紫花苜蓿品种根部特性与持久性和生物量的关系

彭岚清，李欣勇，齐晓，岳彦红，范树高，李树成,王彦荣*

(1.草地农业生态系统国家重点实验室 兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020；2.全国畜牧总站 全国草品种审定委员会办公室，北京 100125)

紫花苜蓿(Medicagosativa)，多年生豆科牧草，原产于伊朗，适口性好，经济价值高，享有“牧草之王”的美称[1]，在促进草地畜牧业持续发展中有着不可替代的作用[2-3]。甘肃是我国五大牧区之一，紫花苜蓿的种植面积占全国的37%，位居全国第1位[4]。据统计，截止到2006年12月，通过我国牧草品种审定委员会审定登记的苜蓿品种共56个[5]。但是在甘肃大面积推广种植的紫花苜蓿品种却很少。因此，如何从这些苜蓿品种中筛选出适合甘肃推广种植的优质品种,成为我们面临的首要问题。

高产和持久性是苜蓿生产利用的主要目标[6],但其在品种间存在较大差异[7-8]。因此，筛选品种时，产量和持久性是首要考虑的评价要素，尤其是持久性，它对苜蓿的生态和经济效益都有着重要作用。多年来，国内外对苜蓿生产及生理的研究很多[9-19]，但是对其持久性的研究较少。洪绂曾等[17]通过用逐年定点产草量作为测定持久性性能的指标，Hendrickson和Berdahl[18]则采用了密度变化(生存率)评判紫花苜蓿品种间的持久性，而澳大利亚国际农业研究中心则利用苜蓿建植过程中间隙数的变化计算持久性[19]。但是以上研究都是苜蓿地上部分与持久性的关系，地下部分与持久性的关系却未见报道。

根系是植物吸收、转化和储藏养分的重要器官，它的生长发育状况直接影响地上生物量[20]。同时根茎也是产生枝条的重要部位[21-22]，直接影响苜蓿生产性能和可持久性利用[23,21]，如再生性[24]、耐寒性[25-26]、抗旱性[27-28]和抗病性[29]等。鉴于此，本研究通过对10个苜蓿品种第10年的根部特性测定，研究不同品种间的根部特性差异，以及不同品种间的根部特性与持久性和生物量的关系，以期为更好地筛选优良的苜蓿品种提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验是在兰州大学草地农业科技学院与澳大利亚国际农业研究中心(ACIAR)合作项目(ASI-1998026)试验地进行。试验地位于兰州大学草地农业科技学院张掖试验站(甘肃省张掖市)，E 100°15′，N 39°06′， 海拔1410m、年降水量121 mm、年蒸发量4200 mm，年日照时数3051 h，无霜期170 d，年均温7.1℃，≥0℃年积温为3470℃，相对湿度47%，年热辐射6000 MJ/m2，土壤类型为沙壤土，pH 6.5～7.0。

试验地于2001年8月进行人工条播，每小区3行，播种行距为30 cm，每行长为450 cm，小区面积4.5 m×1.0 m，每份种质3次重复，随机排列，播种量均为11 kg/hm2。

1.2 供试材料

供试的10个紫花苜蓿品种名称及来源见表1。

1.3 测定项目

以下项目均于2011年6-10月在试验站进行测定。

垂直根系采用挖土块法[30]：为了避免边际效应，在试验地每个小区中部取样，挖取100 cm(长)×50 cm(宽)×60 cm(深)土块，作为试验样方，每份种质3个重复，共30个样方。

根茎和根系形态用Marquez-Ortiz等[21]的方法和Johnson等[23]的方法。

表1 供试苜蓿品种来源Table 1 List of 10 M. sativa germplasm in this study

GRI: 中国农科院草原所 Institute of Grassland Research of Chinese Academy of Agricultural Sciences；CPAST: 兰州大学草地农业科技学院 College of Pastoral Agriculture Science and Technology；SFI/SAAS: 山东农业科学院土壤肥料所 Soil and Fertilizer Institute, Shandong Academy of Agricultural Sciences； GAU: 甘肃农业大学 Gansu Agricultural University；SARDI: 澳大利亚南澳研究与发展研究所 South Australia Research and Development Institute.

