苜蓿种质资源鉴定与评价的内容与方法

王 浩，张迎超，于晓东，刘忠岩，王 冰，周春雨，王志锋*

(1.吉林省农业科学院，吉林长春130033；2.大安市草原管理站）

紫花苜蓿(Medicago Sativa L.)是豆科多年生草本植物，作为优良的饲料作物在全世界广泛栽培，同时也是我国种植面积最大的牧草[1～2]。苜蓿种子植面积广，适应性强，产量高，富含较全面的营养成分如粗蛋白质、维生素和无机盐等，在解决优质饲草短缺方面尤其是奶牛蛋白饲料需求方面发挥了重要的作用[3～5]。同时苜蓿具有根瘤固氮作用，在肥田壮地、保持水土、改善土壤、优化种植结构等方面起着显著作用。随着我国畜牧产业的快速发展，对蛋白质饲料的需求日益增加，用优质牧草尤其是苜蓿补充粗蛋白质及其他营养物质，已成为畜牧养殖业可持续发展的关键[6～7]。

我国牧草产业也围绕着苜蓿产业带、羊草生产区、南方饲草生产区形成了“一带两区”的发展格局。苜蓿业在畜牧产业结构调整、草原生态环境建设、保护黑土地、提高粮食生产能力以及解决蛋白饲料缺乏、提高畜产品质量等方面，都已显示出极其重要的作用和独特优势，大力发展苜蓿产业已成共识。随着我国苜蓿产业的快速发展，对苜蓿品种的要求越来越高，需求也越来越大，对新的优势品种需求也更加紧迫。引进和培育的大批苜蓿品种做科学合理地适应性评价，方可大面积用于生产实践[8]。近年来相关报道也较多，关于苜蓿种质资源的评价主要集中在生产性能、营养品质和抗逆性等方面[9]。

1 苜蓿的生产性能

1.1 株高

牧草株高不仅能够衡量其生长发育状况，也能体现出牧草产量高低较为理想的指标[10]。牧草的生物学特性决定了牧草的生长曲线呈S-型，这是牧草的平均经济产量形成的规律[11]。对不同生长状态的苜蓿进行研究比较，发现其株高与产量的比较呈现正相关，植株较高的苜蓿通常具有更好的相对产量潜力[12]。柴来智研究表明植物株高既可以衡量植株生长发育，也同时体现牧草生产性能[13]。据白玉龙等报道，不同品种的苜蓿在生长的高峰期平均株高和株龄间呈显著的正相关，达非常显著水平[14]。

1.2 生长速度

苜蓿的生长过程可以用生长速度来体现，生长速度是指牧草的株高和叶片生长的快慢，它能反映出牧草生长能力的强弱，一定程度上衡量牧草的产草量和加工利用方式，对牧草经济性状的形成非常重要[15]。不同品种的牧草由于遗传特性和环境差异，在其生长发育阶段，在生长速度上有较大差异[16]。生长速度快的苜蓿刈割次数多，产草量高并且利用率也相对较高，同时可以减少杂草的入侵，这使得苜蓿种植可以获得更高的经济效益。据报道，苜蓿的头茬草生长规律大致相同，在分枝期前生长速度较慢，分枝期后到现蕾期才逐渐加快，在结实期速度减慢甚至为零，并且株高达到峰值。在开花之前，其生长速度和强度的变化趋于一致，在开花期以后略有差异[17～18]。

1.3 再生性能

再生性指牧草被刈割或被采食后重新生长出枝条的能力，主要包括再生速度、再生强度和再生次数三个指标。牧草再生能力的强弱是衡量其活力和经济价值的重要指标。曹致中研究表明，不同品种的苜蓿第一次刈割后再生高度差距不大，但刈割三茬后品种间的再生能力差异较明显[19]。虽然苜蓿具有良好的耐刈性，然而频繁的刈割减少了苜蓿根部贮藏的碳水化合物含量，不利于苜蓿的再生性。孟昭仪报道，再生性强的苜蓿品种日增长高度可达1.86 cm，再生能力弱的品种日增加仅为1.30 cm，不同的品种和刈割的次数不同都会有较大的差异，而在年度间表现较为一致，并且再生速度快的品种每年日增长高度均比较高[20]。

