紫花苜蓿（Medicago sativa L. ）在新疆广泛种植。春季随着气温逐渐回升，苜蓿近地面根颈芽萌发，叶片逐渐发育形成。此时，苜蓿抗寒性极弱，如果遭遇“倒春寒”引起低温胁迫，会严重影响苜蓿叶片的生长发育，从而影响苜蓿的顺利返青。秋眠性是苜蓿越冬和返青的关键基础。秋眠级较低的品种适应较冷的地区，具有较高的抗寒性。但秋眠性与返青相互关系机制尚不明确。
线粒体交替氧化酶呼吸途径（AP）是植物特有的，它可以直接将电子从泛素转移到分子氧生成水而不受跨膜质子梯度的影响，在逆境下维持细胞氧化还原平衡状态中发挥重要作用。AP是否可以优化苜蓿叶片的光合活性，从而提高其抗低温性尚未阐明。
新疆农业大学刘美君副教授团队选用不同秋眠级的‘新牧4 号’ (‘Xinmu No.4’; fall dormant level 3) 和甘农5号苜蓿 (‘Gannong No.5’; fall dormant level 8)为试验材料，研究不同秋眠级苜蓿叶片中AP对返青的贡献。研究发现尽管两个苜蓿品种的AOX蛋白和AP能力降低，但与越冬前相比，AP/TP比值均增加即通过AP分流电子减轻电子泄露的能力增强。这说明AP对苜蓿返青有积极的反应。首先，AP通过影响返青过程中的气孔发育来影响光合作用。限制AP后，两个品种紫花苜蓿叶片色素含量下降且叶绿体结构排列逐渐混乱和断裂，内部亲锇颗粒数量增加，淀粉颗粒含量减少，叶绿体基片混乱，并逐渐出现解体，表明AP可通过影响返青过程中叶绿体结构来影响光合作用。此外，AP通过上调NADP-MDH活性，减少叶绿体中过量还原力的积累，提高SOD和POD活性，减少过氧化氢的积累，从而降低紫花苜蓿叶片PSII核心蛋白修复的氧化损伤，优化光合作用。与高秋眠级的甘农5号相比，低秋眠级的新牧4号有较高的AP活性，使其对低温的耐受性更强，从而利于返青。本研究丰富了苜蓿秋眠性和抗寒性之间的理论体系，并且指出苜蓿叶片线粒体电子传递的AP是苜蓿抗寒乃至顺利返青的关键，为今后抗寒苜蓿品种的遗传改良和抗寒品种的选育提供新的思路。
文章信息：An C Q, Liu M J, Zhang Z, Yan A, Wang J, Zhang H Y. Contribution of the alternative pathway on spring rejuvenation of alfalfa. J Plant Physiol. 2024, 302, 154319.
原文链接：10.1016/j.jplph.2024.154319