1)根茎形态

根茎入土深度：从地表到根茎上端；根茎直径：主根和根茎连接处的直径；根茎分枝：从根茎直接长出的分枝；分枝直径：所有一级分枝的平均直径；根茎重量：整个根茎的重量。

2)根系形态

主根直径：根茎以下5 cm处的直径；侧根数：从主根长出的一级侧根, 直径≥0.20 cm；侧根直径：靠近主根处侧根的直径；侧根重量：根茎下端10 cm长主根段上的所有侧根重量；主根重量：根茎下端10 cm长主根段的重量。

草产量测定：初花期后刈割，留茬5 cm左右，测定各品种每小区鲜草产量，然后分别取样(500.0±0.5) g(精确到0.1 g), 置于纸袋内在105℃烘箱中杀青30 min，之后在80℃恒温条件下烘至恒重，测定干草产量。

持久性测定公式[31]：持久性=(实际测量的样线总长/15 cm-测定当年间隙数)/(实际测量的样线总长/15 cm-建植当年间隙数)×100%。其中，15 cm是间隙测定尺的长度，为固定的常数；样线总长为测定的行长乘以重复数，本实验具体为450 cm×3=1350 cm。测定时以株间距大于等于15 cm作为1个间隙计。在返青或刈割后10 d左右测定。

1.4 数据分析

采用SPSS 17.0软件进行数据统计分析，对根部特性指标用ANOVA进行方差分析，用Duncan法进行多重比较。用简单线性相关分析方法进行根部特性与持久性和生物量的相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种间根系特征

供试苜蓿品种间根系特性差异显著(表2)，新疆大叶、公农1号主根直径较大，分别为19.41和19.72 mm，显著高于Eureka、Jindera的主根直径(P<0.05)，其余品种差异不明显。新疆大叶主根最重，为21.54 g，公农1号次之，与Eureka、Jindera、Super 7这3个品种主根重量有显著差异(P<0.05)，其中Jindera最低，为6.40 g，其余苜蓿主根重量品种间差异不明显。新疆大叶的侧根数、侧根直径、侧根重量均为最大。除了Eureka以外，Super 7、Jindera、L33的侧根数均显著(P<0.05)低于其他品种。Super 7的侧根直径最小，但较其他品种无明显差异(P>0.05)，各品种的侧根直径均在1.89～3.29 mm之间。Jindera的侧根重量最低，为0.31 g，Eureka其次，显著(P<0.05)低于新疆大叶、公农1号。

2.2 不同品种间根茎特征

供试苜蓿品种间根茎特性差异明显(表3)，新疆大叶根茎直径最粗(22.90 mm)、根茎重量最重(30.01 g)。Jindera根茎直径最细(12.80 mm)，Super 7、Eureka次之，这3个品种根茎直径显著低于其他品种(P<0.05)。根茎重量可以分为2个级别，Jindera、Super 7、Eureka、L33根茎重量较轻，其中Jindera最轻(4.87 g)，其他品种根茎重量在20～30 g之间。供试品种的入土深度在3.2～4.1 cm，各品种间无明显差异(P>0.05)。公农1号的分枝数最多，为8.3个，显著高于Jindera、Super 7(P<0.05)。美国大叶分枝直径最大，为10.16 mm，新疆大叶次之(9.78 mm)，Jindera的分枝数和分枝直径均为最小，分别为4.2个和5.92 mm，其余品种居中。

表2 品种间根系特性Table 2 The root characters in different alfalfa cultivars

注：各参数品种间标有不同字母者表示5%水平差异显著，下同。

Note： Different letters between the varieties for each parameter show significant difference at 5% level, the same below.

表3 品种间根茎特性Table 3 The crown characteristics of different alfalfa cultivars

2.3 不同品种苜蓿生物量和持久性的差异

供试品种间地上、地下干重及持久性差异明显(表4)，Jindera地下干重最轻(683 g/m2)，Super 7次之(765 g/m2)，显著低于其他品种(P<0.05)，新疆大叶的地下干重最重(1508 g/m2)，其余苜蓿品种地下干重均在1000 g/m2以上。新疆大叶的地上干重也为最重(1003 g/m2)，工农1号、Ranbule次之，显著高于(P<0.05)其他品种苜蓿。供试苜蓿品种的持久性大致可以分为4组，工农1号、新疆大叶、Ranbule持久性较高，工农1号、SD-006、美国大叶居中，Eureka、Jindera、L33持久性较低，Super 7持久性最差，均差异显著(P<0.05)。

2.4 根部特性与持久性的关系

根系作为运输养分和水分的重要器官，直接影响苜蓿的持久性利用[21,23]。从表5中可以看出，根系各指均与持久性呈正相关。其中，主根重量、侧根数、根茎直径、根茎重量、入土深、分枝数均与持久性极显著相关(P<0.01)；主根直径、侧根直径与持久性显著相关(P<0.05)；而侧根重量、分枝直径与持久性不相关(P>0.05)。

