在我国现代草牧业发展新形势下,苜蓿产业遇到了前所未有的机遇与挑战,如何突破紫花苜蓿种植的产量和品质双―瓶颈‖,已然成为当前急需解决的问题。根颈芽是紫花苜蓿再生枝的主要来源,其发生和发育能力直接决定着紫花苜蓿的产量、持久性和越冬力。但迄今关于紫花苜蓿根颈芽生长发育和休眠越冬的基本规律仍然缺乏系统而深入的研究。摸清根颈芽越冬抗寒机理和发育成枝规律,可以为紫花苜蓿优质品种筛选、种质改良和高产栽培技术研究提供新的参考依据,具有重要的理论价值和实践意义。本研究以此立题,选取低秋眠级品种WL168和高秋眠级品种甘农5号为试材,从根颈芽预先形成、异质性发育、营养生长时相转变以及越冬休眠等4个方面,首次系统研究了根颈芽的周年生长特性和发育规律。主要结果如下:1.紫花苜蓿根颈芽是多种原基的复合体,由顶端生长锥、叶原基、幼叶、鳞叶及其腋芽原基组成。根颈芽萌发出土前,其鳞叶和幼叶腋部已经自下而上逐节发生了子代芽,中上部子代芽生长速度快于基部和顶部,在母代芽出土时,中部已经分化出了第三代芽。出土后,留在地下的子代芽便是下一代的根颈芽。可见,苜蓿根颈芽具有预形成性,在一个生长周期内,新枝基部根颈芽的发生时间要早于新枝的发育时间。但是,根颈芽发生后,其预生长程度和发育持续时间随着芽位不同而存在差异。从形态发生的角度看,紫花苜蓿根颈芽属于腋芽。根颈芽从发生到形成新枝的过程中共经历―褐芽‖→―白芽‖→―绿芽‖→―幼枝‖→―新枝‖5个阶段。其中褐芽和白芽的发育在地下进行,绿芽及其后续的发育在地上完成。萌发出土前根颈芽能在顶端预形成约11节,然后通过芽体中段节间的伸长生长将这11节推出地面。出土后芽端继续分化,直到地上节数增加到17节左右时,花序与花原基开始出现。2.在紫花苜蓿根颈芽发育成枝过程中,叶元有两种发生模式,模式Ⅰ和模式Ⅱ。模式Ⅰ,复叶原基发育能力强,腋芽原基在侧小叶原基形成后才出现,发育速度缓慢;模式Ⅱ,腋芽原基在托叶原基形成后便开始发生,相对模式Ⅰ发生时间提前,生长速度明显快于复叶原基和生长锥。成熟的紫花苜蓿根颈芽在返青出土前,其叶元以模式Ⅰ发生,出土后,转变为模式Ⅱ。随着叶元的发生,叶序也表现出了两种不同的类型:在地下发育期,叶序为对位二列互生,当芽萌发出土,地上叶元数增加到约11时,叶序转变为螺旋状。随着地上新叶元的增加,螺旋状叶序分歧角逐渐接近137°,当分歧角达到这个值之后,顶端分生组织进入花器官发育期。叶元与叶序在发育进程中存在同步性关系。分析认为,叶元发生模式和叶序类型的同步性转变,是紫花苜蓿生长发育阶段转变的标志。3.根颈芽因越冬前发生时间和地下着生位置不同,在春季返青时表现出异质性。深层根颈芽形成时间早,预形成程度高,返青出土后芽端生长便进入成花过渡期。浅层根颈芽形成时间迟,仅能预先形成营养生长阶段的一部分器官,等出土生长到约6叶龄时,芽端生长才开始进入成花过渡期。这些芽抗寒性较弱,容易发生冻害。4.紫花苜蓿根颈枝在发育成熟过程中,其营养生长阶段可划分为3个时期:营养生长前期、营养生长中期、营养生长后期(即成花过渡期)。营养生长前期,叶元在地下预形成,成熟后叶片、叶柄和节间长等与中期相比均短小,叶片很早便衰老枯黄或凋落;营养生长中期,叶元在根颈芽出土前后预形成,仍以―模式Ⅰ‖发生,叶序为二列互生。发育成熟后此段叶元形成了紫花苜蓿地上最重要的营养器官,叶片、叶柄、节间长和叶面积等均达到最大值。营养生长后期,叶元在根颈芽出土后形成,以―模式Ⅱ‖发生,叶序转变为螺旋状;叶元发生期间,茎秆基部维管束木纤维和木射线先后形成,发育成熟后叶片、叶柄、托叶、节间长和叶面积等均变小。5.WL168在低温训练期会发生生理休眠,秋眠性是该品种在生理休眠诱导期其地上分生组织生长停止的表现;甘农5号不发生生理休眠,在秋末冬初低温影响下进入生态休眠,并以此越冬。到翌年2月初甘农5号根颈芽便开始伸长生长,相比之下,WL168直到3月初才恢复生长。6.在越冬过程中,根颈芽幼叶细胞超微结构发生了一系列积极适应低温的变化,主要表现为:质膜内陷,中央大液泡分割成多个小液泡,染色质凝集,质体变为月牙形或马蹄状,淀粉粒减少甚至消失,质壁分离等。细胞超微结构经过以上适应性调整,逐渐提高了根颈芽的抗寒能力。WL168在自然越冬过程中白芽的抗寒性经历了4个不同的发育阶段:抗寒性增强期(10月下旬至12月中旬);抗寒性保持期(12月下旬至1月中旬);抗寒性减退期(1月下旬至2月下旬);抗寒性解除期(3月初至3月中旬)。与WL168相比,越冬期甘农5号芽细胞并没有形成很强的抗寒结构。并且其中浅芽和深芽表现出了两种不同的适应性。浅芽从11月底开始发生冻害反应,翌年1月低,芽内线粒体与质体外膜出现溶解,芽已无法恢复生长。相比之下,深芽细胞在越冬过程中能形成抗寒结构,如质壁分离、细胞核变小、质体积累大量淀粉粒等,可安全越冬。7.WL168发生生理休眠时根颈芽中细胞核及核仁变小,核中染色质发生凝聚,遏制了DNA转录和mRNA的新合成,同时,胞间连丝发生收缩导致内质网从连丝通道中脱离,通道口被周围内陷的质膜封闭。到1月底之后,胞间连丝又开始渐渐恢复。相比之下,甘农5号根颈芽细胞没有发生上述变化,分析认为,染色质凝聚和胞间连丝发生收缩、断连,是引起紫花苜蓿进入生理休眠的细胞学机制。秋末冬初WL168根颈芽正是通过上述变化,从细胞结构上导致其进入休眠并提高了抗寒力。8.比较WL168和甘农5号根颈芽在休眠期间抗氧化系统的变化可以看出,两个品种在越冬期间酶活性随气温下降和回升整体上均表现出了上升和下降的变化规律,但是,与甘农5号相比,WL168在最低温(12月20日前后)到来前酶活性随着生理休眠的深入和破除出现了激烈的变化,当生理休眠解除后,酶活性达到了很高的水平,抗寒能力也相应提高。低温锻炼期休眠性品种根颈芽的生理休眠反应和抗氧化系统之间相互诱导、调节,结果使芽在冬季低温胁迫到来前抗氧化系统达到了高度活跃的状态,从而提高了越冬抗寒力。