歐李適應(yīng)非生物脅迫的研究進(jìn)展及應(yīng)用前景

吳亞芳，李曉艷，郭金麗，李連國(guó)，李東方，張薇，邵郅勝

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019）

植物體的生長(zhǎng)發(fā)育不僅與自身遺傳因素息息相關(guān)，也與其生長(zhǎng)的外界環(huán)境有很大的關(guān)系。各種非生物脅迫因素單獨(dú)或協(xié)同存在，影響植物體的生長(zhǎng)和發(fā)育，導(dǎo)致植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中容易出現(xiàn)生長(zhǎng)停滯、緩慢、異常及產(chǎn)量降低，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致死亡等現(xiàn)象。常見(jiàn)的非生物脅迫種類有水分、鹽堿、溫度和重金屬等脅迫[1]。植物經(jīng)過(guò)自然界百般錘煉過(guò)程，進(jìn)行了一次又一次的選擇，為適應(yīng)周圍的環(huán)境變化進(jìn)化出了屬于自己的方式來(lái)應(yīng)對(duì)逆境脅迫，進(jìn)而從生理、形態(tài)和分子水平的變化逐漸形成抗脅迫的能力，如通過(guò)調(diào)節(jié)植物組織形態(tài)和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、保護(hù)酶系統(tǒng)功能等生理生化指標(biāo)來(lái)提高植株抗逆性，另一方面通過(guò)調(diào)控其體內(nèi)的基因表達(dá)和代謝途徑等分子生物機(jī)制，從遺傳水平上提高抗逆性。

歐李[Cerasus humilis（Bge）.Sok]是薔薇科（Rosaceae）櫻桃屬（Prunus）落葉櫻桃的一種，主要分布于內(nèi)蒙古、山西和河北等省區(qū)的山地、草原和荒漠地帶，是我國(guó)專有的野生果樹。歐李的果實(shí)因鈣含量較優(yōu)異而被人們稱為鈣果，其優(yōu)點(diǎn)為營(yíng)養(yǎng)豐富，產(chǎn)量高，富含蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素，且富含鈣、鐵和硒，屬于第三代功能性水果[2]。歐李植株本身具有“四耐”的特性，即耐干旱、耐瘠薄、耐低溫和耐強(qiáng)光，易于種植和管理，是我國(guó)干旱、半干旱地區(qū)實(shí)施水土保持、防風(fēng)治沙、生態(tài)建設(shè)以及可持續(xù)經(jīng)濟(jì)型生態(tài)建設(shè)的最佳樹種之一。歐李果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和植株的自然生態(tài)價(jià)值逐步引起了人們的關(guān)注和重視，雖然從野生到栽培馴化不過(guò)數(shù)十年，但在歐李種質(zhì)資源的來(lái)源分布、類型、生物學(xué)特征、品種的選育和品質(zhì)分析等各個(gè)方面都進(jìn)行了大量研究并已經(jīng)取得了一定的成就和進(jìn)展，為歐李種植推廣和產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)[3,4]。本研究基于歐李獨(dú)特的生態(tài)適應(yīng)性，對(duì)近10年來(lái)在歐李非生物脅迫領(lǐng)域的研究成果進(jìn)行歸納總結(jié)，分別從植株形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化及分子層面對(duì)歐李響應(yīng)干旱脅迫、鹽堿脅迫和溫度脅迫等非生物脅迫的研究手段和結(jié)論進(jìn)行綜述，全面了解歐李在非生物脅迫下的最新研究進(jìn)展，并對(duì)歐李未來(lái)的研究方向及應(yīng)用前景進(jìn)行分析，以期為歐李資源的開發(fā)利用、抗逆資源和抗逆基因的篩選及新品種的培育提供參考。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 水分脅迫

干旱脅迫常被認(rèn)為是影響植物生長(zhǎng)最大的非生物因素。干旱脅迫植物對(duì)生長(zhǎng)過(guò)程均有影響，例如植物信號(hào)傳遞、生長(zhǎng)發(fā)育、光合作用、基因表達(dá)和生理機(jī)能等。在干旱脅迫條件下，植物體經(jīng)過(guò)改變自身外部形態(tài)構(gòu)造、滲透調(diào)節(jié)、調(diào)控代謝和產(chǎn)生抗脅迫物質(zhì)等方法來(lái)提高其抗旱性，從而降低干旱對(duì)植物造成的傷害[5]。植物體對(duì)干旱脅迫如何響應(yīng)及其機(jī)制是植物生理研究領(lǐng)域的熱門問(wèn)題，且已經(jīng)取得了一定的成果[6-8]。

