紫花苜蓿秋眠机理研究进展

李德锋，肖雨欣，赵 航，杜红旗

（河南农业大学牧医工程学院，河南 郑州 450002）

紫花苜蓿（Medicago sativa L.）因具有品质好、产量高、耐刈割等优点成为世界上利用最广泛、种植面积最大的牧草作物，被誉为“牧草之王”，在我国草产业中的重要地位日益凸显。苜蓿秋眠性是与其生产力密切相关的遗传性生长性状，秋眠型苜蓿在夏末秋初时就开始进入休眠状态，向地下输送营养物质以提高其抗寒性，故其秋季的产草量低；非秋眠型苜蓿在秋季休眠较晚，只要温度等条件适合，仍可保持旺盛生长，可以获得比较高的秋季产量；半秋眠型苜蓿介于上述二者之间［1］。苜蓿的秋眠性与其越冬性、春季再生性、生长习性、根系形态、产量、直立性等农艺性状有密切关系，由于苜蓿的秋眠性对其生产能力与适应性有重要影响，国内外对其进行了大量的研究，秋眠性已成为世界上苜蓿品种评价和商业化生产中的第一评定指标。但国内外学者对苜蓿秋眠性的研究侧重于不同秋眠类型品种的农艺性状、抗寒性和遗传评价方面，且主要集中在产量差异、秋季植株高度和越冬性能及其生理生化基础方面，一般秋眠型苜蓿比非秋眠型苜蓿品种的抗寒性强［2-3］。但近10余年来的研究表明，苜蓿的秋眠性和抗寒性是两个独立的生理性状［4］，在育种上实现弱秋眠性和抗寒性强的基因重组从而培育出秋眠性弱而抗寒性强的品种是完全可能的［5］，实际上育种专家们也开始将新培育品种分别划分其秋眠级和抗寒级［6］，因此，从分子水平深入地阐释苜蓿秋眠调控机理，对我国各气候地区选育适应性强、产量高的苜蓿品种有重要意义，但从分子水平研究苜蓿秋眠调控机理的文献报道较少见。

休眠是植物抵制不良自然环境的一种保护性的生存策略，是一定时间内分生组织停止活动并对促生长信号不敏感的状态，直到生长条件稳定使休眠解除后才能够恢复生长［7-8］。

对于调控苜蓿秋眠的气候因子，世界上广泛认为是光照和温度综合作用的结果，但更侧重于秋季日照长度变短是秋眠的主要诱因，短日照处理能加剧低温诱导秋眠型苜蓿的匍匐生长的特性［9-12］。苜蓿是长日照植物，晚春和夏季的长日照利于其生长，在秋冬的短日照条件下休眠，说明苜蓿的秋眠存在光周期效应［13］。2006 年王成章、倪俊霞等对不同光周期条件下苜蓿光敏色素A（PHYA）、光敏色素B（PHYB）、生长素（IAA）、赤霉素（GA3）和脱落酸（ABA）含量进行了研究，探讨了光受体、激素与秋眠的关系，结果表明，GA3、ABA 等激素在调控休眠中也发挥作用［14-15］；短日照条件下苜蓿PHYA、PHYB、ABA 含量高于长日照，且秋眠品种＞半秋眠品种＞非秋眠品种，推测短日照调控了光受体，诱发内源ABA累积，进而诱导秋眠基因的表达［16］。近年来光信号转导途径的研究为苜蓿秋眠的调控网络和传导途径研究增添了新的内容，2009 年李平等完成了紫花苜蓿PHYA、PHYB、隐花色素（CRY）1 和CRY2B的基因测序，探讨PHYA、PHYB、隐花色素（CRY）1和CRY2B 在光信号转导途径中的作用，之后张亚军等获得了干扰PHYA、PHYB 表达和CRY2B 过表达的转化植株，发现苜蓿秋眠调控是一个复杂的网络，光受体参与的只是其中的几个环节，但在紫花苜蓿秋眠的调控中缺一不可［17-19］。2000年Douglas等人确定了控制秋眠型苜蓿秋季生长的基因组区域，但是该区域具体的核苷酸序列还未知［20］。2013年张森浩用秋眠1级和9级苜蓿品种在夏、秋不同季节的转录组测序的结果筛选出可能调控苜蓿秋眠的差异基因，并对部分差异基因进行了研究，结合之前研究表明，苜蓿的秋眠是一个复杂的调控网络［21-22］。2015年樊文娜利用高通量测序方法筛选出秋眠型苜蓿在秋眠与未秋眠时期叶片中476个差异基因和1 304条未知核酸序列，秋眠型苜蓿与非秋眠型苜蓿间在秋季差异表达基因485 个和差异表达未知核酸序列1 579 条；结合前人研究和基因库，确定可能与休眠相关的microRNA共583个，其中包含28个关键的调控休眠microRNA（20个已知、8个未知）［23］。2017 年杜红旗通过iTRAQ 蛋白质组定量分析技术得到了秋眠型苜蓿Maverick（秋眠1 级）和非秋眠型苜蓿CUF101（秋眠9 级）间秋季顶芽中差异蛋白90 个；进一步的研究证明，随着日照长度的缩短和温度的降低，叶片中ILR1-like1mRNA含量减少，而MGDGS-3、PYL8 mRNA含量增加，这些变化有可能促进苜蓿秋眠的发生［24］，同时，发现顶芽中肉桂醇脱氢酶、醛酮还原酶家族氧化还原酶、噻唑生物合成酶和L-天冬酰胺酶等含量的减少很可能与秋眠型苜蓿品种Maverick的秋眠有关［25］。

尽管近年来苜蓿秋眠性分子机理的研究取得了一定的成果和进展，但主要还是停留在苜蓿秋眠调控基因或蛋白的筛选方面，至今还未真正确定参与调控苜蓿秋眠的基因或蛋白，因此，下一步的研究重点应该是确定参与调控苜蓿秋眠的基因或蛋白，并阐明其作用机制。