苜蓿根系形態學研究進展

范玉革

摘要：本文簡要介紹根形態和根構型的概念及根系形態的研究方法，總結了苜蓿根系研究中，在根系類型、根系特征、根系各形態指標與根系形態等方面的研究進展。對我國苜蓿根系構型的研究方向進行了探討。

關鍵詞：苜蓿；根系；形態；進展

中圖分類號：S541

文獻標識碼：B

文章編號：2095-9737（2018）08-0015-02

根系是植株與土壤環境連接的橋梁，是對土壤環境變化的首要感受器官，也是對養分吸收轉化的直接器官。土壤環境因子對根系的生長起著決定性的作用，如土壤質地、疏松程度及水分、養分含量均對根系有著不同程度的影響。但就植物自身屬性來說，其品種間也存在顯著的差異性。紫花苜蓿作為優質的多年生豆科牧草，不僅是優質的飼草，也由于其根系較為發達，根頸粗大，也是改土培肥，改善生態環境的首選草種。由于苜蓿蛋白含量的獨特性，使研究多集中于地上部分，尤其是產量和品質，也由于其根系取樣難度較大，致使對苜蓿地下部分的研究不足，但其生長發育狀況直接決定著產量的高低與品質的優劣。因此研究苜蓿根系生長狀況具有十分重要的現實意義。

1 根系形態學研究

1.1 根形態和根構型

根形態是指根系的表面特征，包括表皮、皮層、根尖、根毛、側根等的生長發育情況。根構型是指不同類型和級別的根在介質環境中構成的空間分布和結構。研究表明，各類根的根長、根重和吸收面積等指標在一定程度上能反映根系構型。

1.2 根系形態的研究方法

1.2.1 傳統方法

1.2.1.1 挖掘法

挖掘方法是研究根系最早的取樣方式，是利用挖根的工具（如鐵锨，鐵板等），以植株為中心，將帶有根系的整個植株直接從土壤中挖掘出來，之后對其進行沖洗，將泥土砂礫清洗干凈，并盡量使之保持原有的根系狀態，再進行相關指標的測量[1]。

1.2.1.2 土鉆法

土鉆法是用土鉆或根鉆，以植株為中心，徑向下壓，從而采集根系及土壤，之后對其進行沖洗，將泥土砂礫清洗干凈，篩選出所需根系進行相關指標的測量。此方法較為簡便，取樣速度快且對土壤的破壞力度較小，也可按照各層次的根進行分析測量[2]。

1.2.1.3 網袋法

網袋法是在植株定植前，可在其預設生長的地方埋入網袋，之后進行植株的種植，根據時間及目標將網袋取出帶回，對其進行沖洗，將泥土砂礫清洗干凈，獲得根系。此方法對根系的損傷較小，且不用破壞性取樣，較為便捷[3]。

1.2.1.4 圓筒法

圓筒法是用一根半徑5 cm長20 cm的鐵管磨利，以植株為圓心套插入土，切斷半徑5 cm以外的根，挖出植株，測量所需相關指標。此方法可結合生長環境，根據所測指標，選用不同規格的容器，便于掌握。

1.2.2 整根用水培（砂培）

傳統的水培方法，根系取樣完整快捷，但由于培養液中氧氣少，根系生長及發達程度與大田生長有較大的差異，地上部生長量小，產量低。現在已經出現了循環加氧調酸控養的群體水培技術，能顯著提高水培液中的氧氣濃度，穩定水培液的pH值（5.5），使根系生長良好，根系的發育情況一目了然，可對其進行實時監測，且可對其根系的生長情況模擬土壤，使其更接近田間栽培。

1.2.3 計算機輔助圖像分析系統

CI- 600根系監測系統是安裝于土壤中可實時監測根系生長發育狀況的監測系統，通過對根系的掃描，利用圖像分析法獲取根系形態相關指標的各項數據，由于對根系的損傷很小，可確保測量的精確性，與傳統的根系取樣方法比較，其省時、省工且精準度較高，并對生態環境起到一定的保護作用[4-5]。

WinR HIZO專業的根系分析系統是加拿大生產，也是近年來對根系形態和根構型研究中使用較為廣泛的儀器。可對根部的掃描圖像進行更為專業的分析，一次性可獲取大量的根系生長信息，如根系總長度、根尖數、根系平均直徑、根體積、根表面積等。與傳統的測量方法比較，其適用更為廣泛，不受根系生長性狀等因素的限制，省時、省工且精準度較高[6]。

2 根系形態學研究現狀

2.1 苜蓿根系類型

根系結構是決定植株生長機能的重要因素，根系的構型決定其生長發育狀況，從根系生長的幾何狀態也可解釋植株抗倒伏的能力，因此根構的研究意義重大。通常根據植株根構模型可分為垂直根型、水平根型、復合根型和一般根型。

苜蓿屬于多年生豆科牧草，從根系角度分析，它與禾本科牧草也有一定的區別，尤其是豆科牧草特有的根瘤特性。根據前人的研究，苜蓿的根系一般可分為4種類型：①直根型，主根粗壯，垂直與地面直立向下生長，并伴有側根的生長；②分枝根型，主根不唯一，且根頸粗大，并伴有不定枝的生長；③根頸型，在主根上可發育出較側根長的類似于根狀的莖，并伴有枝條的生長；④根蘗型，主根粗壯且伴有大量水平根的生長，在根蘗節的部分可萌發新芽并長成新的枝條，枝條的生長不受主根的影響。