歐李綜合抗逆性較強(qiáng)，其中抗旱性最為突出，植物經(jīng)過(guò)自然界百般錘煉過(guò)程，進(jìn)行了一次又一次的選擇，造成了與自然條件相適應(yīng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)。歐李株叢矮小，特別是蒙原系列歐李，株高一般在1 m以下。根系特別發(fā)達(dá)，根冠比達(dá)到9:1~10:1，特殊的根狀莖使歐李具有很強(qiáng)的固土保水作用。根狀莖上有基生芽眼，即使干旱或者牛、羊啃食導(dǎo)致地上部分全部死亡，遇到雨水后基生芽仍然可以萌發(fā)，這是歐李植株抗旱的最主要特征[9]。歐李葉片可進(jìn)行光合及蒸騰作用，其形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變與植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)相關(guān)，因此，葉片解剖結(jié)構(gòu)特征也可進(jìn)行抗旱性鑒定。歐李葉片狹小細(xì)長(zhǎng)、較厚且氣孔開度小，有利于減少水分散失。歐李果柄短，不容易形成離層，所以在干旱條件下不容易落果[10]。石蠟切片研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，隨著干旱脅迫嚴(yán)重變化程度的不斷增加，葉片海綿柵欄組織的厚度比與正常對(duì)照比值也同時(shí)發(fā)生改變，在重度干旱脅迫條件下得到了正常對(duì)照比值的3倍以上[11]。葉片超微結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn)在中度干旱脅迫下蒙原歐李葉綠體未出現(xiàn)受傷害癥狀，但細(xì)胞壁明顯增厚。可見(jiàn)隨著干旱脅迫水平的加重，歐李葉片通過(guò)改變氣孔的形態(tài)和數(shù)量，增加葉片組織緊密度和調(diào)整葉綠體結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)歐李對(duì)干旱逆境的形態(tài)適應(yīng)[9]。

在生理水平上，前人采用不同試驗(yàn)材料進(jìn)行干旱脅迫處理，測(cè)定生理指標(biāo)、光合參數(shù)和葉綠素?zé)晒獾茸兓?，解析歐李的抗旱機(jī)理，得出歐李抗旱性很強(qiáng)。歐李對(duì)于干旱脅迫的響應(yīng)主要是利用葉片自身保護(hù)機(jī)制維持其較高的抗氧化酶活性以及調(diào)控植株的滲透物質(zhì)濃度等以適應(yīng)干旱脅迫環(huán)境減輕缺水造成的植株損傷。如邢鐘毓等[11]采用2年生歐李盆栽苗對(duì)土壤進(jìn)行不同嚴(yán)重程度的干旱脅迫作為生態(tài)評(píng)價(jià)（包括對(duì)照、輕度、中度和重度），利用主成分分析法和相關(guān)分析研究不同的干旱脅迫程度下10個(gè)生理和生化指標(biāo)之間的相關(guān)性并建立基于主成分生理指標(biāo)的抗旱脅迫評(píng)價(jià)體系，結(jié)果表明，丙二醛含量、脯氨酸含量及可溶性蛋白質(zhì)的含量與超氧化物歧化酶的活性都可以用來(lái)作為蒙原歐李抗旱鑒定篩選的一級(jí)指標(biāo)。另外，干旱脅迫導(dǎo)致植物光合作用降低，葉片超微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并且超微結(jié)構(gòu)損傷的嚴(yán)重程度直接關(guān)系植物的耐旱性。邢鐘毓等[11,12]在相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，隨著干旱脅迫嚴(yán)重程度的加重，在中、重度的干燥脅迫下光合器官葉綠體和線粒體均可能遭到不同嚴(yán)重程度的損傷和破壞，與此同時(shí)歐李葉片的空氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、水分利用效率（WUE）和凈光合速率（Pn）均顯著降低，而胞間CO2濃度（Ci）則呈明顯上升趨勢(shì)；葉綠素（Chl）在輕度脅迫狀態(tài)時(shí)上漲至最高，呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)；段娜等[13]對(duì)‘京歐1號(hào)’干旱脅迫處理，發(fā)現(xiàn)田間持水量在60%~80%的情況下歐李Fo、Fv等與對(duì)照差別不大，說(shuō)明其水分供應(yīng)不低于60%時(shí)葉片的光合作用穩(wěn)步進(jìn)行，光的捕獲與光能轉(zhuǎn)化這一過(guò)程也不影響，反應(yīng)中心呈穩(wěn)定狀態(tài)。魏超[14]分別在對(duì)照（CK）和干旱情況下觀察歐李植株，發(fā)現(xiàn)其呼吸速率與溫度呈正相關(guān)，但在一定高溫條件下，干旱處理的歐李總呼吸速率高于CK，說(shuō)明干旱情況下植物呼吸受溫度影響較大。張毅輝[15]對(duì)5個(gè)不同生態(tài)類型的歐李進(jìn)行生物學(xué)特性及抗旱研究，發(fā)現(xiàn)7號(hào)歐李在中重度干旱脅迫下有較強(qiáng)的抗性。邊雅茹[16]針對(duì)寧夏干旱少雨地區(qū)的壓砂地老化問(wèn)題引入抗旱經(jīng)濟(jì)作物歐李品種10個(gè)，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)農(nóng)大S-D和農(nóng)大4號(hào)表現(xiàn)最好。

