楊玉紅

（河南省鶴壁職業(yè)技術學院458030）

飼料型四倍體刺槐生物學特性及其生理生化研究進展

楊玉紅

（河南省鶴壁職業(yè)技術學院458030）

簡要介紹了飼料型四倍體刺槐的生物學特性、生態(tài)學特性，詳細論述了四倍體刺槐生根機理、葉片營養(yǎng)、抗性等生理生化研究進展，分析了發(fā)展四倍體刺槐必要性，展望了四倍體刺槐的廣闊發(fā)展前景。

四倍體刺槐；生根機理；葉片營養(yǎng)；抗旱性；鹽脅迫

1　飼料型四倍體刺槐的生物學特性

飼料型四倍體刺槐由人工誘導刺槐二倍體（2n=22）體細胞加倍（4n=44）而成，與二倍體刺槐有極近的親緣關系。但因體細胞染色體數(shù)目加倍，形態(tài)明顯區(qū)別于二倍體刺槐，特別是成年樹木。成年的飼料型四倍體刺槐為喬木或小喬木，干性稍差，側枝較粗。奇數(shù)羽狀復葉，互生，葉軸長40mm～550mm；小葉7枚～21枚，全緣，橢圓或卵圓形，兩面平滑無毛，長8cm～15cm，寬5cm～8cm；單葉大小為普通刺槐的3倍～5倍，干重為普通刺槐的4倍～6倍。復葉軸基部具托葉刺（隨年鈴的增加有漸小的趨勢）?？偁罨ㄐ蚧驈涂偁罨ㄐ颍炕ㄐ蛐』?0朵～100朵不等；小花兩側對稱，具典型的蝶型花特征，但細部與二倍體刺槐有差異［3］。

飼料型四倍體刺槐葉片寬大肥厚、營養(yǎng)豐富、生長迅速，抗性強，特別適合作為西部干早、半干早地區(qū)荒山造林先鋒樹種和動物飼料樹種。據測算，飼料型四倍體刺槐埋根苗的年高生長可達3m，當溫度在20℃以上、土壤持水量在60%～70%時，生長最快，平均日增長可達2cm～3cm，為普通刺槐生長量的1倍～2倍。

飼料型四倍體刺槐花色潔白美觀、花序碩大、流蜜量高，5月盛花時，蜜惹蜂舞、香醉游人，又可作為蜜源樹種和城市綠化或行道樹種。特別是干早缺水的北方城市，更能顯現(xiàn)出其作為綠化首選樹種的優(yōu)越性。

2　飼料型四倍體刺槐的生態(tài)學特性

引種試驗證明：飼料型四倍體刺槐有著和二倍體刺槐相近的生態(tài)適應性［4］，抗性強，適應范圍廣，對光照及其他生態(tài)因子要求不強，繁殖容易，生長迅速。

飼料型四倍體刺槐耐寒、適應性強，在我國北自吉林長春、河北承德、寧夏銀川，西北至新疆石河子以南，南至云南、廣東以北（北緯23°～43°、東經90°～120°）、年極端低溫不低于-30℃的廣大區(qū)域的平地、坡地、細沙地、溝谷、輕鹽堿地、黃土高原、河灘、堤壩及草原都能正常生長。

飼料型四倍體刺槐根系發(fā)達耐干旱，在年平均氣溫7℃左右、年降水200mm～500mm的地區(qū)也能正常生長，但在年降水600mm～1200mm、年平均氣溫9℃左右的地區(qū)生長較好。不耐水濕，根部積水則會爛根死亡。

