淹水胁迫对不同紫花苜蓿品种产量和品质的影响

曹 刚，董 慧，车 钊，齐龙昌，王 腾，宋 贺，杨 烈＊，董召荣＊

（1.安徽农业大学农学院，安徽 合肥230036；2.安徽省司尔特肥业股份有限公司，安徽 宁国242300）

紫花苜蓿（Medicagosativa）生态适应性广泛，品质好，营养丰富，素有“牧草之王”之称［1-2］。近年来，我国南方地区畜牧业的快速发展，对优质豆科牧草的需求量日益增大［3］。而江淮及以南地区降水集中，易形成涝渍灾害，轻则造成紫花苜蓿不能正常生长发育，重则减产和破坏牧草品质，不利于不耐湿的苜蓿品种在南方的推广种植。淹水使得紫花苜蓿根系形成厌氧环境，降低了植株各项形态指标，抑制光合作用，限制了植株的正常代谢和生长［4-6］。塑造高质量的群体是获取优质高产的重要前提，高产群体质量需要不断优化群体结构，实现各项优质的生态生理指标［7-9］。前人对北方紫花苜蓿品种的耐旱性、耐盐碱性、光合特性、品质性状、产量、刈割和施肥等方面研究较多，对作物淹水胁迫下的群体特征和品质做了大量的研究，探讨了不同淹水时间和程度对作物群体指标和品质的影响［10-16］。但是，上述研究多数针对苜蓿的各种特性或者以主要农作物和北方适宜品种为主，对苜蓿在南方多雨地区的群体质量和品质的方面的系统性研究较少，这在一定程度上缺乏对适宜淮河以南多渍环境下种植的紫花苜蓿新品种的研究。目前，关于适宜南方种植的紫花苜蓿品种耐湿性的研究较少，有关紫花苜蓿在受涝后的生长速率、株高、形态指标和根长等群体质量指标和品质的系统性的影响，研究甚少。本试验以‘金皇后’（B1）、‘阿尔金刚’（B2）、‘维多利亚’（B3）、‘巨能551’（B4）和‘巨能耐湿’（B5）等5个紫花苜蓿品种为材料，研究淹水胁迫对苜蓿群体质量和品质的影响，旨在筛选出在淹水胁迫下具有较强抗性和恢复能力的苜蓿品种，为江淮地区乃至广大南方地区耐湿性苜蓿品种的选用和推广提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2013年10月至2014年7月在安徽农业大学（N 31°86′67″，E 117°25′26″）校内进行。土壤为黄褐土，pH值6.8，有机质含量12.36g·kg-1，全氮含量0.83g·kg-1，速效氮102.4mg·kg-1，速效磷8.6mg·kg-1，速效钾94.6mg·kg-1。

供试材料为‘金皇后’（B1）、‘阿尔金刚’（B2）、‘维多利亚’（B3）、‘巨能551’（B4）和‘巨能耐湿’（B5）5个紫花苜蓿品种。

1.2 试验设计

盆栽试验，共设30个处理、3个重复、90个小区。试验依据淹水天数（A）的不同共设6个处理：A1：0d（CK）；A2：1d；A3：2d；A4：3d；A5：4d；A6：5d；依据苜蓿品种（B）不同，设5个处理，即B1：‘金皇后’；B2：‘阿尔金刚’；B3：‘维多利亚’；B4：‘巨能551’；B5：‘巨能耐湿’。试验用盆采用塑料营养钵，塑料盆直径26cm，高25cm，于2013年10月14日播于塑料营养钵中，播种量为每盆1g，播种深度为0.5cm，施尿素45kg·hm-1。出苗后选取生长较一致的植株间苗，定苗至每盆30株。2014年5月30日始花期时按处理收割，记录每种品种的产草量。收割后正常生长至6月15日进行淹水处理，淹水处理时苜蓿平均高度为26±2cm。淹水水面保持在土面以上4cm处，每次处理3次重复。

表1 试验设计Table 1 The experiment designment

1.3 取样与测定

1.3.1 生长速率、株高和形态指标 随机于各处理中选定5株，在处理结束时分别测定叶片数、分枝数和节间数，于处理开始和结束时分别测定株高，计算生长速率。

1.3.2 根长及地下部干重 随机选取生长一致的5株苜蓿，在处理结束时测定其主根长度，求平均值。105℃杀青30min，80℃烘干至恒重，冷却至室温后称重。

1.3.3 SPAD值和光合速率及蒸腾速率 采用便携式叶绿素计（CCM-200）测定叶片叶绿素相对值（SPAD值）。在处理结束时，随机于各处理中选定3株苜蓿，选取倒4叶，于叶片的不同部位测定，取平均值；光合强度、蒸腾强度用光合测定系统测定活体叶片。