歐李植株極耐干旱，但不耐澇，所以在種植管理過(guò)程中要注意淹水對(duì)植株造成的傷害。張海平等[17]在短期淹水條件下處理歐李發(fā)現(xiàn)，隨著歐李氧自由基的增加丙二醛的含量也隨之提高；李麗霞等[18]用雙套盆法將歐李置于淹水條件下發(fā)現(xiàn)隨脅迫的加深歐李植株還原性糖的含量呈先增后減的趨勢(shì)；鄔曉勇等[19]用盆栽法在淹水條件下觀察歐李，隨澇害加重酶活性先增后減，POD酶先增后減，最終趨于穩(wěn)定；呂俏平等[20]短時(shí)間水澇處理歐李得出水澇條件下歐李過(guò)氧化氫和酶活性均呈先增后減趨勢(shì)。

在分子水平上，利用基因工程技術(shù)手段將挖掘的抗旱基因轉(zhuǎn)移到不同物種的植物中以提高其抗旱適應(yīng)性已成為植物抗旱育種的新方向。在前人的形態(tài)生理研究的基礎(chǔ)上，有學(xué)者開始對(duì)歐李抗旱機(jī)制分子水平層面進(jìn)行深入研究和探討，挖掘抗逆基因并探索其機(jī)理。近年來(lái)隨著二代測(cè)序技術(shù)的應(yīng)用，一些重要的代謝途徑及相關(guān)基因也逐漸被解析[21]。周麗娟[22]在干旱的脅迫下，發(fā)現(xiàn)歐李蛋白質(zhì)中出現(xiàn)顯著的差異點(diǎn)76個(gè)，經(jīng)過(guò)分析鑒定將48個(gè)差異點(diǎn)分別歸為11個(gè)不同的功能群組，其中包括光合作用、碳和能量的代謝及蛋白質(zhì)的水解等，另外還發(fā)現(xiàn)了2個(gè)蛋白質(zhì)的未知功能。孫孟超[21]分別對(duì)歐李進(jìn)行水楊酸和干旱脅迫，檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫過(guò)程中交替氧化酶（AOX）發(fā)揮重要作用，歐李幼苗在干旱處理后AOX家族成員的表達(dá)量整體上調(diào)；相反水楊酸處理后AOX表達(dá)普遍下調(diào)。歐李幼苗葉黃素的循環(huán)隨著干旱脅迫下各種組分發(fā)生改變，外源性的抗壞血酸（AsA）在干旱脅迫條件下可以通過(guò)開始啟動(dòng)葉黃素循環(huán)以提高脅迫下的熱量和耗散性能，避免受到光的抑制。外源AsA能夠促進(jìn)干旱響應(yīng)基因RD28和葉黃素循環(huán)關(guān)鍵酶基因VDE的表達(dá)，得出植株抵御脅迫的能力提高的結(jié)論[23]。高文蕊[24]克隆野生歐李VDE基因得到的VDE過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因個(gè)體，在干旱條件下發(fā)現(xiàn)其抗性表達(dá)更高，說(shuō)明VDE基因與抗性密切相關(guān)[24]；孫麗娜[23]以懷柔歐李為材料，運(yùn)用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化法獲得過(guò)表達(dá)ChVDE植株，其表達(dá)相對(duì)較強(qiáng)，生長(zhǎng)發(fā)育更好。NAC（NAM，ATAF1/2和CUC2）轉(zhuǎn)錄因子家族廣泛存在于各種植物當(dāng)中且是植物特異性轉(zhuǎn)錄因子超家族，有調(diào)控植物應(yīng)激反應(yīng)、發(fā)育和生長(zhǎng)的作用。王瑞芳[25]從‘農(nóng)大4號(hào)’克隆NAC基因ChNAC1，ChNAC1過(guò)表達(dá)能夠提高擬南芥的抗旱性，通過(guò)分子、形態(tài)和生理測(cè)定證實(shí)ChNAC1可以作為候選基因，用于提高植物耐干旱能力。歐李不同品種和資源抗旱性不同，經(jīng)ISSR分子標(biāo)記技術(shù)手段從基因遺傳的變異方面選取8個(gè)歐李品種進(jìn)行研究，探討不同品種歐李的遺傳變異和遺傳相關(guān)等，從分子層面上詳細(xì)分析歐李品種劃分特點(diǎn)，為歐李分子育種提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[26]。

