黄花苜蓿研究进展

周昕越，韩慧杰，刘叶飞，邱 锐，赵 彦

(内蒙古农业大学草原与资源环境学院/农业农村部饲草栽培、加工与高效利用重点实验室/草地资源教育部重点实验室，呼和浩特 010018)

黄花苜蓿(MedicagofalcataL.)别名镰荚苜蓿、野苜蓿,是多年生苜蓿属豆科牧草[1]，广泛分布于蒙古国、俄罗斯、中国北方等寒冷地区[2]。黄花苜蓿为旱中生植物,适应性较强，具有抗旱、耐寒、耐盐碱、根系固氮等优良特性,是我国退化草地改良、人工草地建植的首选牧草。由于其适口性好、营养价值高，家畜喜食,是豆科牧草抗逆育种中重要的种质资源,具有极高的地位和重要的作用。在全球，豆科苜蓿属种类植物有100余种，我国黄花苜蓿主要分布在内蒙古东部地区和新疆地区，经常出现集中连片式分布[3],是森林草原、草原带的草甸群落的优势种或主要伴生种,多见于山坡、沟谷及草原中，且集中分布在海拔600～2000m的砂质或砂壤质土壤。在低湿环境条件下分布较集中、生长茂盛，在干旱环境下也有分布，长势良好，但由于其抗干旱、耐低温、耐瘠薄等优良特点突出，适合于寒冷、干旱地区种植推广[4]并广泛引种栽培于世界各地。

1 植物学特征与生物学特性

黄花苜蓿为多年生草本植物，茎呈平卧或斜升，高40～120cm,分枝较多。叶为羽状三出复叶；小叶倒卵形、倒披针形或矩圆状卵形，具小刺尖，托叶披针形，长约为宽的2倍，先端具刺尖，边缘上部有锯齿，上面无毛，下面被贴伏毛；顶生小叶稍大。总状花序密集，长1～2cm；花萼钟状，密披柔毛；花冠黄色，荚果呈镰刀形，具贴伏毛；种子为卵状椭圆形，有种子2～4粒，黄棕色或紫棕色；胚根处突起，根粗壮,木质化。千粒重0.9～1.8g。异花传粉植物，染色体数目为16或32[5]，花期为6～8月。黄花苜蓿的花粉粒体积较大，表现出其抗逆性强、耐贫瘠的形态特征[6]。黄花苜蓿具有很强的抗逆性，营养价值高，可以用于放牧、土壤改良。野生黄花苜蓿种子具有硬实休眠特性，其种子萌发的适宜温度为10～25℃，当温度低于10℃或高于30℃时会抑制种子萌发[7]。不同区域的黄花苜蓿发芽率不同。野生黄花苜蓿还具有较强的光合作用能力，在放牧条件下仍能进行光合作用。发芽能力与根系入土深度有一定关系，主根深入可达2～3m,喜湿润的土壤，随着黄花苜蓿种子贮藏时间的延长，其种子休眠率逐渐降低[8]，贮藏时间达25个月时休眠率可降低到2%[9]。

