黃花苜蓿研究進展

周昕越，韓慧杰，劉葉飛，邱 銳，趙 彥

(內蒙古農業大學草原與資源環境學院/農業農村部飼草栽培、加工與高效利用重點實驗室/草地資源教育部重點實驗室，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、俄羅斯、中國北方等寒冷地區[2]。黃花苜蓿為旱中生植物,適應性較強，具有抗旱、耐寒、耐鹽堿、根系固氮等優良特性,是我國退化草地改良、人工草地建植的首選牧草。由于其適口性好、營養價值高，家畜喜食,是豆科牧草抗逆育種中重要的種質資源,具有極高的地位和重要的作用。在全球，豆科苜蓿屬種類植物有100余種，我國黃花苜蓿主要分布在內蒙古東部地區和新疆地區，經常出現集中連片式分布[3],是森林草原、草原帶的草甸群落的優勢種或主要伴生種,多見于山坡、溝谷及草原中，且集中分布在海拔600～2000m的砂質或砂壤質土壤。在低濕環境條件下分布較集中、生長茂盛，在干旱環境下也有分布，長勢良好，但由于其抗干旱、耐低溫、耐瘠薄等優良特點突出，適合于寒冷、干旱地區種植推廣[4]并廣泛引種栽培于世界各地。

1 植物學特征與生物學特性

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，長約為寬的2倍，先端具刺尖，邊緣上部有鋸齒，上面無毛，下面被貼伏毛；頂生小葉稍大。總狀花序密集，長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,木質化。千粒重0.9～1.8g。異花傳粉植物，染色體數目為16或32[5]，花期為6～8月。黃花苜蓿的花粉粒體積較大，表現出其抗逆性強、耐貧瘠的形態特征[6]。黃花苜蓿具有很強的抗逆性，營養價值高，可以用于放牧、土壤改良。野生黃花苜蓿種子具有硬實休眠特性，其種子萌發的適宜溫度為10～25℃，當溫度低于10℃或高于30℃時會抑制種子萌發[7]。不同區域的黃花苜蓿發芽率不同。野生黃花苜蓿還具有較強的光合作用能力，在放牧條件下仍能進行光合作用。發芽能力與根系入土深度有一定關系，主根深入可達2～3m,喜濕潤的土壤，隨著黃花苜蓿種子貯藏時間的延長，其種子休眠率逐漸降低[8]，貯藏時間達25個月時休眠率可降低到2%[9]。

2 黃花苜蓿再生性研究

目前，國內對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基進行原生質體培養，結果分化為完整的再生植株。馬海燕[11]以新牧1號、新疆大葉苜蓿和新疆野生黃花苜蓿為材料,研究了兩種誘導培養基對其生長的影響,以及增殖培養基中附加GSH和ABA對愈傷組織增殖、分化及再生的影響，結果表明增殖培養基附加GSH15mg/L有利于分化及植株再生;增殖培養基中附加GSH15mg/L+ABA3mg/L有利于提高新牧1號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果表明，黃花苜蓿試驗材料中個體之間組織培養再生性存在較大差異,苜蓿不同種質材料間的組培再生特性差異較大。伊風艷等[13]以黃花苜蓿為試驗材料，研究其愈傷組織誘導及分化培養條件，結果表明黃花苜蓿外植體中下胚軸誘導率和分化率最高。徐舶等[14]以呼倫貝爾黃花苜蓿為材料進行了花藥組織培養研究，并建立了花藥組培再生體系，結果表明液體懸浮培養基更適合于呼倫貝爾黃花苜蓿花藥愈傷組織的培養，獲得的再生植株經流式細胞儀鑒定單倍體比例高達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材料之間的很多生長情況也不同。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量，通過不同方法處理黃花苜蓿種子進行比較研究，結果在三年中效果最佳的是10%硫酸處理，4個處理都極顯著高于對照。孫啟忠[17]通過選用6個不同品種的苜蓿進行的研究表明，播期愈早莖稈的根頸形態愈粗,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則以5年生苜蓿為主,隨后逐漸呈現出下降的趨勢。劉震等[18]指出，刈割是黃花苜蓿利用的一種重要方式，適宜的刈割能促進黃花苜蓿的分枝和再生，從而提升產量和提高營養價值，不同品種之間的再生草存在顯著差異，再生草對黃花苜蓿全年干草產量貢獻大，而以第二茬再生草的貢獻率最大，因此重視再生草的利用是獲得全年高產、穩產的關鍵[19]。