上述歐李抗旱代謝途徑和抗旱相關(guān)基因在提高植物的水分脅迫耐受性方面有一定的作用，可用于歐李等核果類抗逆基因工程改良研究。今后，在其他植物中對(duì)其進(jìn)行過(guò)表達(dá)能否提高果樹的抗旱性和培育新品種還有待進(jìn)一步研究。

1.2 鹽堿脅迫

歐李綜合抗逆性較強(qiáng)，從歐李自然生境調(diào)查發(fā)現(xiàn)，除了對(duì)干旱環(huán)境的適應(yīng)性極強(qiáng)外，歐李對(duì)鹽堿也有一定的耐受性。在鹽脅迫過(guò)程中，葉片會(huì)發(fā)干發(fā)紅，有時(shí)會(huì)伴有新葉的萌發(fā)，新葉萌發(fā)越早說(shuō)明脅迫越厲害[27]。歐李葉片的表皮毛具有較強(qiáng)的保護(hù)作用，并可以減少蒸騰和排出鹽分。歐李莖髓部的薄壁細(xì)胞可儲(chǔ)存營(yíng)養(yǎng)，提高滲透壓和保水性，維持植物生理機(jī)能、稀釋鹽度和保持等的作用，并且莖中結(jié)晶細(xì)胞和黏液細(xì)胞可以防止水分流失，排出鹽分[10]。

