在饲料作物中，紫花苜蓿是当之无愧的“牧草之王”，适口性好，蛋白质含量高，营养价值全面，是世界范围内种植面积最大、应用最广的牧草之一。紫花苜蓿具有耐干旱、耐贫瘠、耐盐碱，地面覆盖率大，固氮、根系入土深，改善和防止土壤沙化等优点，能有效治理生态环境，做到经济效益、社会效益和生态效益的统一，因此也成为世界范围内发展草业和改善生态环境的首推品种，在经济建设中发挥着重要作用。我国随着加入世界贸易组织(WTO)和市场经济的快速发展以及人们生活水平的提高，带动了种植业结构由传统的“粮食作物—经济作物”二元种植结构方式向“粮食作物—经济作物—饲料作物”三元种植结构方式的转变，为牧草及紫花苜蓿种植和草产品开发带来了极为广阔的前景，紫花苜蓿种植面积也在逐年增加。近年来，我国北方，尤其东北地区，紫花苜蓿生产中也暴露出许多突出问题，其中低温是限制紫花苜蓿生产的主要环境因子之一，一些引进品种，由于没有确切了解生物学特性，生产中遭受冻害而大量死亡，造成严重经济损失；国内已有品种随着大面积生产应用，又普遍暴露出产量低、再生能力差等缺点，严重制约了苜蓿产业的发展。要很好的解决这一问题，就需要了解紫花苜蓿抵抗低温的特点和规律，开展紫花苜蓿抗寒品种筛选培育和抗寒适应性及抗寒机制的研究，从形态结构，生理特征，分子水平等方面揭示紫花苜蓿适应寒冷的特点，对进一步的品种资源改良和生产应用，提供抗寒种质资源具有重要的现实意义。本研究通过田间试验，温室盆栽试验和人工控温等试验方法，利用形态学、生理学和分子生物学等技术手段，测定了5种不同紫花苜蓿品种的抗寒反应及适应性，主要结果如下：1.5个紫花苜蓿品种的主要形态特征中，国产品种肇东、敖汉和中牧一号的植株高度低于进口品种阿尔冈金和驯鹿，株高顺序为阿尔冈金＞驯鹿＞中牧一号＞敖汉＞肇东，而国产品种根颈长度长于进口品种，根颈长，越冬芽生长位置低，有利于苜蓿越冬，表明国产品种抗寒性强于引进品种。 2.5个紫花苜蓿品种的田间越冬率与植株高度和叶片宽度成高度负相关，与根颈长度成正相关，表明叶片宽度低，株高矮的品种有较好的抗寒性。 3.子叶至第1片真叶节间距与紫花苜蓿的秋眠性有极显著的关系，回归分析计算出子叶至第1片真叶节间距与秋眠级数的回归方程为：y=2.67x-3.68，且回归方程达显著水平(t＞t0.05)，该方程可为引种苜蓿的抗寒性能的确定提供理论依据。不同品种的单株鲜重和单株干重与秋眠级数成显著正相关，说明紫花苜蓿的秋眠性与生长性能有显著关系。 4.叶脉突起度以国产品种大于进口品种，叶脉突起度排列顺序为：肇东＞敖汉＞中牧一号＞阿尔冈金＞驯鹿，叶脉突起度大，品种抗寒性越强。 5.5个品种的细胞结构紧密度表现为：肇东＞敖汉＞中牧一号＞驯鹿＞阿尔冈金，国产品种普遍高于进口品种。细胞结构疏松度表现为：阿尔冈金＞驯鹿＞中牧一号＞敖汉＞肇东，进口品种普遍高于国产品种，表明进口品种叶肉细胞有更大的表面积接受阳光，进行光合作用，也是高度和产量高于国产品种的一个原因，但国产品种细胞结构紧密度相对较高，抗寒性强。 6.不同品种不同生长时期(包括种子萌发期、苗期、田间越冬期)、不同生长部位组织可溶性糖和淀粉含量与低温胁迫反应关系密切，但不同时期，不同生长部位又各有其特点，体现不同组织和不同部位抗寒性的差异。 