羊草對鹽堿脅迫響應(yīng)的研究進(jìn)展

張楊

摘要：羊草是賴草屬牧草，對各種生長環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，尤其耐鹽堿，灰型羊草在可溶性鹽總量為0.3%的土壤中均可生長，是我國北方天然鹽堿地中的優(yōu)勢草種。現(xiàn)綜述羊草響應(yīng)鹽堿脅迫的機(jī)理，為鹽堿化草地改良提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：羊草;鹽堿化;生長特性;生理生化;分子生物學(xué)

中圖分類號：S543.9 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：2095-9737（2019）04-0008-02

羊草營養(yǎng)價(jià)值高、適口性好，家畜喜食，既能夏秋抓膘又可冬季補(bǔ)飼，是優(yōu)良的牧草資源。羊草為根莖型多年生禾本科牧草，抗旱、耐寒、耐鹽堿、耐貧瘠，是改善我國北方草原生態(tài)環(huán)境和改良退化草原及鹽堿化土地的優(yōu)勢草種。我國東北地區(qū)的鹽堿土主要分布在松嫩平原，由于自然和人為因素的影響，鹽堿化面積呈逐年增加的趨勢。羊草作為松嫩平原的優(yōu)勢草種，其抗鹽堿的研究對鹽堿化土壤的改良和生物防治起著重要的作用。

1 生長特性響應(yīng)

生長受到抑制是作物相應(yīng)鹽堿脅迫的生理過程。羊草種子的發(fā)芽率隨鹽堿濃度的增加呈下降的趨勢，且堿脅迫對羊草種子的抑制作用更強(qiáng)，解除脅迫能恢復(fù)發(fā)芽，總發(fā)芽率有所降低?；旌消}堿濃度在20 mmol/L以下時(shí)，農(nóng)菁11號羊草和東北羊草的種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和種子活力均高于對照處理，混合鹽堿濃度高于60 mmol/L時(shí)，二者的種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和種子活力低于對照處理;混合鹽堿濃度大于20 mmol/L時(shí)，根長和苗長均不同程度的降低[1]。羊草幼苗的生長和分蘗數(shù)在輕度鹽堿脅迫下有所增加，重度脅迫下，地上及地下部分的干鮮重呈下降趨勢;羊草地上和地下部分Na+含量隨脅迫的強(qiáng)度呈增加趨勢，根系能夠在高Na+環(huán)境中保持正常生長所需的Na+濃度[2]。鹽脅迫對羊草地下部分的影響較地上部分更顯著，適度的鹽堿脅迫能促進(jìn)羊草總莖密度、根密度和根生物量的增加，隨著鹽脅迫的增強(qiáng)則逐漸降低[3]。模擬鹽堿脅迫處理對羊草個(gè)體生長特征、葉片、根莖和根系的影響實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，羊草單株生物量、葉片及地下生物量隨鹽濃度大的增加呈下降趨勢，莖生物量和株高呈增大趨勢，堿處理下，各項(xiàng)指標(biāo)不同程度的降低[4]。對不同鹽堿梯度生境下羊草根莖生長的研究結(jié)果顯示，鹽濃度對羊草根莖影響顯著，根莖長度、節(jié)密度、根莖生物量和根莖能量隨鹽堿程度的增加逐漸減小，pH值對根莖生長的抑制作用隨鹽濃度的增強(qiáng)而增大[5]。

2 生理生化響應(yīng)