在生理水平上，李學(xué)強(qiáng)等[28]將盆栽歐李分輕、中、重度3種鹽堿脅迫程度，測(cè)定鹽堿脅迫下歐李葉片的生理指標(biāo)和生化指標(biāo)，探究歐李對(duì)鹽堿脅迫的響應(yīng)及其耐鹽堿性得出歐李植株在不良環(huán)境條件下可通過(guò)調(diào)節(jié)束縛水/自由水相互關(guān)系的比值大小以及葉片可溶性糖和脯氨酸含量，從而提升其耐鹽堿性。孫孟超等[29]在鹽脅迫下發(fā)現(xiàn)歐李根部（300 mmol/L NaCl）Na+積累降低植株水勢(shì)，但仍有吸水能力，利用滲透調(diào)節(jié)避免或減輕失水，使植株正常發(fā)育。細(xì)胞質(zhì)是最重要、最有效的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其合成脯氨酸以平衡內(nèi)外滲透勢(shì)從而維持細(xì)胞的含水率與膨壓，穩(wěn)定酶分子的構(gòu)象維持質(zhì)膜透性和細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，能夠提高對(duì)外界環(huán)境適應(yīng)的能力，以免受到鹽離子的直接傷害。另外，在鹽脅迫下，鹽脅迫天數(shù)越多歐李根系抗氧化酶活性（SOD、POD、APX和GR）越強(qiáng)，從而說(shuō)明這些抗氧化酶有提高其自身活性水平來(lái)緩解活性氧自由基對(duì)植物傷害的作用。趙慶輝等[30]在江蘇省連云港市青口鹽場(chǎng)種植了歐李，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)其總鮮重、束縛水含量和POD活性隨土壤中有機(jī)質(zhì)含量的增加而逐漸升高，SOD活性隨其土壤含鹽量的增多而逐漸加強(qiáng)，由此可以看出鹽地中歐李主要通過(guò)SOD消除鹽分脅迫產(chǎn)生的細(xì)胞內(nèi)活性氧抑制膜內(nèi)不飽和脂肪酸的過(guò)氧化作用來(lái)保持細(xì)胞質(zhì)膜的穩(wěn)定和完整。殷韶梅等[27]研究了在歐李滴灌灌溉鹽水條件下產(chǎn)生的脅迫對(duì)歐李生理指標(biāo)的影響，發(fā)現(xiàn)歐李采用0~1% NaCl鹽液灌溉的方式，植株生長(zhǎng)發(fā)育狀況良好，歐李葉片的相對(duì)電導(dǎo)率、可溶性糖、游離脯氨酸和丙二醛都顯著增加，說(shuō)明歐李抗鹽能力較強(qiáng)；當(dāng)鹽濃度達(dá)到2%~3%時(shí)，植株生長(zhǎng)不良或者直接死亡，且鹽分濃度越高，歐李葉片中的丙二醛、脯氨酸和可溶性糖含量越高，脯氨酸的增長(zhǎng)尤其明顯。這就充分說(shuō)明歐李葉片在這種鹽害脅迫的條件下不僅可以通過(guò)脯氨酸等物質(zhì)進(jìn)行溶液滲透性的調(diào)節(jié)，還可以與丙二醛等化學(xué)物質(zhì)作用來(lái)有效地抵御鹽害，并且在這種鹽害脅迫大的條件下，歐李葉片通過(guò)快速水解各種多糖而轉(zhuǎn)化得到還原性糖、寡聚糖和單糖等，提高了歐李葉片中各種不同可溶性糖的平均含量，以便于有效維持葉片植物體內(nèi)細(xì)胞的正常膨壓。牟靜等[31]研究了鹽和干旱兩種脅迫環(huán)境對(duì)歐李幼苗光合生理作用的影響，研究顯示，在鹽和干旱脅迫條件下歐李幼苗呈現(xiàn)出截然不同的響應(yīng)，并且其對(duì)鹽脅迫更強(qiáng)烈；歐李幼苗光能利用效率隨鹽脅迫程度升高而降低，在中度鹽脅迫（0.5% NaCl）下出現(xiàn)光的抑制現(xiàn)象。陳書明等[32]研究了歐李對(duì)碳酸鹽脅迫的各種光合響應(yīng)，結(jié)果顯示300 mmol/L NaHCO3脅迫21 d歐李仍能維持較高的光合速率，說(shuō)明歐李有較強(qiáng)的耐鹽堿性。

在分子水平上，歐李鹽脅迫研究目前較少。趙曉宇[33]對(duì)歐李ChAOX2基因所參與的抗鹽功能進(jìn)行了初步的研究，發(fā)現(xiàn)從歐李葉片克隆得到ChAOX2基因后，通過(guò)基因工程技術(shù)手段將該基因轉(zhuǎn)入擬南芥，發(fā)現(xiàn)其過(guò)表達(dá)ChAOX2植株能夠通過(guò)增強(qiáng)其呼吸，降低離子泄露，增加脯氨酸的含量，減少了ROS的積累并且可以提高抗氧化物酶的活性，以上結(jié)果表明ChAOX2響應(yīng)鹽脅迫，在植物應(yīng)對(duì)鹽脅迫的整個(gè)體系中是一個(gè)重要因素。孫孟超等[21]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明，逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因（NHX1）和鈣依賴蛋白激酶基因（CDPK）在鹽脅迫下起著十分重要的作用，NHX1基因的表達(dá)比對(duì)照樣品高4.5倍，而CDPK基因的表達(dá)比對(duì)照樣品高6.4倍，說(shuō)明兩種基因在鹽脅迫下參與鹽分信號(hào)的應(yīng)答與調(diào)控。