表4 品种间生物量和持久性Table 4 Biomass and persistence in different alfalfa cultivars

2.5 根部特性与生物量的关系

苜蓿根系与其地上部分生长的协调与否，可以直观地反映苜蓿的生长状况。根部各指标中均与地上生物量呈正相关(表5)。其中，地上生物量与主根直径、主根重量、侧根重量、侧根数、根茎直径、根茎重量相关性均达到极显著水平(P<0.01)；地上生物量与侧根直径、分枝数达到显著相关(P<0.05)；而与入土深、分枝直径不相关(P>0.05)。

苜蓿根系和地下生物量的相关性较其与地上生物量的相关性略有不同，在根系各指标中，地下生物量不仅与主根直径、主根重量、侧根重量、侧根数、根茎直径、根茎重量相关性均达到极显著水平(P<0.01)，而且与分枝数和分枝直径也达到极显著相关(P<0.01)，与入土深不相关(P>0.05)。

表5 苜蓿持久性和生物量与根系各指标相关性Table 5 The correlation analysis of root morphology with persistence and biomass

*和**分别表示在0.05和0.01水平显著相关。

*and** is significant correlated at the 0.05 and 0.01 level, respectively.

3 讨论

以往研究认为，苜蓿不同品种间的根部特性有明显的差异[21-24]，这一结论也在本实验中得到了证实(表2，表3)。不同品种苜蓿的主根直径、主根重量、侧根数、侧根重量、根茎直径、根茎重量均表现出明显的差异，其中新疆大叶和公农1号主根和根茎粗壮，侧根数多。Super 7、Jindera、Eureka主根和根茎细小，侧根数少，与上述的2个苜蓿品种间有明显的差异。L33、美国大叶、SD-006、甘农1号、Ranbule这5个品种苜蓿根系特性居中，差异并不显著。

持久性是苜蓿品种选育的重要指标。供试苜蓿品种的持久性与侧根数、根茎直径、根茎重量、主根重量、入土深、分枝数均呈极显著正相关；与主根直径、侧根直径显著正相关；而与侧根重量、分枝直径不相关。实验得出，侧根数与持久性的相关系数最高，侧根数量越多，根系体积和表面积相对越大，根系吸收水分，养分和微量元素的能力就越大[31-32]，这样就更利于苜蓿的生长及持久性利用。根茎直径与根茎重量对苜蓿持久性影响也很重要，这也进一步验证了“根茎作为产生枝条的重要部位，直接影响苜蓿的生产性能和持久性利用[21]”这一理论。因此，对于选育持久性强的苜蓿品种，根系尤其是根茎的健壮程度以及侧根数量是重要的参考指标，侧根数越多、根茎主根越粗壮的苜蓿品种持久性越强。

供试苜蓿品种的地上生物量与主根直径、主根重量、侧根重量、侧根数、根茎直径、根茎重量均达到极显著正相关，与侧根直径、分枝数达到显著正相关，与入土深、分枝直径不相关。苜蓿根系作为吸收、转化和储藏养分的器官，其生长发育状况直接影响地上生物量[20]。上述结果也进一步证明了，作为根系的主要组成部分，主根越粗壮苜蓿的地上生物量就越高。侧根的数量与粗壮程度对地上生物量也有着重要的影响。根茎作为连接地上、地下部位的枢纽，对水分，养分和微量元素的运输起着重要作用，并且根茎是产生枝条的重要部位，根茎越健壮，苜蓿的地上生物量越高。

联系生产实践，高产和持久性是紫花苜蓿生产利用的主要目标。由于紫花苜蓿的草产量和持久性在品种间存在较大差异[7-8]，因此引进品种时，产量和持久性是首要考虑的评价要素，它们直接关系到紫花苜蓿的经济价值和利用年限。综合上述3点，选择根系粗壮的紫花苜蓿品种，即新疆大叶和公农1号这2个紫花苜蓿品种，作为草产量和持久性高的优良品种在甘肃推广种植。由表4也可以看出，新疆大叶的草产量和持久性分别居于供试苜蓿品种的第1位和第3位，而公农1号草产量和持久性分别居于供试苜蓿品种的第2位和第1位，这也进一步证明了主根根茎粗壮，侧根数多的紫花苜蓿品种即为高产、持久性高的紫花苜蓿品种的结论。