1.4 茎叶比

茎叶比是衡量苜蓿生产性能基本指标之一[21]，牧草茎叶比越小，叶量越丰富，因叶片的粗纤维含量低于茎的部分，则牧草适口性会更好，品质也更佳，饲用价值也更高[22]。但苜蓿的每个生育期茎叶比是由自身生长规律决定着，其在营养期最低，结实期达到最高。同时，茎叶比也和苜蓿的刈割次数呈负相关，刈割次数的增加后茎叶比会降低，并且刈割的第一茬苜蓿因收获时间早会比之后刈割的苜蓿茎叶比比值低。据曹致中和王成章等报道，苜蓿叶中营养成分明显高于茎，并且粗纤维含量低于茎，则茎叶比的高低一定程度上决定了牧草的营养品质以及饲用价值[23]。

1.5 产草量

产量是衡量牧草生产性能的重要指标。近年来，有很多苜蓿引种评比、适应性比较、产量与地上生物量的评价、产量与株高等相关因子之间的关系的一系列研究[24]。苜蓿的产量是由植株密度以及单株的重量共同决定的，但是单位面积苜蓿数量越多，密度越大反而会导致苜蓿单株的重量会下降。苜蓿生长第一年单株的年平均干物质与总的产草量关系不显著，而生长三年后呈极相关，每茬苜蓿单株的干物质含量与总干物质产量也呈极显著相关[25]。株高、生长速度、再生速度、分枝数等性状均为苜蓿产量的相关因子，与苜蓿产量的呈正相关。同时产量高的苜蓿品种在种子产量、越冬率、越夏率方面也都有较好表现。因此，以产量作为主要指标筛选苜蓿品种，能够选择出综合性状优良并且经济价值高的品种[26]。

1.6 种子产量

种子是畜牧业生产中的重要生产资料，由于我国的牧草育种工作开展较晚，现有的种子产业和繁育基地有限，很多牧草种子的品质得不到保证，所以生产上大部分牧草种子依赖于进口，这就给牧草生产增加了成本。多年来国内对苜蓿的评价与鉴定工作主要集中在于观察牧草产量及生物学特性等方面的指标进行引种、栽培、区划方面的研究及品种选育等方面[27]，而对于苜蓿的种子相关研究甚少。种子的产量和品质也是判断牧草生产性能的重要指标[28]。

2 苜蓿的营养品质

牧草营养品质直接关系到动物采食性和吸收利用率的高低，苜蓿干草一直被认为是优质牧草，因为苜蓿的适口性较好，含有大量的粗蛋白、碳水化合物以及多种矿物元素及维生素等，营养品质高[29]。但是在不同的生育期，苜蓿所含营养成分会随着其植株内部结构发生的变化而改变，其中主要表现为在开花期后苜蓿的纤维素和木质素含量增加，消化率降低，粗蛋白含量也有所下降，这表明苜蓿的营养品质以及适口性都会随着苜蓿的生长发育而有所下降[30～31]。

评定苜蓿营养价值的方法有多种，目前被广泛使用的主要方法为概略养分和范式洗涤纤维分析法，评价的主要指标为粗蛋白质、粗脂肪、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、粗灰分等指标含量。

2.1 粗蛋白

蛋白质饲料是动物饲料配方中仅次于能量饲料的一大原料，所以饲草粗蛋白含量的高低是考察该牧草品质好坏的一个重要指标[32]。其营养价值因不同品种而有差异，也和收获时期有很大关系。随着苜蓿生育期的推移，粗蛋白含量会有所降低，研究表明苜蓿粗蛋白在营养期干物质中含量最高时可达26.1%，花期后可降低到12.3%[33]。随着苜蓿的生育发育，其在早期的蛋白质含量会比晚期高，但是其中叶片的蛋白含量会比茎高2～3倍。苜蓿的营养价值随成熟度增加而降低，产量与品质也成负相关[34]。

2.2 其它方面

粗脂肪具有芳香气味，会影响适口性，也是热能的主要成分。粗纤维的含量同样会影响适口性以及动物的消化率，中性洗涤纤维含量与采食率以及酸性洗涤纤维含量与消化率都呈负相关。粗灰分的含量决定了牧草中的矿物质含量。苜蓿粗蛋白、粗纤维的含量对其营养品质的影响尤为重要。营养品质高的苜蓿粗蛋白含量高，粗纤维含量低，这也是筛选苜蓿品种的重要指标之一。并且研究苜蓿的营养品质可以为苜蓿的品种选育和利用等研究提供合理依据[32]。

3 抗逆型

受重农轻牧思想的影响，我国大部分苜蓿种植区主要在瘠薄地、盐碱地等地区。这些地区气候条件差，也难以配置先进的农业设施，这使得苜蓿的生长发育尤为困难，因此在种植之初筛选和培育抗逆性强的苜蓿品种，使其能更加适应恶劣的自然环境，对苜蓿的人工建植具有重要意义[35]。结合我国苜蓿生长环境特点，近些年热点研究苜蓿的抗逆性主要集中在抗旱性、抗旱性、抗热性以及耐盐性[36]。