與干旱脅迫相比較，鹽堿脅迫研究方法和手段比較復(fù)雜，目前的研究多是應(yīng)用單一種鹽或一種鹽和一種堿進(jìn)行脅迫處理，但自然條件下往往是各種鹽堿脅迫一起出現(xiàn)，因而需深入了解各種鹽堿脅迫交互發(fā)生對(duì)歐李的影響，從而使歐李發(fā)揮在荒山綠化、固土保水等生態(tài)修復(fù)中的作用。

1.3 低溫脅迫

溫度脅迫包括低溫脅迫和高溫脅迫，由于歐李起源地和適應(yīng)種植區(qū)的生境特點(diǎn)，如何克服更低的溫度來(lái)擴(kuò)大歐李在東北寒冷地區(qū)的種植是研究的重點(diǎn)。

在形態(tài)上，歐李植株比較耐寒，但分布于不同地區(qū)的歐李種質(zhì)資源對(duì)低溫的抵抗力差別很大。起源于蒙原地區(qū)的窄葉歐李可耐﹣40℃的低溫，但極端天氣闊葉歐李會(huì)受凍，表現(xiàn)癥狀是根系受凍后第2年春季基生芽不萌發(fā)，根部呈褐色。歐李花芽比較抗寒，倒春寒一般不會(huì)對(duì)花芽造成凍害[34]。

在生理上，歐李本身在受到溫度脅迫時(shí)其外部形態(tài)、內(nèi)部生理主要包括脯氨酸、可溶性蛋白、SOD和POD等均會(huì)發(fā)生變化，這是歐李植株應(yīng)對(duì)不同脅迫的抵抗機(jī)制。劉琳等[35]在低溫條件下通過(guò)測(cè)定歐李生理指標(biāo)得出可溶性糖、蛋白質(zhì)、脯氨酸、SOD及POD含量升高與抗寒性的強(qiáng)度呈正比；相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛含量越高抗寒性越差。楊麗靜[36]采用人工模擬（﹣10℃、﹣20℃、﹣30℃）低溫進(jìn)行脅迫處理，對(duì)邢臺(tái)實(shí)生歐李經(jīng)SOD、POD和相對(duì)電導(dǎo)率等生理指標(biāo)的測(cè)定，利用隸屬函數(shù)法分析從14個(gè)優(yōu)系當(dāng)中選出了抗寒性最強(qiáng)的優(yōu)系HYM18。于喜春等[37]對(duì)歐李新品種能否在東北的吉林西部種植推廣，通過(guò)測(cè)定電導(dǎo)率對(duì)3個(gè)品種抗寒性進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)品種歐李1號(hào)、歐李2號(hào)和歐豐1號(hào)均可耐﹣40℃低溫。

在分子水平上，歐李的研究主要集中在一些抗寒基因的挖掘，由于主要分布北方寒冷地區(qū)，具有較好的抗寒性。DREB家族主要響應(yīng)非生物脅迫，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)DREB蛋白可分為A1~A6這6個(gè)亞群，A1組的DREB1/C-repeat結(jié)合因子通常參與冷誘導(dǎo)基因表達(dá)。汪澤文等[38,39]對(duì)歐李DREB基因家族對(duì)于低溫的表達(dá)模式分析，發(fā)現(xiàn)歐李該基因家族中A1類DREB對(duì)低溫反應(yīng)最敏感，并發(fā)現(xiàn)ChCBF1（DREB）基因的表達(dá)受到低溫的調(diào)節(jié)與控制，在從經(jīng)過(guò)低溫處理的‘農(nóng)大4號(hào)’歐李葉片中克隆到ChCBF1。楊依維等[40]發(fā)現(xiàn)與休眠有關(guān)的MADS-box（DAM）基因?qū)τ谥参镅啃菝哒T導(dǎo)的過(guò)程極為重要，歐李ChDAM5基因的表達(dá)量隨芽休眠誘導(dǎo)進(jìn)程加深而升高，ChDAM5基因的表達(dá)也可能受低溫和脫落酸的影響。推測(cè)其可能與低溫有關(guān)，該基因?qū)φT導(dǎo)歐李芽休眠的抑制有重要作用。