飼料型四倍體刺槐耐瘠薄，對土壤要求不嚴，在沙土、壤土、粘土、輕鹽堿地及多年的礦渣堆上都能生長，但在疏松、濕潤、肥沃的細沙地及肥土地上生長最快。

飼料型四倍體刺槐喜光性強，不耐庇蔭。根具根瘤，具較強的固氮能力。

飼料型四倍體刺槐繁殖方法比較多，在生產中一般采用嫁接育苗法，也可采用組培快繁、埋根繁殖等多種方法，成活率高、生長快、方法簡單。

3　四倍體刺槐生理生化特性研究進展

國內四倍體刺槐生理生化研究主要從四倍體刺槐的生根機理、葉片營養(yǎng)含量、抗鹽性等幾個方面進行研究。

3.1生根機理

盧楠［5］等人以四倍體刺槐1年生硬枝進行黃化催芽，獲得的黃化和未黃化嫩枝為扦插材料，統(tǒng)計和比較了二者的生根情況，用比色法和間接酶聯(lián)免疫法分別對扦插后不同時間的材料進行了吲哚乙酸氧化酶、多酚氧化酶和過氧化物酶3種氧化酶的活性測定和吲哚乙酸（IAA）、脫落酸（ABA）、赤霉素和玉米素核苷4種內源激素的質量分數(shù)測定。通過對比兩種材料在扦插后的不同時期的氧化酶活性和4種內源激素的質量分數(shù)的差異及變化規(guī)律。結果表明：黃化插穗在生根率、平均生根數(shù)和平均根長度方面均明顯優(yōu)于未黃化插穗，并且2種處理方式的3種氧化酶活性和4種內源激素質量分數(shù)的變化趨勢大致相同，但是黃化嫩枝含有更多的能夠促進不定根形成的內源激素。并且氧化酶的活性以及IAA/ABA值都較高，表明黃化處理后的插穗通過氧化酶和內源激素的變化調節(jié)，進而促進不定根形成。

馬振華［6］等人為揭示四倍體刺槐插穗難生根的機理，剪取四倍體刺槐當年生嫩枝作插穗，研究了不同濃度和時間下外源激素IBA浸泡處理后對嫩枝插穗生根的影響及生根過程中內源激素IAA、腺嘌呤、ABA、GA、IBA的變化。結果表明：在扦插生根過程中，插穗體內IAA、腺嘌呤、GA含量在0d～15d時上升，15d～30d時下降；不定根形成前需要較高IAA水平，以誘導生根，不定根形成后，IAA合成減弱，以保持正常生長；插穗腺嘌呤含量與嫩枝插穗愈傷組織誘導率無顯著相關性，但在不定根形成前（0d～15d）需要一定量的腺嘌呤以促進愈傷組織誘導和分化；插穗GA含量與嫩枝插穗愈傷組織誘導率有顯著負相關性，不定根形成前GA含量的上升很可能是抑制不定根形成的主要原因。插穗ABA和IBA含量與嫩枝插穩(wěn)愈傷組織誘導率無顯著相關性。

王小玲［7］等人以四倍體刺槐當年生硬枝和半木質化嫩枝插條為材料，探討不定根發(fā)生過程中吲哚乙酸氧化酶（IAAO）、過氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）活性的變化及其與扦插生根之間的關系，揭示四倍體刺槐扦插生根機理。結果表明：IAAO和PPO是影響四倍體刺槐扦插不定根形成的2種關鍵酶。IAAO通過調節(jié)內源IAA（吲哚乙酸）水平來影響生根，在不定根形成過程中，硬枝插穗IAAO活性高于嫩枝，IBA處理的硬枝插穗IAAO活性高于對照，IBA處理的嫩枝插穗1AAO活性低于對照，證明內源IAA對四倍體刺槐插穗不定根的發(fā)生具有雙重作用。PPO活性與插穗不定根的發(fā)生呈正相關；IBA處理可以顯著提高插穗PP0活性，促進生根；不定根表達期，硬枝插穗PPO活性升高，是抑制硬枝插穗不定根發(fā)生的主要原因之一。POD活性與插穗不定根發(fā)生呈弱相關。

3.2葉片營養(yǎng)

張國君［8］等人研究了四倍體刺槐根齡與生物量和葉片營養(yǎng)含量之間的變化規(guī)律。分別測定了四倍體刺槐不同根齡的生物量及葉片的營養(yǎng)含量，結果表明：四倍體刺槐不同根齡中當年生植株的株高、地徑、莖葉比、總重和葉重均隨根齡的增長而增加，3年根當年莖的總重和葉重分別達1 138g和637g；不同樹齡的株高、總重、葉重和莖葉比也隨著樹齡的增長而增加，3年生樹齡的總重為2 230g，遠高于3年根當年莖，但其葉重僅為603g，稍低于3年根當年莖；當年生植株的葉片粗蛋白含量高達225.45g/kg，極顯著高于2年根當年莖、3年根當年莖、4年根3年莖和5年根4年莖，而后4個根齡之間葉片粗蛋白含量則無顯著差異，且葉片粗蛋白含量均高于178.75 g/kg；根齡對鈣含量的影響達到極顯著水平，并且鈣含量有隨著根齡的增長而增加的趨勢；不同根齡對四倍體刺槐葉片的粗脂肪、粗灰分、磷和單寧含量影響均不顯著。從生物量和營養(yǎng)綜合考慮，四倍體刺槐飼料林定植當年不刈割，第2年開始刈割，進行矮林作業(yè)較好。