鹽堿脅迫下，羊草通過調(diào)節(jié)體內(nèi)的生理生化指標(biāo)以及Na+、K+濃度維持細(xì)胞離子平衡，提高對鹽堿脅迫的耐受能力。室內(nèi)模擬鹽堿脅迫對羊草生理特性的實(shí)驗(yàn)顯示，羊草體內(nèi)的過氧化氫酶活性和脯氨酸、可溶性蛋白、丙二醛含量隨土壤pH值和脅迫時(shí)間的增加呈先增加后降低的趨勢，且均高于對照組，葉片中Na+含量逐漸增加、K+含量則逐漸減少[6]。隨鹽堿脅迫濃度的增加羊草葉、莖、根莖生物量顯著降低，羊草根莖子株、分蘗子株和總子株數(shù)受到抑制，光合作用指標(biāo)（光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率）顯著下降，K+含量降低，Na+含量和Na+/K+則顯著增加[7]。隨土壤鹽堿化程度的增強(qiáng)，羊草葉片內(nèi)甜菜堿含量和過氧化氫酶活性與土壤的電導(dǎo)率呈正相關(guān)，脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性及過氧化物酶活性與土壤pH值正相關(guān)[8]。 鹽堿脅迫下羊草的生理生化研究表明，隨鹽堿脅迫的增強(qiáng)，羊草體內(nèi)Na+含量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（脯氨酸、丙二醛、有機(jī)酸）、抗氧化酶（過氧化物酶、過氧化氫酶）、可溶性蛋白、可溶性糖含量呈增加的趨勢，超氧化物歧化酶和甜菜堿則是在中度脅迫時(shí)含量最高;鹽堿脅迫下，羊草體內(nèi)K+含量、甜菜堿、有機(jī)酸和可溶性蛋白含量葉片積累高于根莖，而脯氨酸、丙二醛、過氧化物酶和可溶性糖含量則是根莖高于葉片[9]。

3 分子生物學(xué)響應(yīng)

羊草體內(nèi)蘊(yùn)含著豐富的耐鹽堿脅迫的蛋白質(zhì)和基因資源，部分基因逐步被挖掘出來。對羊草轉(zhuǎn)錄因子家族進(jìn)行差異基因表達(dá)分析，WRKY、C3HL、NAC轉(zhuǎn)錄因子家族在調(diào)控鹽堿脅迫響應(yīng)時(shí)起著重要的作用。利用熒光雙向差異凝膠電泳對鹽堿脅迫下羊草進(jìn)行差異蛋白質(zhì)分析，熒光雙向差異凝膠電泳獲得74個(gè)差異蛋白點(diǎn)，其中上調(diào)蛋白44個(gè)，下調(diào)蛋白30個(gè)，質(zhì)譜鑒定33個(gè)蛋白信息已知[10]。細(xì)胞內(nèi)Na+濃度的升高是鹽堿脅迫下植物生長受抑制的主要原因，Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的主要作用是調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的pH值以及維持細(xì)胞Na+平衡。李曉薇等從羊草中克隆出Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因LcNHX1，初步分析結(jié)果顯示，該基因全長2022bp，其中開放閱讀框（Open reading frame，ORF）1614bp，編碼537個(gè)氨基酸，擬南芥超表達(dá)該基因比野生型有較強(qiáng)的抗鹽堿能力[11]。鈣離子是細(xì)胞的第二信使，在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著重要的作用，其水平高低依靠鈣依賴型蛋白激酶（CDPK）調(diào)節(jié)。對羊草鈣依賴型蛋白激酶基因（LcCDPK）克隆分析，該基因全長1704bp，ORF區(qū) 1647bp，編碼548個(gè)氨基酸，實(shí)施熒光定量PCR分析CDPK基因在低PEG、鹽堿脅迫下表達(dá)下調(diào)，高濃度處理下表達(dá)上調(diào)，根和葉片中的CDPK基因在鹽堿處理下的表達(dá)高于干旱處理[12]。14-3-3蛋白是由一個(gè)基因編碼的可與靶蛋白作用調(diào)控多種生理機(jī)制的高度保守酸性二聚體可溶性蛋白。趙英等通過EST（expressed sequence tags）序列和RACE（Rapid-amplification of cDNA ends）技術(shù)克隆出羊草14-3-3蛋白基因，該基因全長1048bp，ORF區(qū)792bp，編碼263個(gè)氨基酸，RT-PCR分析該基因在羊草的葉片和根部都有表達(dá)，葉片的表達(dá)量高于根部[13]。

由于鹽堿地對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境危害較大，其改良一直備受重視，相較于工程、物理、化學(xué)等改良措施，生物改良的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值更為突出。耐鹽牧草不僅可以吸收轉(zhuǎn)移部分鹽分，還可降低增發(fā)防止鹽分累積、改善土壤理化性質(zhì)和土壤微生物環(huán)境，除此之外還可產(chǎn)生一定的飼用價(jià)值，是鹽堿地生物改良的重要措施之一。鹽堿脅迫下，羊草體內(nèi)發(fā)生一系列的生理生化反應(yīng)，基因如何調(diào)控，各通路之間如何協(xié)同響應(yīng)逆境脅迫以及啟動(dòng)防御機(jī)制，目前的研究還未明了，需要進(jìn)一步的研究探索。

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