1.4 其他非生物脅迫

1.4.1 外源物質(zhì)可施用外源物質(zhì)來(lái)提高或緩解干旱脅迫對(duì)歐李植株造成的傷害。外源物質(zhì)可以是一些促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育的化學(xué)試劑或植物激素等。魏超[14]觀察歐李和擬南芥在干旱脅迫下外源物質(zhì)對(duì)其呼吸的響應(yīng)以及呼吸參數(shù)和能量代謝的改變，結(jié)果發(fā)現(xiàn)外源丙酮酸和琥珀酸對(duì)刺激呼吸作用很顯著，并能提高交替途徑呼吸在總呼吸中的比值，在干旱處理?xiàng)l件下的7 d和14 d，二者對(duì)呼吸的刺激作用最大。商志偉等[41]研究外源抗壞血酸（A）對(duì)歐李干旱脅迫的影響，發(fā)現(xiàn)外源AsA可以緩解歐李幼苗葉肉細(xì)胞光合機(jī)構(gòu)受到干旱脅迫的損害，減少光合作用的降低，其控制氣孔防止水分散失來(lái)提高抗旱力，降低對(duì)歐李幼苗的損傷。外源AsA在增強(qiáng)植物葉黃素循環(huán)中的脫環(huán)氧化情況下可增強(qiáng)對(duì)植株的熱耗散能力，使得植物具有較高的抗脅迫性。二硫蘇糖醇（DTT）和葡糖胺（Gla）可抑制葉黃素循環(huán)途徑中紫黃質(zhì)脫環(huán)氧化酶（VDE）和玉米黃質(zhì)環(huán)氧化酶（ZEP）這兩種關(guān)鍵酶。高文蕊[24]以歐李為試驗(yàn)材料充分研究了在干旱脅迫下外部施用兩種不同的抑制劑對(duì)歐李生理指標(biāo)的影響，結(jié)果分析可知?dú)W李外施DTT和Gla導(dǎo)致葉黃素循環(huán)受到阻礙，光合作用反應(yīng)減弱。

植物激素能夠在植物的健康受到一定威脅的情況下同時(shí)起到風(fēng)險(xiǎn)防控自我保護(hù)的重要功能，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究后發(fā)現(xiàn)，植物可以通過(guò)改變內(nèi)源激素如ABA（脫落酸）、CTK（細(xì)胞分裂素）、ET（乙烯）、SA（水楊酸）和JA（茉莉酸）的水平以適應(yīng)干旱脅迫[42]。干旱時(shí)，植物體內(nèi)源ABA顯著增加，ABA可以調(diào)節(jié)細(xì)胞活動(dòng)，使氣孔關(guān)閉，減少水分流失，這方面在歐李上的研究較少。郭晉鳴等[43]對(duì)‘農(nóng)大6號(hào)’和‘農(nóng)大7號(hào)’歐李分別噴施50 mg/L、100 mg/L和150 mg/L 3個(gè)濃度梯度的赤霉素，發(fā)現(xiàn)濃度為100 mg/L的赤霉素可增強(qiáng)‘農(nóng)大7號(hào)’歐李品種總酚、類黃酮的合成，從而提高果實(shí)的抗氧化能力。張曉艷等[44]從外源細(xì)胞分裂素6-BA對(duì)歐李干旱脅迫的緩解效應(yīng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)100~150mg/L的6-BA預(yù)處理可以提高歐李的抗旱能力，緩解干旱脅迫對(duì)植株葉片造成的傷害。郭彩珍等[45]用生物信息學(xué)方法鑒定出細(xì)胞分裂素氧化酶CKX的6個(gè)家族成員，并分析了它們的系統(tǒng)發(fā)育、染色體定位、基因結(jié)構(gòu)、蛋白保守基序、順式作用元件和組織表達(dá)模式；啟動(dòng)子順式作用元件分析表明，CKX家族對(duì)光照、低溫、干旱、玉米蛋白代謝和激素等多種因子均響應(yīng)，而且其中ChCKX2在葉片中的表達(dá)量最大，而ChCKX1在花后14周的果實(shí)中表達(dá)量最大，表明了歐李不同部位不同時(shí)期CKX家族表達(dá)量不同。