孫宇涵［9］等人為了解四倍體刺槐生長季節(jié)的生物量和營養(yǎng)質量分數(shù)動態(tài)變化，在測定1年～2年生林分生長時期葉片營養(yǎng)的基礎上，測定了3年生林分的株高、基徑和葉質量、莖質量動態(tài)，并分析了此林分的葉片、莖桿和整株的營養(yǎng)動態(tài)。結果表明：葉片和莖桿生物量的變化與株高和基徑生長動態(tài)相似，均在6月25日前增加迅速，然后進入緩慢生長期，最后從8月10日再次快速生長：不同年份的葉片營養(yǎng)質量分數(shù)具有相似的變化趨勢；在整個生長過程中，葉片的粗蛋白質量分數(shù)最高，莖桿最低，且粗蛋白質量分數(shù)從6月～7月份下降迅速，隨后逐漸下降；葉片、莖桿和整株的干物質、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維質量分數(shù)在生長季節(jié)逐漸增加，而且均在葉片中質量分數(shù)最低、莖桿中最高。綜合考慮葉片及當年生莖桿生物量和粗蛋白質的相互變化，確定四倍體刺槐第1次最佳刈割時期為6月下旬。

張國君［10］等人為了探索四倍體刺槐葉片不同葉齡的營養(yǎng)價值、葉層生物量、葉綠素含量和葉形生長發(fā)育的變化規(guī)律以及它們相互之間的關系，從葉片開始生長每隔10d對四倍體刺槐1個葉齡期葉片進行葉形測量并采樣進行葉綠素和營養(yǎng)分析。結果表明：四倍體刺槐葉片的營養(yǎng)價值在45d葉齡前較好，相同葉齡葉片的營養(yǎng)價值是生長中期高于生長末期；35d～45d葉齡的葉層生物量達到了最高；幼嫩葉片的葉綠素含量低，隨著葉齡的增長，葉綠素含量不斷增加，達到高峰，隨后葉子衰老，葉綠素含量下降；相同葉齡不同生長時期葉片的葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量也存在差異；葉片形狀在20d葉齡前生長迅速，其后生長緩慢；葉齡與葉片粗脂肪、粗灰分、鈣含量、葉長和葉面積（長×寬）呈正相關；相同葉齡葉片的粗蛋白和磷含量與不同生長時期呈負相關。

3.3抗鹽性

孟凡娟［11］等人以四倍體刺槐為主要試驗材料，以二倍體刺槐為對照材料，在兩種鹽脅迫下，對苗木的形態(tài)、生理生化、光合特性和解剖結構等指標的變化規(guī)律進行了研究。利用NaCl和Na2SO4鹽溶液對兩種刺槐進行鹽處理，在30d后每7d處理1次，共處理4次，并在處理前和處理后每7d進行各項指標的測定。結果發(fā)現(xiàn)：在鹽脅迫下二倍體刺槐的植株生長受到強烈抑制，葉片含水量和葉綠素含量顯著低于對照，有明顯的鹽害癥狀；對四倍體刺槐植株的生長影響較小，葉片含水量和葉綠素含量也與對照差異不顯著，無鹽害癥狀。四倍體刺槐經過鹽處理后相對電導率和脯氨酸（Proline，Pro）含量雖然也稍有上升，但與對照相比未達到顯著水平，而二倍體刺槐顯著高于對照；同時作為保護酶系統(tǒng)的過氧化物酶（Peroxidase，POD）、超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（Catalase，CAT）在四倍體刺槐經鹽脅迫后期也保持了較高的活性，從而提高了其抗鹽性，而對鹽敏感的二倍體刺槐3個保護酶活性均較低。經鹽脅迫后對四倍體刺槐光合特性影響不大，凈光合速率（Net photosynthetic rate，Pn）和胞間CO2濃度（Intercellular CO2concentration，Ci）均無顯著變化，而二倍體刺槐Pn和Ci顯著下降。經鹽脅迫后四倍體刺槐在解剖結構上做出了積極的反應：葉肉柵欄組織拉長、排列更為緊密、海綿組織變小、排列緊密。而二倍體刺槐出現(xiàn)了相反的現(xiàn)象。綜合以上分析認為：四倍體刺槐具有較強的抗鹽性。

