铒@著的特性，在寒冷地區(qū)需通過(guò)秋眠級(jí)數(shù)來(lái)測(cè)定不同黃花苜蓿品種的抗寒性，秋眠性強(qiáng)的品種越冬存活率高。Li-Li Zhang等[36]等比較了苜蓿對(duì)冷馴化和冷凍的響應(yīng)特性，并與豆科植物苜蓿的抗凍特性進(jìn)行了比較，結(jié)果在冷馴化過(guò)程中惡性麥芽腫幼苗對(duì)凍害的耐受性要好于樹(shù)根霉，惡性瘧原蟲(chóng)的成活率高于樹(shù)根霉，蔗糖和脯氨酸積累量最大,在惡性瘧原蟲(chóng)中積累更多的可溶性糖，再加上較高的CBF3和CAS轉(zhuǎn)錄水平，可能在提高惡性瘧原蟲(chóng)對(duì)凍害的耐受性方面發(fā)揮作用。Bender等[37]從134 種黃花苜蓿中發(fā)現(xiàn)都具有很強(qiáng)的抗寒能力。在對(duì)抗寒性的研究中，王俊杰等[1]在內(nèi)蒙古呼倫貝爾市對(duì)黃花苜蓿的研究結(jié)果表明,黃花苜蓿相比于紫花苜蓿更適應(yīng)在海拔高并且寒冷的地區(qū)生長(zhǎng)，抗寒性強(qiáng)于紫花苜蓿。梁慧敏[38]通過(guò)對(duì)比根蘗型苜蓿和直根苜蓿指出，根蘗型苜蓿比直根苜蓿抗寒性強(qiáng)。趙宇光等[39]指出，野生黃花苜蓿無(wú)論在哪個(gè)階段抗寒性都比紫花苜蓿強(qiáng)。劉英俊等[40]在呼倫貝爾市鄂溫克旗境內(nèi)、額爾古納市境內(nèi)和莫力達(dá)瓦旗境內(nèi)進(jìn)行的研究表明，呼倫貝爾黃花苜蓿的越冬性最好，莖葉比也是最高(達(dá)到48%)，莖葉比高說(shuō)明葉量豐富、品質(zhì)較高，因而黃花苜蓿的抗寒能力強(qiáng)[6]。胡日古都等[41]將黃花苜蓿MJDREB1和MfDREBls基因轉(zhuǎn)入模式植物煙草中,對(duì)其抗寒性進(jìn)行了初步鑒定，結(jié)果表明這兩種基因能促進(jìn)其抗寒性相關(guān)基因的表達(dá)，增強(qiáng)黃花苜蓿的抗寒能力。

5 黃花苜蓿抗旱性研究

McElgunn[42]通過(guò)對(duì)比黃花苜蓿和紫花苜蓿，表明在土壤溫度相同的條件下紫花苜蓿的水分利用大于黃花苜蓿。Rumbaugh[43]選用黃花苜蓿和紫花苜蓿及其雜交后代進(jìn)行抗旱性研究顯示，在室內(nèi)干旱環(huán)境條件脅迫下黃花苜蓿的存活率強(qiáng)于紫花苜蓿及其雜交后代。Wilton等[44]通過(guò)對(duì)比三種實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行引種試驗(yàn)的研究結(jié)果指出，黃花苜蓿的抗旱性強(qiáng)于百脈根和野豌豆。I.M.Zeid等[45]選用適量腐胺加入苜蓿中進(jìn)行研究的結(jié)果表明，加入腐胺的苜蓿在生長(zhǎng)速率、發(fā)芽率等方面都高于不加入的，抗旱能力也更強(qiáng)。黃花苜蓿的抗旱性一般要大于紫花苜蓿，但翁森紅等[46]采用7種豆科牧草在不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)其進(jìn)行干旱脅迫處理的結(jié)果表明，黃花苜蓿的抗旱性低于紫花苜蓿而高于其他所有材料。蘇日古嘎[47]的研究結(jié)果表明，干旱脅迫下黃花苜蓿葉片中可溶性糖含量、葉片DNA含量與葉片脯氨酸含量增加，葉片的SOD活性、POD活性增加；黃花苜蓿需通過(guò)調(diào)節(jié)葉片中可溶性糖來(lái)適應(yīng)干旱脅迫。王赫[48]的研究結(jié)果指出，在干旱脅迫下隨著脅迫強(qiáng)度的增加,幼苗的株高、根長(zhǎng)、分枝、根頸直徑、葉面積和生物量顯著下降, 相對(duì)葉面積、莖葉比顯著升高，葉片脯氨酸含量和電解質(zhì)外滲率顯著升高, 光合作用顯著下降；黃花苜蓿適宜在干旱、半干旱地區(qū)種植。呂世杰的研究[49]表明，黃花苜蓿的抗旱能力可以適宜的通過(guò)蒸騰速率、自然飽和虧等指標(biāo)來(lái)反映,日平均光合速率與黃花苜蓿的抗旱能力是最相關(guān)聯(lián)的。劉佳月等[50]以自主選育的黃花苜蓿和紫花苜蓿為研究材料，選用不同梯度的PEG進(jìn)行干旱脅迫，結(jié)果表明在種子萌發(fā)期黃花苜蓿的綜合抗旱性低于紫花苜蓿。王天佐等[51]選用兩個(gè)基因?qū)煞N苜蓿進(jìn)行基因表達(dá)分析，結(jié)果這兩個(gè)基因在黃花苜蓿中的表達(dá)更有助于增強(qiáng)其抗旱能力。朱新強(qiáng)等[52]選用四種苜蓿材料進(jìn)行的干旱脅迫研究結(jié)果表明，野生黃花苜蓿的抗旱能力最強(qiáng)。張洪江等[53]選用多種新疆牧草材料進(jìn)行干旱脅迫，研究表明豆科牧草中黃花苜蓿(塔城)的抗旱性最強(qiáng)。南麗麗等[54]選用不同根系類(lèi)型的苜蓿測(cè)定其抗旱性，結(jié)果根蘗型黃花苜蓿的抗旱性最強(qiáng)。