2.2 苜蓿根系研究進展

苜蓿根系由主根和側根組成，其形態、構型和生物量與多種因素有關，如苜蓿品種、土壤養分、水分等因素，且在不同的生長發育階段根系表現也不盡相同。如在扎西的試驗中表明在質地黏重的土壤中，隨著土層深度的增加根系越來越少。牧草的根系主要集中在0～20 cm土層，但因牧草種類不同，根系的分布也不同，如苜蓿是多年生豆科牧草，其根系生長較快，且抗逆性較強，可廣泛種植于各種土壤，在播種當年其根深可達100 cm，且多集中于50 cm左右土層中，并隨著生長年限的延長，其根系可達6～8 m，甚至10 m以上，根系體積也較大。梁慧敏[7]的研究表明苜蓿的水平根量隨著種植密度的增加而減少，適宜的種植密度為25株/m2。潘幸來等[8]根據黃土高原苜蓿根系生長的構型特征，總結出根土結構定則及其表述模型，稱其生長的地勢地理決定了根系的生長分布及空間構型，而根系的生長發育狀況決定了產量的高低和品質的優劣，在此基礎上提出了鉆犁營養柱耕作法的設想。馬其東等[9]利用Viands方法對苜蓿根系的發育能力進行了評價，其發育能力強弱因品種不同而異。而孫啟忠等[10]對苜蓿根系的研究也表明品種間根和根頸差異顯著，且根重和根深也因品種和種植深度的不同而變化顯著，根重和根深會隨著播種期的提前和耕作深度的增加呈優勢生長。史紀安等[11]研究也在一定程度上支持了前者的觀點，且研究表明根系特性與產量呈一定的正相關。吳新衛等[12]研究表明苜蓿根系的生物量和主根直徑隨土壤深度的增加而逐漸減少，且根系生長發育在品種間有著顯著的不同，并通過聚類分析將苜蓿的根系發育能力分為三類。南麗麗等[13]研究也表明不同根型苜蓿的根系特性差異明顯。王海林等[14]通過對苜蓿根系的研究表明苜蓿不僅是優質的飼料，還可改土培肥，改善生態環境。

3 展望

根系是連接植株與生存環境最為直接的器官，可在第一時間感受到環境的變化，尤其對土壤水分及養分的變化最為明顯。尤其近年來肥料施用量的增加，養分利用率卻有所降低，使根系的研究備受矚目。充分挖掘根系功能的潛力，是提高肥料利用率的根本途徑，也是解決資源匱乏的重要方法。

雖然目前國內外學者已經對根系的生長發育、結構分布、外部形態、內部結構、生理機制及調控技術進行了大量研究，但作為飼料保障的優質蛋白牧草 紫花苜蓿的根系研究仍有大量空白，同時也與苜蓿為多年生牧草，其根系較為發達，取樣難度較大有關。但仍有發展空間，可通過以下方法：①對苜蓿理想根系構型的研究；②研究苜蓿根系形態構型性狀與營養元素之間的關系，使其直接為生產實踐服務；③進一步加大對苜蓿根系虛擬模型的研究。

參考文獻：

[1]黃瑞冬，植物根系研究方法的發展[J].沈陽農業大學學報，1991（2）：164-168.

[2]苗玉新，大田作物根系研究法概述[J].黑龍江農業科學，2005（3）：50-52.

[3]廖興其，根系研究方法評述[J].世界農業，1995（7）：23-24.

[4]顧東祥，湯亮，曹衛星，等，基于圖像分析方法的水稻根系形態特征指標的定量分析[J].作物學報，2010，36（5）：810 - 817.

[5]汪洪，金繼運，山內章，以盒維數法分形分析水稻根系形態特征及初探其與鋅吸收積累的關系[J].作物學報，2008，34（9）：1637- 1643.

[6]梁泉，廖紅，嚴小龍，植物根構型的定量分析[J].植物學報，2007， 24（6）：695-702.

[7]梁慧敏，曹致中，密度對根蘗型苜蓿根系的影響[J].草業學報，1996（4）：30-34.

[8]潘幸來，姚麥萍，黃土高原冬小麥及苜蓿的根系構形特征[J].麥類作物學報，1997（1）：32-35.

[9]馬其東，孟維國，不同苜蓿地方品種根系發育能力的評價與篩選[J].草業學報，1999（1）：42-49.

[10]孫啟忠，韓建國，桂榮，等，科爾沁沙地苜蓿根系和根頸特性[J].草地學報，2001，9（4）：269 276.

[11]史紀安，劉玉華，韓清芳，等，不同秋眠級數的紫花苜蓿品種根系發育能力研究[J].西北農業學報，2009，18（4）：149 154.

[12]吳新衛，韓清芳，賈志寬，不同苜蓿品種根頸和根系形態學特性比較及根系發育能力[J].西北農業學報，2007，16（2）：80-86.

[13]南麗麗，師尚禮，張建華，不同根型苜蓿根系發育能力研究[J].草業學報，2014：23（2）：117-124.

[14]王海林，公保才讓，高寒牧區栽培苜蓿根系的研究[J].草業與畜牧，2007（8）：7-10.