孟凡娟［12］等人比較了二倍體刺槐和四倍體刺槐在NaCl和Na2SO4脅迫下，葉片葉綠體超微結構的變化特點，利用NaCl和Na2SO4進行20d的鹽脅迫處理，觀察葉綠體超微結構的變化特點，發(fā)現(xiàn)：NaCl處理前，二者葉肉細胞葉綠體為梭形、形態(tài)飽滿、結構完整，NaCl處理后10d時，二倍體刺槐的葉綠體出現(xiàn)變形、膜模糊、基粒片層松散、類囊體解體、脂質球增多等現(xiàn)象，NaCl處理后20d時，葉綠體腫脹、變形，基粒片層斷裂，膜系統(tǒng)解體。Na2SO4處理后10d時，二倍體刺槐的葉綠體腫脹，膜模糊，基粒片層松散、類囊體解體，Na2SO4鹽脅迫處理后20d時，膜系統(tǒng)全部解體，結構破壞更為嚴重?？傮w來說，四倍體刺槐在鹽脅迫后葉綠體結構變化不明顯，只是在Na2SO4處理20d時，四倍體刺槐的葉綠體出現(xiàn)中空、基粒片層松散、膜邊緣模糊現(xiàn)象。在處理前，兩種刺槐的葉綠體均緊貼細胞壁，分布于細胞壁邊緣。在NaCl處理后10d時，二倍體刺槐的葉綠體仍呈有序排列，緊貼細胞壁，但在處理后20d時，大部分葉綠體脫離細胞壁，呈隨機分布。在Na2SO4處理后10d時，二倍體刺槐部分葉綠體脫離細胞壁，位于細胞中央。在Na2SO4處理后20d時，二倍體刺槐葉綠體大部分與細胞壁脫離。四倍體刺槐在兩種鹽脅迫處理前后葉綠體的排列變化不明顯，均分布于細胞壁邊緣，緊貼細胞壁。在鹽脅迫下，耐鹽植物葉片的葉綠體表現(xiàn)為結構完整，基粒片層清晰，類囊體結構完整，而不耐鹽植物則表現(xiàn)為葉綠體超微結構松散、變形，基粒片層模糊，破壞嚴重時基粒片層扭曲，葉綠體解體，失去完整結構。

李迎春［13］等人以四倍體刺槐線粒體為試驗材料，分析鹽處理后線粒體的超微結構改變、生理指標變化及其蛋白質組差異表達。發(fā)現(xiàn)，隨著鹽處理濃度的增加二倍體刺槐大部分線粒體超微結構出現(xiàn)出現(xiàn)形變、中空、脊數(shù)量減少等現(xiàn)象，而四倍體刺槐線粒體只有少數(shù)線粒體結構受損，大多數(shù)線粒體結構完整被膜清晰。鹽脅迫條件下，二倍體與四倍體刺槐線粒體內的H202與MDA含量均明顯增加，四倍體線粒體中抗氧化相關酶活性普遍高于二倍體線粒體，能在鹽脅迫過程中更快速清除過量的ROS，維持線粒體內ROS產生和清除平衡，進而增強線粒體抗鹽脅迫能力。應用蛋白質雙向電泳技術鑒定鹽脅迫后線粒體蛋白質組表達差異，在二倍體線粒體中共檢測到125個差異顯著的蛋白點，其中45個蛋白點上調表達，59個蛋白點下調表達，3個蛋白點消失，新增13個蛋白點。四倍體線粒體中共發(fā)現(xiàn)102個蛋白點呈現(xiàn)顯著差異，其中58個蛋白點上調表達，36個蛋白點下調表達，6個蛋白點消失，新增2個蛋白點。