2 黄花苜蓿再生性研究

目前，国内对野生黄花苜蓿再生体系研究较少，并且再生体系效率低。白静仁等[10]采用野生黄花苜蓿叶片选用改良后的培养基进行原生质体培养，结果分化为完整的再生植株。马海燕[11]以新牧1号、新疆大叶苜蓿和新疆野生黄花苜蓿为材料,研究了两种诱导培养基对其生长的影响,以及增殖培养基中附加GSH和ABA对愈伤组织增殖、分化及再生的影响，结果表明增殖培养基附加GSH15mg/L有利于分化及植株再生;增殖培养基中附加GSH15mg/L+ABA3mg/L有利于提高新牧1号和新疆大叶苜蓿体胚分化能力,附加GSH15mg/L+ABA6mg/L有利于新疆野生黄花苜蓿体胚分化频率。侯永霞[12]以呼伦贝尔野生黄花苜蓿为材料的研究结果表明，黄花苜蓿试验材料中个体之间组织培养再生性存在较大差异,苜蓿不同种质材料间的组培再生特性差异较大。伊风艳等[13]以黄花苜蓿为试验材料，研究其愈伤组织诱导及分化培养条件，结果表明黄花苜蓿外植体中下胚轴诱导率和分化率最高。徐舶等[14]以呼伦贝尔黄花苜蓿为材料进行了花药组织培养研究，并建立了花药组培再生体系，结果表明液体悬浮培养基更适合于呼伦贝尔黄花苜蓿花药愈伤组织的培养，获得的再生植株经流式细胞仪鉴定单倍体比例高达27%；黄花苜蓿的再生性与紫花苜蓿不同，而且不同地理分布下的黄花苜蓿种质材料之间的很多生长情况也不同。李娟等[15]选用新疆野生黄花苜蓿种子研究建立了一套高效的再生体系。王玉珍等[16]为提高黄花苜蓿种子产量，通过不同方法处理黄花苜蓿种子进行比较研究，结果在三年中效果最佳的是10%硫酸处理，4个处理都极显著高于对照。孙启忠[17]通过选用6个不同品种的苜蓿进行的研究表明，播期愈早茎秆的根颈形态愈粗,根重愈高,分枝也愈多,而晚播则有所下降；随着苜蓿根颈生长年限的延伸而增加,根颈也随之逐渐增粗,但是根颈的分枝次数则以5年生苜蓿为主,随后逐渐呈现出下降的趋势。刘震等[18]指出，刈割是黄花苜蓿利用的一种重要方式，适宜的刈割能促进黄花苜蓿的分枝和再生，从而提升产量和提高营养价值，不同品种之间的再生草存在显著差异，再生草对黄花苜蓿全年干草产量贡献大，而以第二茬再生草的贡献率最大，因此重视再生草的利用是获得全年高产、稳产的关键[19]。

3 黄花苜蓿耐牧性研究

目前国内有关于黄花苜蓿耐牧性研究很少，而国外对黄花苜蓿的耐牧性研究相对成熟，早在20世纪就已经开始研究其耐牧性，已培育出很多优良的耐牧品种[20]。国外的研究学者取得了大量的研究成果，Kaehne等[21]和Brummer等[22]对黄花苜蓿的研究结果表明，黄花苜蓿根颈大而宽，根颈上能产生较多的芽，并且根茎入土深的耐牧性更强。Lorenz等[23]认为，黄花苜蓿根颈下层芽多的耐牧性更强。Piskovastski等[24]认为，根茎入土深的黄花苜蓿植株其耐牧性更强。Leach等[25]认为，根颈出芽期晚的黄花苜蓿具有较强的耐牧性。此外，还有大量的研究指出，在放牧条件下仍然能够保持足够的叶面积进行光合作用，从而可以确保黄花苜蓿根部贮藏物质的积累，其耐牧性更强[26]。目前的研究结果表明，黄花苜蓿的耐牧性状要比紫花苜蓿更加突出，两者的耐牧机制也存在一定差异。当黄花苜蓿受到放牧胁迫时，需要通过消耗自身储存的营养物质来提供其再生时所需的能量与物质。黄花苜蓿的耐牧性研究，前期主要采用模拟放牧和放牧干扰两种方法；黄花苜蓿的耐牧性强弱是根据其地上和地下部分相互作用的结果，其中地上部分的株丛宽且大可以促进黄花苜蓿的耐牧性，地下部分的根茎入土深度可以增强其耐牧性。黄花苜蓿的根茎宽度与其耐牧性强弱的显著性相关程度最高。采用模拟放牧不会损伤地上黄花苜蓿的根茎部位。此外，无法通过模拟放牧来模拟牧场中牲畜残留的唾液和粪便对植物的影响。近些年的研究表明，家畜采食过的黄花苜蓿的耐牧性要强于采用修剪方法处理过的黄花苜蓿。Delting等[27]认为，当黄花苜蓿处于模拟放牧条件下时，耐牧性强的黄花苜蓿叶片能保留充足的叶面积发生光合作用。王明涛等[28]的研究证明，采用最优序列法评价呼伦贝尔黄花苜蓿耐牧性是可行的。戎郁萍等[29]综述了耐牧型苜蓿的特点以及选育方法，为我国选育耐牧型黄花苜蓿新品种提供了理论指导。Bouton等[30]选用具有存活能力的优良苜蓿基因型方法，能代表不同基因型在胁迫过程中的放牧水平。