1.3.4 产草量和品质指标测定 各处理结束后，于6月25日刈割测产，留茬5cm，刈割后即称鲜重，于105℃杀青30min，80℃烘干至恒重，冷却至室温后称重，并测定品质。粗蛋白（CP）的测定采用杜马斯定氮仪测定；洗涤性纤维（CF）的测定采用酸、碱洗涤法［17］。

1.4 数据分析

试验数据采用Microsoft Excel 2007软件进行相关计算和作图，用DPS 7.5软件进行方差、显著性检验（LSD法）和相关分析。

2 结果与分析

2.1 淹水胁迫下不同紫花苜蓿品种生长速率、株高和形态指标的变化

由表2可知，淹水胁迫对5个苜蓿品种株高的影响表现不一。其中，B1，B3和B5 3个品种随淹水时间延长株高先增加后逐渐降低，在淹水1d时株高增加最大，较对照分别提高15.89%，14.64%和4.08%；B2和B4 2个品种随着淹水时间延长株高持续降低，B2在处理1d时明显降低；短期水淹胁迫对B1，B3和B5株高有促进作用，对B2和B4生长产生不利影响；长期淹水胁迫产生严重伤害，各品种之间差异显著，在淹水5d时各品种株高较CK分别下降了13.46%，37.27%，30.64%，27.84% 和25.51%，下降程度表现为B2＞B3＞B4＞B5＞B1。

由表3可知，B1，B3和B4短期淹水有利于增加叶片数，随时间延长逐渐降低，并低于CK，而B2和B5在短期淹水时即产生不利影响，B2在淹水5d时其平均绿叶数仅为5.5，较CK下降了67.65%，该条件下B1，B4和B5与B2和B3之间差异显著。各品种的分枝数对淹水处理不敏感，淹水4d时才出现了一定的下降，淹水5d时B3下降相对最大，较CK降低了42.86%。短期淹水对苜蓿节间数的影响较小，各品种间无差异，随淹水胁迫时间延长，节间数才明显降低，淹水5d时，各品种之间差异达到极显著水平。

表2 淹水胁迫对不同苜蓿品种株高的影响Table 2 Effects of waterlogging stress on height of different alfalfa varieties

表3 淹水胁迫对不同苜蓿品种形态指标的影响Table 3 Effects of waterlogging stress on ecological index of different alfalfa varieties

由图1可知，各苜蓿品种的生长速率对淹水胁迫反应敏感，整体表现出先增大后减慢，短期淹水胁迫促进生长，1d处理后即出现峰值，各品种较CK分别提高了17.52%，55.83%，37.77%，13.39% 和23.08%。B1，B4和B5 3个品种在淹水胁迫下变化较缓慢，其中B1和B4在淹水3d后较CK出现降低，5d时分别较CK降低了35.77%和34.65%，而B5较CK仅降低15.38%。

图1 淹水胁迫对不同苜蓿品种生长速率的影响Fig.1 Effects of waterlogging stress on growth rate of different alfalfa varieties

2.2 淹水胁迫下不同紫花苜蓿品种根长和地下部干重的变化

短期水淹胁迫对B1，B3，B4和B5的根系长度有促进作用，各品种在淹水1d时出现峰值，随淹水时间延长逐渐降低，3d时均较CK减低，而B2在短期水淹胁迫时即受到不利影响，表现出持续下降（图2），5个品种在淹水5d后较CK分别降低9.35%，25.45%，16.37%，23.32%和8.08%；由图3可知，各苜蓿品种随淹水胁迫时间延长地下部干重的变化趋势相同，均在淹水1d时出现轻微增加，之后表现出持续下降，B1在整个淹水时期内地下部干重均较其他品种高，B2和B3下降幅度相对较大，B3几乎呈直线下降，B4和B5较其他品种变化最为缓慢，处理5d时各品种较CK分别降低了20.64%，21.30%，45.87%，15.34%和17.42%。

2.3 淹水胁迫对不同紫花苜蓿品种相对叶绿素含量（SPAD值）和光合能力的影响

由图4可知，苜蓿受到淹水胁迫后，叶片中的叶绿素相对含量整体呈下降趋势。B5较各品种叶绿素相对含量下降幅度最小，淹水1d时较CK仅降低1.05%；B4在短期水淹胁迫时叶绿素相对含量出现增加，2d之后随淹水时间增加迅速下降；B1，B2和B3在水淹胁迫下叶绿数含量迅速下降，较CK达到显著性差异水平。淹水5d后各品种叶绿素相对含量表现为B5＞B1＞B4＞B2＞B3，较CK分别降低了60.73%，77.71%，68.71%，62.22% 和48.76%。