3.1 抗旱性

干旱是制约牧草生长发育的重要影响因子之一，关于苜蓿抗旱性方面的研究一直都是热点。苜蓿对环境有很强的适应能力，在逆境胁迫下，苜蓿自身生理的代谢、内部结构以及形态等方面的变化使其能良好的应对干旱环境。对苜蓿的抗旱性研究主要集中在抗旱评价方法和评价指标。对苜蓿抗旱性评价方法主要有田间鉴定法、人工控制干旱胁迫法、生理生化鉴定法、分子生物学方法等[37]。研究的主要时期集中在苜蓿的萌发期和幼苗期。评价的抗旱性的指标较多，主要可分为生长发育、农艺性状和生理生化指标等[38]。

3.2 抗寒性

苜蓿主要生长在我国北方以及西北地区，这些地方冬季气温大多偏低，苜蓿容易被冻害而死亡，导致返青率低。据报道，当冬季气温降到零下10℃～15℃时，大部分苜蓿可以安全越冬，但当最低温度超过零下20℃时，苜蓿的越冬将会变得困难[39]。苜蓿体内同样会发生一系列变化以应对低温气候。近些年，基因工程手段成为了又一培育苜蓿抗寒新品种的有效途径，与此同时对苜蓿适应低温胁迫的内部机理也有了更深入的了解。但是，对苜蓿应对低温胁迫的生理机制还存在着一些疑问，并未建立起准确抗寒性指标评价体系。一些相关问题如苜蓿的根系与抗寒性，秋眠与苜蓿抗寒性之间的相关生理机制还有待解决[40]。

3.3 耐热性

耐热性是指植物对高温的适应能力，高温会对植物的形态生理代谢等造成伤害，通常称之为热害[41]。高温对植物的影响是多方面，极端的高温条件会破坏植物的生物膜系统，对植物的光合呼吸都会有较大影响，从而导致其生长发育受阻。苜蓿为C3植物，它的光合作用对高温的敏感程度高于呼吸作用，当温度超过补偿点时，苜蓿的呼吸所消耗的物质会超过光合作用所生产的物质，苜蓿就会因消耗快于补偿而导致死亡。据报道苜蓿地上部分的生长最适宜的温度为27℃，而根部最适宜12℃。而在温度超过30℃的地区，苜蓿的生长发育明显受阻越夏时极不稳定，并且会发生死亡。温度越高，这一现象会越严重。有关苜蓿耐热性的大部分研究主要集中在苜蓿越夏时的生长发育的观察上，对其生理生化机制尚不明确。关于这方面研究还需进一步深入[42]。

3.4 耐盐性

我国盐碱地面积较大，而苜蓿作为中度耐盐碱豆科植物，利用苜蓿对盐碱地进行利用与改良具有重要意义。近些年，有关苜蓿耐盐品种评价、筛选和培育都有较多的研究和进展[43]。在耐盐碱能力的研究方面，植物种子萌发和幼苗生长是植物生育期中较为关键的2个阶段[44]，同时也是对盐碱胁迫较为敏感的阶段，常常将植物种子萌发期的耐盐表现作为该品种的耐盐能力强弱的指标[45]。主要的鉴定指标与抗旱性的鉴定指标类似。早期对苜蓿抗旱及耐盐碱性的研究中局限于形态指标的评价，随着研究的深入、逐渐结合形态特征、生理生化特征以及产量状况等方面进行综合评价。

苜蓿的抗逆性是由多重因素共同影响的，所以在评价苜蓿的抗逆性，测定相关的指标后，不应从单一的指标进行判断，应结合各项指标系统综合的分析，使评价体系更加科学与全面。现在建立的综合评价体系主要有灰色关联度模型、隶属函数分析法、直接比较法、层次分析法(AHP)、主成分分析法等[46～47]。

4 小结

系统全面的开展苜蓿种质资源的鉴定与评价的研究工作，是挖掘出优异的苜蓿种质、进行苜蓿选育的基础；建立起苜宿种质资源科学的数量化体系，进一步研究不同苜蓿品种之间的遗传关系、筛选优良的苜蓿材料，能为深入研究苜蓿种质资源鉴定、培育苜蓿新品种奠定基础。我国的对苜蓿资源的需求日益增加，开展系统、全面的实际研究非常重要。