4 黄花苜蓿抗寒性研究

Schwab等[31]发现，黄花苜蓿的根颈与根越粗其抗寒性就越强。Heinrichs[32]通过选取 13 个栽培苜蓿品种的研究表明，苜蓿的根重与越冬成活率有关。但 Larson等[33]的研究表明，苜蓿根颈的重量与越冬时所受冻害程度相关，根颈越重品种的抗寒能力越弱，而且根重、根颈粗细与抗寒性无关。Antonio F.Monroy等[34]对黄花苜蓿的研究表明，钙离子等在黄花苜蓿抗寒性的冷驯化过程中起了重要的作用。Sheaffer[35]指出,秋眠性是影响黄花苜蓿抗寒性最显著的特性，在寒冷地区需通过秋眠级数来测定不同黄花苜蓿品种的抗寒性，秋眠性强的品种越冬存活率高。Li-Li Zhang等[36]等比较了苜蓿对冷驯化和冷冻的响应特性，并与豆科植物苜蓿的抗冻特性进行了比较，结果在冷驯化过程中恶性麦芽肿幼苗对冻害的耐受性要好于树根霉，恶性疟原虫的成活率高于树根霉，蔗糖和脯氨酸积累量最大,在恶性疟原虫中积累更多的可溶性糖，再加上较高的CBF3和CAS转录水平，可能在提高恶性疟原虫对冻害的耐受性方面发挥作用。Bender等[37]从134 种黄花苜蓿中发现都具有很强的抗寒能力。在对抗寒性的研究中，王俊杰等[1]在内蒙古呼伦贝尔市对黄花苜蓿的研究结果表明,黄花苜蓿相比于紫花苜蓿更适应在海拔高并且寒冷的地区生长，抗寒性强于紫花苜蓿。梁慧敏[38]通过对比根蘖型苜蓿和直根苜蓿指出，根蘖型苜蓿比直根苜蓿抗寒性强。赵宇光等[39]指出，野生黄花苜蓿无论在哪个阶段抗寒性都比紫花苜蓿强。刘英俊等[40]在呼伦贝尔市鄂温克旗境内、额尔古纳市境内和莫力达瓦旗境内进行的研究表明，呼伦贝尔黄花苜蓿的越冬性最好，茎叶比也是最高(达到48%)，茎叶比高说明叶量丰富、品质较高，因而黄花苜蓿的抗寒能力强[6]。胡日古都等[41]将黄花苜蓿MJDREB1和MfDREBls基因转入模式植物烟草中,对其抗寒性进行了初步鉴定，结果表明这两种基因能促进其抗寒性相关基因的表达，增强黄花苜蓿的抗寒能力。