3 黃花苜蓿耐牧性研究

目前國內有關于黃花苜蓿耐牧性研究很少，而國外對黃花苜蓿的耐牧性研究相對成熟，早在20世紀就已經開始研究其耐牧性，已培育出很多優良的耐牧品種[20]。國外的研究學者取得了大量的研究成果，Kaehne等[21]和Brummer等[22]對黃花苜蓿的研究結果表明，黃花苜蓿根頸大而寬，根頸上能產生較多的芽，并且根莖入土深的耐牧性更強。Lorenz等[23]認為，黃花苜蓿根頸下層芽多的耐牧性更強。Piskovastski等[24]認為，根莖入土深的黃花苜蓿植株其耐牧性更強。Leach等[25]認為，根頸出芽期晚的黃花苜蓿具有較強的耐牧性。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行光合作用，從而可以確保黃花苜蓿根部貯藏物質的積累，其耐牧性更強[26]。目前的研究結果表明，黃花苜蓿的耐牧性狀要比紫花苜蓿更加突出，兩者的耐牧機制也存在一定差異。當黃花苜蓿受到放牧脅迫時，需要通過消耗自身儲存的營養物質來提供其再生時所需的能量與物質。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弱是根據其地上和地下部分相互作用的結果，其中地上部分的株叢寬且大可以促進黃花苜蓿的耐牧性，地下部分的根莖入土深度可以增強其耐牧性。黃花苜蓿的根莖寬度與其耐牧性強弱的顯著性相關程度最高。采用模擬放牧不會損傷地上黃花苜蓿的根莖部位。此外，無法通過模擬放牧來模擬牧場中牲畜殘留的唾液和糞便對植物的影響。近些年的研究表明，家畜采食過的黃花苜蓿的耐牧性要強于采用修剪方法處理過的黃花苜蓿。Delting等[27]認為，當黃花苜蓿處于模擬放牧條件下時，耐牧性強的黃花苜蓿葉片能保留充足的葉面積發生光合作用。王明濤等[28]的研究證明，采用最優序列法評價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以及選育方法，為我國選育耐牧型黃花苜蓿新品種提供了理論指導。Bouton等[30]選用具有存活能力的優良苜蓿基因型方法，能代表不同基因型在脅迫過程中的放牧水平。

4 黃花苜蓿抗寒性研究

Schwab等[31]發現，黃花苜蓿的根頸與根越粗其抗寒性就越強。Heinrichs[32]通過選取 13 個栽培苜蓿品種的研究表明，苜蓿的根重與越冬成活率有關。但 Larson等[33]的研究表明，苜蓿根頸的重量與越冬時所受凍害程度相關，根頸越重品種的抗寒能力越弱，而且根重、根頸粗細與抗寒性無關。Antonio F.Monroy等[34]對黃花苜蓿的研究表明，鈣離子等在黃花苜蓿抗寒性的冷馴化過程中起了重要的作用。Sheaffer[35]指出,秋眠性是影響黃花苜蓿抗寒性最顯著的特性，在寒冷地區需通過秋眠級數來測定不同黃花苜蓿品種的抗寒性，秋眠性強的品種越冬存活率高。Li-Li Zhang等[36]等比較了苜蓿對冷馴化和冷凍的響應特性，并與豆科植物苜蓿的抗凍特性進行了比較，結果在冷馴化過程中惡性麥芽腫幼苗對凍害的耐受性要好于樹根霉，惡性瘧原蟲的成活率高于樹根霉，蔗糖和脯氨酸積累量最大,在惡性瘧原蟲中積累更多的可溶性糖，再加上較高的CBF3和CAS轉錄水平，可能在提高惡性瘧原蟲對凍害的耐受性方面發揮作用。Bender等[37]從134 種黃花苜蓿中發現都具有很強的抗寒能力。在對抗寒性的研究中，王俊杰等[1]在內蒙古呼倫貝爾市對黃花苜蓿的研究結果表明,黃花苜蓿相比于紫花苜蓿更適應在海拔高并且寒冷的地區生長，抗寒性強于紫花苜蓿。梁慧敏[38]通過對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。趙宇光等[39]指出，野生黃花苜蓿無論在哪個階段抗寒性都比紫花苜蓿強。劉英俊等[40]在呼倫貝爾市鄂溫克旗境內、額爾古納市境內和莫力達瓦旗境內進行的研究表明，呼倫貝爾黃花苜蓿的越冬性最好，莖葉比也是最高(達到48%)，莖葉比高說明葉量豐富、品質較高，因而黃花苜蓿的抗寒能力強[6]。胡日古都等[41]將黃花苜蓿MJDREB1和MfDREBls基因轉入模式植物煙草中,對其抗寒性進行了初步鑒定，結果表明這兩種基因能促進其抗寒性相關基因的表達，增強黃花苜蓿的抗寒能力。