劉磊［14］應用cDNA-AFLP技術研究了四倍體刺槐在鹽脅迫下基因的表達差異。結果表明：隨著處理時間的增加，在四倍體和二倍體刺槐的4個時間點的多態(tài)性電泳圖中，共出現(xiàn)3 800多個條帶，其中約有300個的轉錄差異片段，并成功克隆了184個TDFs，其中四倍體刺槐有110個TDFs，二倍體刺槐有74個TDFs。經測序、數(shù)據庫對比分析，四倍體和二倍體刺槐各有52個和30個TDFs比對上已知的功能基因，按照功能可分成能量代謝、物質代謝、轉錄因子、信號轉導、脅迫相關、運輸相關以及混合功能等幾類。隨機地從82個克隆片段中的選取2個和6個基因，用Real-Time PCR定量分析驗證了cDNA-AFLP的準確性。同時利用蛋白質雙向電泳技術檢測了鹽脅迫后四倍體刺槐葉片蛋白質的變化，檢測到每個樣品都存在約860多個蛋白點，在二倍體刺槐樣品中有差異點41個，蛋白表達量下調的有12個，上調的有29個；四倍體刺槐差異點有37個，其中表達量下調蛋白質點有11個，上調蛋白質點有26個；二倍體和四倍體刺槐之間也有較為明顯的差異。通過利用NCBInr，PDB，SeoP，Gene Ontology等蛋白分析數(shù)據庫進行分類，分為物質代謝蛋白、能量代謝蛋白、ATP合成蛋白、光合作用蛋白、運輸?shù)鞍住⑥D錄/翻譯蛋白、細胞防御蛋白、氧化還原平衡蛋白和不明確類別等功能蛋白。

3.4干旱脅迫

李忠喜［15］以3個飼料型刺槐無性系為研究對象，對干旱脅迫下保護酶類的活性差異進行了研究。結果表明，飼料型刺槐無性系在干旱脅迫下調動各種保護酶來清除體內的活性氧，以保護細胞膜不受活性氧的攻擊，但不同的無性系對干旱脅迫有著不同的響應。3個無性系中韓國四倍體主要調動POD酶、匈牙利多倍體主要調動SOD、CAT酶、長葉刺槐主要調動POD、CAT酶。MDA的含量隨著干旱脅迫的加劇逐漸增加達到最大值，然后出現(xiàn)下降。

張怡［16］等人在模擬自然干旱的條件下，測定2個四倍體刺槐品種（K2、K3）和普通二倍體刺槐（K1）一年生組培苗的長期和瞬時水分利用效率（WUE）及其穩(wěn)定碳同位素組成13C，以探討四倍體刺槐的抗旱機理。結果表明，K2、K3的長期水分利用效率（WUEL）在不同水分脅迫條件下都顯著高于K1，它們在同等供水條件下比K1具有更大的生物量產出；3個材料葉片的瞬時水分利用效率（WUEI）均隨干旱脅迫的加劇表現(xiàn)先升后降的趨勢，且脅迫處理均高于適宜水分處理。隨水分脅迫的加劇，各品種刺槐苗木葉片的13C顯著升高；K2、K3的13C在各水分條件下均高于K1；各材料葉片的13C與其WUEL有良好的正相關性，可以作為篩選高WUE刺槐品種的指標。

4　四倍體刺槐開發(fā)利用前景及展望

四倍體刺槐分飼料型和速生用材型2種。飼料型四倍體刺槐為優(yōu)質的木本飼料，具有成本低，營養(yǎng)價值高，且畜禽適口性好，用材型四倍體刺槐較普通刺槐具有木材堅韌細致、有彈性、抗沖擊、耐腐朽、耐鹽、耐瘠薄土地、適生范圍廣等優(yōu)點，可用于營造速生豐產用材林、飼料林、薪炭林、防風林、固沙林、水源涵養(yǎng)林等。這2個類型均適宜在中國華北黃土高原和太行山中山區(qū)的宜林荒山荒坡、退耕還林、棄耕地、荒漠化治理、鹽堿地改造、水土流失治理等工程中廣為栽培［17-18］。因此，四倍體刺槐的開發(fā)利用前景非常廣闊。