6 黃花苜蓿耐鹽性研究

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)野生黃花苜蓿耐鹽性的研究較少。M.Farissi等[55]指出，黃花苜蓿在種子萌發(fā)期和幼苗期的耐鹽性高于其他時(shí)期的敏感程度。Bsdtola等[56]在耐鹽苜蓿cDNA文庫(kù)發(fā)現(xiàn)一個(gè)編碼鋅指蛋白的基因——Alfinl，Alfinl與鹽誘導(dǎo)基因MsPRP2的啟動(dòng)子結(jié)合；采用基因工程技術(shù)已經(jīng)成為研究苜蓿耐鹽性的一種重要手段。Chaffdhary M T等[57]的研究表明，PAQ基因能夠有效提高黃花苜蓿的耐鹽能力。國(guó)內(nèi)目前對(duì)黃花苜蓿耐鹽性的研究很少，王俊杰等選取來(lái)自國(guó)內(nèi)外不同地區(qū)的34份野生黃花苜蓿材料，用不同濃度的NaCl溶液測(cè)定其發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、幼根生長(zhǎng)量、種苗高，結(jié)果表明黃花苜蓿中存在耐鹽性較強(qiáng)的種質(zhì)[1]。秦峰梅等[58]選取3種不同材料在不同鹽濃度脅迫下測(cè)定其發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等，結(jié)果黃花苜蓿耐鹽性較其他兩種材料要強(qiáng), 更適合在松嫩草地上種植。呂世杰[49]選擇國(guó)內(nèi)外不同地區(qū)的 34 份野生黃花苜蓿種群種子進(jìn)行鹽脅迫下的發(fā)芽試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)黃花苜蓿中可溶性糖的含量是影響其耐鹽能力的主要因子。田雨等[59]選取來(lái)自不同國(guó)家的7份黃花苜蓿材料比較其在不同濃度NaCl脅迫下的生長(zhǎng)特性，結(jié)果我國(guó)的錫盟黃花苜蓿品種耐鹽性較強(qiáng)。

7 展望

我國(guó)是黃花苜蓿的自然分布區(qū)之一，種質(zhì)資源非常豐富[60]。但是，我國(guó)對(duì)黃花苜蓿研究起步晚、發(fā)展慢，育成的品種少，育種進(jìn)程慢，生物技術(shù)的應(yīng)用較少，可利用的育種原始材料少[61]。今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)黃花苜蓿種質(zhì)資源的搜集和保護(hù)[62]，建立并不斷完善抗逆性指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，全面了解黃花苜蓿的抗逆機(jī)制，促進(jìn)常規(guī)育種與新技術(shù)結(jié)合，加強(qiáng)現(xiàn)代生物技術(shù)在黃花苜蓿育種中的應(yīng)用研究，縮短育種年限。對(duì)已有種質(zhì)材料進(jìn)行研究，篩選出具有優(yōu)良性狀的黃花苜蓿材料并進(jìn)行研究。積極開(kāi)展黃花苜蓿育種基礎(chǔ)理論研究,使育種工作更加扎實(shí)、高效。強(qiáng)化黃花苜蓿育種新技術(shù)的探索,加快優(yōu)良黃花苜蓿新品種的培育，增強(qiáng)苜蓿育種的科技力量。借鑒國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，爭(zhēng)取在較短時(shí)間內(nèi)縮小與國(guó)外的差距，以促進(jìn)我國(guó)人工草地建植與天然草地恢復(fù)進(jìn)程。