我院高凯教授团队在生物学三区期刊《Biology》发表题为“Evaluation of Cold Resistance in Alfalfa Varieties Based on Root Traits and Winter Survival in Horqin Sandy Land”的研究论文。草业学院李涛教师为第一作者，高凯教授为通讯作者。本研究探讨了科尔沁沙地不同紫花苜蓿越冬率及根系生理特性及化学计量特征对比，提高东北寒区苜蓿种植水平，支持当地畜牧业发展提供了有价值的理论和实践指导。
紫花苜蓿（Medicago sativa），因其高营养价值和多功能性，被誉为“牧草之王”，是全球种植最广泛的饲料作物之一。在寒冷环境下，其根系在越冬过程中发挥着关键作用。为探究紫花苜蓿的耐寒机制，本研究选取40个品种，分析其越冬前后的根系生理特性，重点关注可溶性糖、淀粉及C、N、P等养分的积累变化，以揭示其适应低温环境的生理调控机制。
结果表明，不同品种间根系可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白和C、N、P含量及其化学计量比存在显著差异。主成分分析和相关分析表明，根系中C、N和淀粉含量是苜蓿耐寒性的主要决定因素。基于主成分和隶属函数分析的聚类分析将40个紫花苜蓿品种分为4个类群：第一类包括‘Baimu 202’、‘WL168HQ’、‘Zhongmu No.1’、‘Gongnong No.1’和‘Legacy’5个高耐寒种质;第二类包含6个中等耐寒种质;第三类包括28个微耐寒种质;第IV类包括1个不耐寒种质(‘3010’)。
部分研究结果如下：
冬季存活率：40份供试紫花苜蓿越冬率差异较大，介于13.00%~93.67%。其中越冬率高于80.00%的品种有 ‘Zhaodong’（93.67%）、‘Juneng 601’（93.67%）、‘WL343HQ’（91.33%）和‘Gladiator’（85.00%），其中‘Zhaodong’和‘Juneng 601’ 越冬率显著高于除‘WL343HQ’（91.33%）以外的所有品种。越冬率低于40.00%的品种分别有‘WL656HQ’（38.67%）、‘4030’（36.33%）、‘Conthey’（34.67%）、‘Juneng 995’（32.67%）、‘Juneng S.R’（32.33%）、‘3010’（27.33%）和‘Juneng 801’（13.00%），其中‘Juneng 801’显著低于其他所有苜蓿品种。
可溶性糖含量：分别对越冬前后不同紫花苜蓿品种的主根、侧根和根颈中可溶性糖含量进行测量后发现，越冬后根系可溶性糖含量呈下降趋势。主根降幅最大的品种是‘Jiasheng’，达100.08 mg/g；‘Canon’品种侧根降幅最大，为133.71 mg/g；‘WL656HQ’根颈可溶性糖含量越冬后降低了90.02 mg/g。
淀粉含量：不同紫花苜蓿品种根系中淀粉含量越冬前后呈下降趋势，其中‘Adina’主根和根颈中淀粉含量降幅最大，分别降低了56.95和50.15 mg/g；‘WL525HQ’品种侧根降幅最大，降低了74.33 mg/g。
可溶性蛋白含量：紫花苜蓿不同根系部位可溶性蛋白含量存在差异。越冬前，主根和侧根可溶性蛋白含量基本一致，根颈可溶性蛋白含量较低；越冬后，三者差异不大。与可溶性糖和淀粉含量类似，越冬后不同苜蓿品种根系中可溶性蛋白含量呈下降趋势，主根、侧根和根颈最大降幅分别为19.94、23.81和16.72 mg/g。
C、N、P含量：越冬前，不同品种紫花苜蓿根系C含量介于32.59%~56.08% ，其中‘Juneng S.R’含量最高，显著高于除‘3010’、‘Juneng 995’、‘4020’、‘Tango’、‘Fertress’、‘WL358HQ’和‘Gongnong No.1’以外的其他品种；‘WL168HQ’则含量最低，且与除‘WL343HQ’、‘WL525HQ’、‘WL298HQ’和‘Zhongmu No.1’外的其他品种存在显著差异。越冬后，紫花苜蓿根系C含量较越冬前略有升高，范围为41.92%~58.88%。与越冬前的趋势一致，‘Juneng S.R’仍保持最高C含量，而‘WL168HQ’的C含量最低。
化学计量比：不同品种紫花苜蓿根系化学计量比存在差异。越冬前C/N最高的品种为‘WL440HQ’（9.59）；‘WL298HQ’和‘Zhongmu No.1’C/N较低，分别为5.45和5.54，显著低于‘WL440HQ’、‘Juneng S.R’、‘Baimu 202’和‘Gongnong No.1’。越冬后，紫花苜蓿根系C/N呈增加趋势，介于6.05~12.50，最高和最低的品种分别为‘Greensilk’和‘WL168HQ’。
本研究为我国科尔沁地区苜蓿抗寒品种的筛选与生产实践提供了科学依据，并建议‘Baimu 202’、‘WL168HQ’、‘Zhongmu No.1’、‘Gongnong No.1’和‘Legacy’5个品种适宜在该地区推广种植。研究成果不仅有助于提升东北寒区苜蓿种植水平，还为当地畜牧业的可持续发展提供了重要的理论支撑和实践指导。
资助信息：本研究得到了国家自然科学基金资助[32260343]资助。
全文链接：https://doi.org/10.3390/biology13121042