5 黄花苜蓿抗旱性研究

McElgunn[42]通过对比黄花苜蓿和紫花苜蓿，表明在土壤温度相同的条件下紫花苜蓿的水分利用大于黄花苜蓿。Rumbaugh[43]选用黄花苜蓿和紫花苜蓿及其杂交后代进行抗旱性研究显示，在室内干旱环境条件胁迫下黄花苜蓿的存活率强于紫花苜蓿及其杂交后代。Wilton等[44]通过对比三种实验材料进行引种试验的研究结果指出，黄花苜蓿的抗旱性强于百脉根和野豌豆。I.M.Zeid等[45]选用适量腐胺加入苜蓿中进行研究的结果表明，加入腐胺的苜蓿在生长速率、发芽率等方面都高于不加入的，抗旱能力也更强。黄花苜蓿的抗旱性一般要大于紫花苜蓿，但翁森红等[46]采用7种豆科牧草在不同生长时期对其进行干旱胁迫处理的结果表明，黄花苜蓿的抗旱性低于紫花苜蓿而高于其他所有材料。苏日古嘎[47]的研究结果表明，干旱胁迫下黄花苜蓿叶片中可溶性糖含量、叶片DNA含量与叶片脯氨酸含量增加，叶片的SOD活性、POD活性增加；黄花苜蓿需通过调节叶片中可溶性糖来适应干旱胁迫。王赫[48]的研究结果指出，在干旱胁迫下随着胁迫强度的增加,幼苗的株高、根长、分枝、根颈直径、叶面积和生物量显著下降, 相对叶面积、茎叶比显著升高，叶片脯氨酸含量和电解质外渗率显著升高, 光合作用显著下降；黄花苜蓿适宜在干旱、半干旱地区种植。吕世杰的研究[49]表明，黄花苜蓿的抗旱能力可以适宜的通过蒸腾速率、自然饱和亏等指标来反映,日平均光合速率与黄花苜蓿的抗旱能力是最相关联的。刘佳月等[50]以自主选育的黄花苜蓿和紫花苜蓿为研究材料，选用不同梯度的PEG进行干旱胁迫，结果表明在种子萌发期黄花苜蓿的综合抗旱性低于紫花苜蓿。王天佐等[51]选用两个基因对两种苜蓿进行基因表达分析，结果这两个基因在黄花苜蓿中的表达更有助于增强其抗旱能力。朱新强等[52]选用四种苜蓿材料进行的干旱胁迫研究结果表明，野生黄花苜蓿的抗旱能力最强。张洪江等[53]选用多种新疆牧草材料进行干旱胁迫，研究表明豆科牧草中黄花苜蓿(塔城)的抗旱性最强。南丽丽等[54]选用不同根系类型的苜蓿测定其抗旱性，结果根蘖型黄花苜蓿的抗旱性最强。

6 黄花苜蓿耐盐性研究

目前，国内外对野生黄花苜蓿耐盐性的研究较少。M.Farissi等[55]指出，黄花苜蓿在种子萌发期和幼苗期的耐盐性高于其他时期的敏感程度。Bsdtola等[56]在耐盐苜蓿cDNA文库发现一个编码锌指蛋白的基因——Alfinl，Alfinl与盐诱导基因MsPRP2的启动子结合；采用基因工程技术已经成为研究苜蓿耐盐性的一种重要手段。Chaffdhary M T等[57]的研究表明，PAQ基因能够有效提高黄花苜蓿的耐盐能力。国内目前对黄花苜蓿耐盐性的研究很少，王俊杰等选取来自国内外不同地区的34份野生黄花苜蓿材料，用不同浓度的NaCl溶液测定其发芽率、发芽势、幼根生长量、种苗高，结果表明黄花苜蓿中存在耐盐性较强的种质[1]。秦峰梅等[58]选取3种不同材料在不同盐浓度胁迫下测定其发芽率、发芽指数等，结果黄花苜蓿耐盐性较其他两种材料要强, 更适合在松嫩草地上种植。吕世杰[49]选择国内外不同地区的 34 份野生黄花苜蓿种群种子进行盐胁迫下的发芽试验，结果发现黄花苜蓿中可溶性糖的含量是影响其耐盐能力的主要因子。田雨等[59]选取来自不同国家的7份黄花苜蓿材料比较其在不同浓度NaCl胁迫下的生长特性，结果我国的锡盟黄花苜蓿品种耐盐性较强。

7 展望

我国是黄花苜蓿的自然分布区之一，种质资源非常丰富[60]。但是，我国对黄花苜蓿研究起步晚、发展慢，育成的品种少，育种进程慢，生物技术的应用较少，可利用的育种原始材料少[61]。今后应加强对黄花苜蓿种质资源的搜集和保护[62]，建立并不断完善抗逆性指标评价体系，全面了解黄花苜蓿的抗逆机制，促进常规育种与新技术结合，加强现代生物技术在黄花苜蓿育种中的应用研究，缩短育种年限。对已有种质材料进行研究，筛选出具有优良性状的黄花苜蓿材料并进行研究。积极开展黄花苜蓿育种基础理论研究,使育种工作更加扎实、高效。强化黄花苜蓿育种新技术的探索,加快优良黄花苜蓿新品种的培育，增强苜蓿育种的科技力量。借鉴国外发达国家的经验，争取在较短时间内缩小与国外的差距，以促进我国人工草地建植与天然草地恢复进程。