7.低温胁迫下，种子萌发期，苗期的地上和地下部位，游离脯氨酸含量的变化趋势一致。低温胁迫初期，各品种游离脯氨酸积累量显著增加，肇东、敖汉和中牧一号的积累量显著高于其他两个品种，细胞内游离脯氨酸的增加是适应寒冷的特定生理反应，积累量越多，积累持续时间越长，越有利于品种的抗寒。成株越冬期间，各品种根系积累游离脯氨酸的动态变化趋势也成先升高后降低，并且在越冬期间抗寒品种的积累速度和积累量都小于不抗寒品种。 8.不同生长时期，紫花苜蓿体内可溶性蛋白含量的变化与低温胁迫关系密切，但变化各有其特点，种子萌发期可溶性蛋白一直持续上升，苗期和田间越冬期可溶性蛋白含量先上升后降低。国产品种肇东、敖汉和中牧一号能在较大降温幅度内积累更多的可溶性蛋白，具有较好的寒冷适应性。田间越冬期间春季温度上升阶段，各品种可溶性蛋白开始下降，品种之间差异表现为肇东、敖汉和中牧一号下降的较快，积累量也少于不抗寒的品种，说明国产品种能较快适应春季返青，体内降解速度增加，导致可溶性蛋白含量下降速度高于其他品种。 9.不同品种细胞内溶质外渗量的变化规律呈S型曲线，随着低温胁迫加重，细胞内溶质外渗量增加，质膜透性增大，品种肇东和敖汉表现出较低的膜透性，表现出较强的抗性，在-5℃处理时，品种间质膜透性差异达到极显著水平，在-10℃低温处理时，品种间的膜透性都达到峰值，但品种间质膜透性差异已不存在，表明紫花苜蓿苗期细胞膜忍受低温的最大程度在-5℃左右。相对电导率增大和丙二醛含量增加的发生温度范围不一致，丙二醛的积累先于膜透性的增加，只有丙二醛积累到一定程度才能使膜氧化损伤达到一定程度，引起透性增大。10.紫花苜蓿苗期品种间过氧化物酶(POD)基础活力没有显著差异，而超氧化物岐化酶(SOD)的基础活力有差别。酶活性的大小与品种的特性有关，活力的持久性才能更体现品种的抗寒性。两种保护酶在低温胁迫下能以各自的适应方式协同作用使自由基维持在一个较低水平，保护膜系统减少伤害。 11.5个品种叶片膜质脂肪酸成分主要是棕榈酸(16∶0)、棕榈稀酸(16∶1)、硬脂酸(18∶0)、油酸(18∶1)、亚麻酸(18∶2)和亚油酸(18∶3)。ZD、AO的不饱和脂肪酸总和∑U与饱和脂肪酸总和∑S比值较大，其中尤以不饱和脂肪酸亚麻酸(18∶2)占的比重最大，另3个品种比值较接近。脂肪酸不饱和度IUFA与各品种不饱和脂肪酸总和∑U与饱和脂肪酸总和∑S比值成正比，说明ZD、AO具有较低的饱和脂肪酸含量，具有较好的抗寒能力。低温胁迫下，不饱和脂肪酸总的含量5品种都有升高，ZD、AO和ZM上升的幅度最大，其他2种上升的幅度较小。三种不饱和脂肪酸油酸(18∶1)、亚麻酸(18∶2)和亚油酸(18∶3)含量高，变率大，表现出对低温环境的敏感，为紫花苜蓿抗寒指示性脂肪酸。 12.低温胁迫下，紫花苜蓿中cas18基因的表达量在5个品种间存在显著的差异，肇东和敖汉该基因的表达量最高，中牧一号次之，阿尔冈金和驯鹿最低。此外，5个品种cas18基因编码区存在部分序列上的差异，推测这些序列上的差异可能是导致不同品种抗寒能力差异的原因。