5 黃花苜蓿抗旱性研究

McElgunn[42]通過對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行抗旱性研究顯示，在室內干旱環境條件脅迫下黃花苜蓿的存活率強于紫花苜蓿及其雜交后代。Wilton等[44]通過對比三種實驗材料進行引種試驗的研究結果指出，黃花苜蓿的抗旱性強于百脈根和野豌豆。I.M.Zeid等[45]選用適量腐胺加入苜蓿中進行研究的結果表明，加入腐胺的苜蓿在生長速率、發芽率等方面都高于不加入的，抗旱能力也更強。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時期對其進行干旱脅迫處理的結果表明，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；黃花苜蓿需通過調節葉片中可溶性糖來適應干旱脅迫。王赫[48]的研究結果指出，在干旱脅迫下隨著脅迫強度的增加,幼苗的株高、根長、分枝、根頸直徑、葉面積和生物量顯著下降, 相對葉面積、莖葉比顯著升高，葉片脯氨酸含量和電解質外滲率顯著升高, 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蒸騰速率、自然飽和虧等指標來反映,日平均光合速率與黃花苜蓿的抗旱能力是最相關聯的。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進行干旱脅迫，結果表明在種子萌發期黃花苜蓿的綜合抗旱性低于紫花苜蓿。王天佐等[51]選用兩個基因對兩種苜蓿進行基因表達分析，結果這兩個基因在黃花苜蓿中的表達更有助于增強其抗旱能力。朱新強等[52]選用四種苜蓿材料進行的干旱脅迫研究結果表明，野生黃花苜蓿的抗旱能力最強。張洪江等[53]選用多種新疆牧草材料進行干旱脅迫，研究表明豆科牧草中黃花苜蓿(塔城)的抗旱性最強。南麗麗等[54]選用不同根系類型的苜蓿測定其抗旱性，結果根蘗型黃花苜蓿的抗旱性最強。

6 黃花苜蓿耐鹽性研究

目前，國內外對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期和幼苗期的耐鹽性高于其他時期的敏感程度。Bsdtola等[56]在耐鹽苜蓿cDNA文庫發現一個編碼鋅指蛋白的基因——Alfinl，Alfinl與鹽誘導基因MsPRP2的啟動子結合；采用基因工程技術已經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。國內目前對黃花苜蓿耐鹽性的研究很少，王俊杰等選取來自國內外不同地區的34份野生黃花苜蓿材料，用不同濃度的NaCl溶液測定其發芽率、發芽勢、幼根生長量、種苗高，結果表明黃花苜蓿中存在耐鹽性較強的種質[1]。秦峰梅等[58]選取3種不同材料在不同鹽濃度脅迫下測定其發芽率、發芽指數等，結果黃花苜蓿耐鹽性較其他兩種材料要強, 更適合在松嫩草地上種植。呂世杰[49]選擇國內外不同地區的 34 份野生黃花苜蓿種群種子進行鹽脅迫下的發芽試驗，結果發現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]選取來自不同國家的7份黃花苜蓿材料比較其在不同濃度NaCl脅迫下的生長特性，結果我國的錫盟黃花苜蓿品種耐鹽性較強。

7 展望

我國是黃花苜蓿的自然分布區之一，種質資源非常豐富[60]。但是，我國對黃花苜蓿研究起步晚、發展慢，育成的品種少，育種進程慢，生物技術的應用較少，可利用的育種原始材料少[61]。今后應加強對黃花苜蓿種質資源的搜集和保護[62]，建立并不斷完善抗逆性指標評價體系，全面了解黃花苜蓿的抗逆機制，促進常規育種與新技術結合，加強現代生物技術在黃花苜蓿育種中的應用研究，縮短育種年限。對已有種質材料進行研究，篩選出具有優良性狀的黃花苜蓿材料并進行研究。積極開展黃花苜蓿育種基礎理論研究,使育種工作更加扎實、高效。強化黃花苜蓿育種新技術的探索,加快優良黃花苜蓿新品種的培育，增強苜蓿育種的科技力量。借鑒國外發達國家的經驗，爭取在較短時間內縮小與國外的差距，以促進我國人工草地建植與天然草地恢復進程。