图2 淹水胁迫对不同苜蓿品种根系长度的影响Fig.2 Effects of waterlogging stress on root length of different alfalfa varieties

图3 淹水胁迫对不同苜蓿品种地下部分干重的影响Fig.3 Effects of waterlogging stress on root weight of different alfalfa varieties

图4 淹水胁迫对不同苜蓿品种叶绿素相对含量的影响Fig.4 Effects of waterlogging stress on SPAD of different alfalfa varieties

由图5，6可知，各品种净光合速率和蒸腾速率随淹水时间延长均表现出持续下降的趋势，且蒸腾速率的下降幅度明显高于光合速率。其中B1和B5的变化幅度相对较小，B4次之，B2和B3下降幅度相对较大；B1和B2对短期淹水胁迫不敏感，而B3和B4在短期淹水胁迫下净光合速率和蒸腾速率迅速降低，淹水5d时净光合速率及蒸腾速率顺序为B5＞B1＞B4＞B2＞B3。

图5 淹水胁迫对不同苜蓿品种净光合速率的影响Fig.5 Effects of waterlogging stress on photosynthetic rate of different alfalfa varieties

2.4 淹水胁迫对不同紫花苜蓿品种产草量的影响

由表4可知，淹水胁迫后各苜蓿品种间的产量出现显著性差异。短期淹水时B3，B4，B5的产量出现增加，淹水1d时分别较CK增加了20.21%，6.61%和7.88%，随淹水时间延长产量逐渐下降。B1，B2在短期淹水胁迫时出现明显下降，随淹水时间延长而持续降低，淹水1d时B1（94.52g）即低于同处理下B4（95.00g）和B5（98.55g），但3者间差异不显著。淹水处理2d时，B1，B4和B5之间以及B2和B3之间下降幅度接近。至淹水处理5d时，B5（79.38g）产量显著高于其他各品种，各品种较CK降低 了 28.69%，57.40%，38.38%，19.86% 和13.11% ，此时，产量表现为B5＞B1＞B4＞B3＞B2。

图6 淹水胁迫对不同苜蓿品种蒸腾速率的影响Fig.6 Effects of waterlogging stress on transpiration rate of different alfalfa varieties

表4 淹水胁迫对不同苜蓿品种干草产量的影响Table 4 Effects of waterlogging stress on hay yield of different alfalfa varieties/g·株-1

2.5 淹水胁迫对不同紫花苜蓿品种牧草品质的影响

2.5.1 淹水胁迫下不同紫花苜蓿品种的蛋白质含量变化 由表5可知，各苜蓿品种在短期胁迫时粗蛋白的含量呈增加趋势，后期出现不同程度的下降。较CK处理下B4，B5和B1 3者的粗蛋白含量较高，分别达到19.28%，18.57%和18.36%。淹水3d时，3者粗蛋白含量达到最高值，分别为20.60%，20.72%和20.16%，同该处理下的其他2个苜蓿品种差异均达到极显著水平。之后随胁迫时间的延长，粗蛋白含量开始下降，B5和B4相对下降较慢，胁迫结束时粗蛋白含量分别为19.30%和18.96%。但B1下降幅度相对较大，胁迫结束时与二者差异达到极显著。B2和B3粗蛋白相对较低，CK处理下分别为17.62%和17.23%，淹水2d时达到最高，之后持续下降，胁迫结束时，二者粗蛋白含量明显低于其他苜蓿品种，且差异达到极显著水平。

2.5.2 淹水胁迫处理对不同紫花苜蓿品种洗涤纤维含量的影响 各苜蓿品种洗涤性纤维的含量整体上呈下降的趋势，但不同品种在处理间含量有轻微的浮动。其中B2，B3和B4在淹水3d时洗涤性纤维含量达到最低值。此条件下B4的中性洗涤纤维为5个品种中最低值，与该条件下的B5差异达到显著水平，与B2和B3差异达到极显著。且此条件下的酸性洗涤纤维含量也极显著低于B2和B3。B1和B5洗涤性纤维含量最低值出现在淹水4d时，之后出现轻微浮动。胁迫结束时，B2和B3的中性洗涤纤维含量差异不显著，但极显著高于其他3个品种。

酸性洗涤纤维的比较中，B2含量最高，B3次之，且二者与其他供试品种差异均达到极显著水平。

表5 淹水胁迫对不同苜蓿品种品质的影响Table 5 Effects of waterlogging stress on quality of different alfalfa varieties