針對目前國內四倍體刺槐的研究現(xiàn)狀提出以下建議：①四倍體刺槐在引種栽培、快繁體系研究方面取得大量的研究成果，但在有性繁殖方面研究較少，有待加強進一步的研究。②在遺傳轉化基因研究方面取得一定的成績，但仍需加大抗逆性基因技術研究力度，為四倍體刺槐遺傳育參考文獻

種創(chuàng)新研究奠定基礎。③在四倍體刺槐葉片營養(yǎng)成分方面的研究較多，但收割采集設備及青貯技術、木本飼料加工調制技術方面研究較少，在青貯加工技術上還不夠成熟，有待進一步研究，為四倍體刺槐在深加工技術奠定堅實基礎。

［1］聶琳，彭杰，常軍.四倍體刺槐研究現(xiàn)狀及進展［J］.中國農學通報2013.29，（04），1-4.

［2］張乃鋒，刁其玉，韓風寶，等.四倍體刺槐對奶牛產奶性能及乳成分的影響［J］.飼料研究，2009，（1）：61-63.

［3］李云，姜金仲.飼料型四倍體刺槐引種現(xiàn)狀［J］.東北林業(yè)大學學報，2005，33（增刊）：137-139.

［4］任滿田.四倍體刺槐生物學特性及經濟價值［J］.山西林業(yè)，2003，（5）：29.

［5］盧楠，孟丙南，孫宇涵.四倍體刺槐黃化嫩枝扦插生根過程生理生化分析［J］.東北林業(yè)大學學報，20l3，41（11）：5-9.

［6］馬振華，王吉斌，周貴平.四倍體刺槐嫩枝扦插生根過程中內源激素的變化［J］.西北林學院學報2013，28（5）：18～23.

［7］王小玲，高柱，鄭健.四倍體刺槐扦插不定根發(fā)生的酶活性變化.東北林業(yè)大學學報，2014，42（1）：19-22.

［8］張國君，李云，李方平.四倍體刺槐不同根齡幼林的生物量及葉片營養(yǎng)研究［J］.北京林業(yè)大學學報，2009，31（3）：37-41.

［9］孫宇涵，張國君，李云.四倍體刺槐的生物量及營養(yǎng)動態(tài)分析［J］.東北林業(yè)大學學報，2013，41（1）：14-16.

［10］張國君，李云，何存成.四倍體刺槐不同葉齡葉片的營養(yǎng)及葉形變化［J］.林業(yè)科學，2009，45（3）61-67.

［11］孟凡娟，王秋玉，王建中.四倍體刺槐的抗鹽性［J］.植物生態(tài)學報，2008，32（3）654～663.

［12］孟凡娟，龐洪影，王建中，等.NaCl和Na2SO4脅迫兩種刺槐葉肉細胞葉綠體超微結構［J］.生態(tài)學報，2011，31（3）：0734-0741.

［13］李迎春.鹽脅迫下四倍體刺槐線粒體的響應機制［D］.東北林業(yè)大學，2014.

［14］劉磊. 鹽脅迫下四倍體刺槐的基因表達及蛋白質組學分析［D］.東北林業(yè)大學，2012.

［15］李忠喜，朱延林，張江濤.在干旱脅迫下飼料型刺槐無性系保護酶活性的差異［J］.安徽農業(yè)科學，2007，35（10）：2868-2869.

［16］張怡，羅曉芳，沈應柏等.干早脅迫下四倍體刺槐幼苗水分利用效率及穩(wěn)定碳同位素組成的研究［J］.西北植物學報，2009，29（7）：1460-1464.

［17］張乃鋒，韓鳳寶，趙廣城.四倍體刺槐替代苜蓿干草對波爾山羊生產性能的影響草［J］.中國食草動物科學，2009，29（1）：43-45.

［18］李春燕，王祥森.林芝地區(qū)引種四倍體刺槐葉片營養(yǎng)成分初報［J］.林業(yè)科技，2005（5）：27-28.

S314

A

1005-6114（2016）03-060-006

2016-01-15

2015河南省基礎與前沿技術研究項目（項目編號152300410011）

楊玉紅（1966-），河南鶴壁人，教授，碩士，研究方向：生物技術。Tel：13353929590 E-mail：hbyangyuhong@163.com