3 讨论

3.1 关于淹水胁迫对不同紫花苜蓿品种生长发育的影响

植物的形态特征变化是其对外部环境改变的直观反应。紫花苜蓿于始花期淹水，生长速率、株高、叶片数、分枝数、节间数和根系形态及根重等指标在胁迫后均会引起一系列的变化。相关研究表明，淹水处理前期植株高度保持在较高水平，随处理的延长，植株出现矮化趋势，叶片生物量也发生一定程度的降低，其中茎秆矮化和分枝数降低最显著的时期发生在苗期及开花期［18-20］。一般来说，处于逆境的作物生长速率会发生相应改变，生长速率是植物高产优质的重要指标［21-22］。本研究中，淹水处理下各苜蓿品种的生长速率、株高、叶片数等整体均呈下降趋势，这与前人研究结果一致，‘巨能耐湿’和‘巨能551’的分枝数及‘巨能耐湿’的节间数、生长速率平稳下降，幅度最小。

根系长度和干重是根系健壮的体现，叶片数、节间数和分枝数是苜蓿产草量的重要保证，生长速率是植株对外界逆境反应的表现。各品种比较显示，‘巨能耐湿’、‘金皇后’各指标下降幅度最小，对淹水胁迫的适应性最好，‘巨能551’次之，而‘阿尔金刚’和‘维多利亚’对淹水的反应最敏感。苜蓿在受到淹水后，根部会首先受到影响，随着淹水时间的延长，土壤中的厌氧微生物活性加强，进而产生其他次生危害，导致苜蓿体内的代谢机制紊乱，有待进一步试验。

3.2 关于淹水胁迫对不同紫花苜蓿品种光合能力的影响

淹水处理对苜蓿叶片SPAD值也有很大影响。高产高光效的群体应具有发展深广茂盛的根系［5，23］。蒸腾作用是植物水分代谢和营养物质传输的重要途径，受外界水分条件影响较明显［4，24-25］。淹水胁迫造成植株地下部环境缺氧，造成根系生长发育受到抑制，不能为地上部正常供应物质，使得植株功能叶片生长受阻，并抑制叶绿素的形成，使得叶片SPAD值下降，光合能力降低，并随着淹水时间的延长，光合能力下降幅度越来越大。

5个苜蓿品种在淹水胁迫后叶绿素相对含量、净光合速率、蒸腾速率等整体均呈下降趋势，且蒸腾速率的下降幅度明显高于光合速率。随淹水时间增加，‘巨能耐湿’的叶绿素相对含量最高，下降幅度最小，净光合速率和蒸腾速率均较其他品种强。受淹水胁迫时‘巨能耐湿’叶绿素含量较高，光合能力强，为机体提供更多的营养物质和能量，适当减小叶片数，同时增加根系，提高根系活力，增加逆境耐受能力。

3.3 关于淹水胁迫对不同紫花苜蓿品种牧草产草量和品质的影响

优质牧草不仅要求品质优良，还要求高的产草量［26］。淹水胁迫显著降低了紫花苜蓿的产草量和品质。粗蛋白和洗涤性纤维的含量多少是其品质的重要衡量指标。苜蓿品质的好坏与否与外界水分供给有着重要关系［27-28］。相关研究表明，逆境胁迫下，牧草的营养物质含量变化规律是相似的——粗蛋白含量较高、牧草的酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维和粗纤维的含量较低［29-31］。本研究中，在相同淹水条件下，‘巨能耐湿’的产草量始终显著高于其他品种，短期淹水对其有促进作，随淹水时间延长下降缓慢，这可能与其有广袤发达的根系有关；淹水胁迫下各苜蓿品种粗蛋白含量呈先升后降的趋势，洗涤性纤维含量呈现出下降趋势，这与前人的研究成果一致。品种间比较结果显示，粗蛋白含量下降幅度依次为‘巨能551’、‘巨能耐湿’、‘金皇后’‘阿尔金刚’和‘维多利亚’，前3者含量达到国家一级牧草标准［32］；洗涤性纤维变化虽不明显，但‘金皇后’、‘巨能551’和‘巨能耐湿’3者的含量均极显著低于‘阿尔金刚’和‘维多利亚’。说明淹水胁迫下，‘巨能耐湿’、‘金皇后’和‘巨能551’3个品种牧草的适口性最好，品质更优，经济效益更大。

4 结论

淹水胁迫下，各紫花苜蓿品种生长发育均受到抑制，但‘巨能耐湿’的产草量降低显著低于其他各品种，这得益于胁迫条件对‘巨能耐湿’生长速率影响小，地上部形态损伤程度小，根系稳定，有效的吸收和优先供应养分，叶绿素含量高、光合能力强，维持逆境下所需物质供应，同时在逆境条件下其品质较好。因此，可作为在我国江淮多雨地区推广种植的苜蓿品种。