1.4.2 超微弱發(fā)光（UWL）生物光子輻射（Biophoton emission）是自然界普遍存在的一種生物發(fā)光現(xiàn)象，因其輻射強(qiáng)度極低，又被稱為超微弱發(fā)光（Ultraweak luminescence,UWL）[46]。植物的UWL能靈敏地反映出植物的生理和代謝狀態(tài)，同時(shí)其也與環(huán)境有密切的關(guān)系，如在遭遇水分脅迫、溫度變化、光脅迫和鹽脅迫等不良環(huán)境脅迫時(shí)，植物的UWL強(qiáng)度變化明顯[47]。因此UWL強(qiáng)度也可作為篩選抗性品種和評(píng)價(jià)植物脅迫抗性的關(guān)鍵指標(biāo)。任鵬達(dá)等[48]以‘蒙原秋豐’歐李作為試驗(yàn)材料，研究在干旱脅迫下歐李葉片的UWL強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)UWL強(qiáng)度隨干旱脅迫程度的加深而降低。李樹青等[49]對(duì)干旱脅迫下蒙原歐李各指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，得出光系統(tǒng)活性與歐李葉片UWL密切相關(guān)，干旱脅迫下光系統(tǒng)活性和UWL均下降。張芳等[50]以蒙原歐李盆栽苗為試驗(yàn)材料，研究干旱條件下UWL與葉綠體熒光特性關(guān)系，得出UWL強(qiáng)度隨Fm、ETR、Fv/F0和Fv/Fm等的下降而下降，說(shuō)明光系統(tǒng)活性與歐李葉片UWL相關(guān)。

1.4.3 重金屬脅迫目前，由于環(huán)境污染，植物受到重金屬毒害的現(xiàn)象極為普遍，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就植物耐重金屬脅迫得到了大量研究成果[51-53]，但與歐李重金屬耐受性的研究還沒(méi)有報(bào)道。歐李作為一種綜合抗逆性較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)果樹，在干旱和半干旱地區(qū)礦業(yè)生態(tài)修復(fù)中起到非常重要的作用，但目前只關(guān)注修復(fù)效果，對(duì)各種礦質(zhì)殘留物對(duì)歐李植物和果實(shí)的影響還有待研究。我國(guó)西南喀斯特地區(qū)土壤鈣含量普遍偏高，導(dǎo)致植被難以恢復(fù)。黃俊威[54]用一水合乙酸鈣分析純向土壤中分次加鈣，使土壤交換性鈣含量達(dá)到喀斯特土壤高鈣水平，測(cè)定歐李幼苗光合作用、生長(zhǎng)、元素的吸收與儲(chǔ)存和代謝產(chǎn)物等各方面的指標(biāo)，其結(jié)果表明歐李可以適應(yīng)西南喀斯特地區(qū)土壤高鈣環(huán)境，歐李幼苗在不同程度鈣條件下均能存活，說(shuō)明其有望為西南喀斯特地區(qū)生態(tài)石漠化治理貢獻(xiàn)一份力量。

2 應(yīng)用前景

2.1 營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

歐李的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值體現(xiàn)在果實(shí)、果仁和枝葉等都可以綜合利用，是一種典型的藥食同源水果。歐李的果實(shí)外觀色澤鮮艷，香氣濃郁，還含有多酚、黃酮等多種營(yíng)養(yǎng)成分，可溶性鈣和鐵含量較高[3]。果實(shí)可加工成果酒、果醬和果汁等，色澤誘人，香氣四溢[3]。果仁是重要的中藥成分郁李仁，具有潤(rùn)腸通便、利水消腫等作用[2]。歐李葉片可制作歐李茶[55]。植株地上部分可作為飼料，牛羊啃食后基生芽仍然可以大量萌發(fā)[56]。

2.2 生態(tài)價(jià)值

歐李在干旱、鹽堿、低溫和瘠薄等非生物脅迫方面都具有抗逆優(yōu)勢(shì)，所以歐李在環(huán)境綠化、生態(tài)修復(fù)等方面有著極其重要的價(jià)值。在我國(guó)中西部干旱和半干旱地區(qū)以及一些退化工礦用地，由于缺水環(huán)境和土壤貧瘠，生態(tài)系統(tǒng)的植被和土壤等結(jié)構(gòu)受損嚴(yán)重，在保證恢復(fù)森林植被、改善生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，兼顧經(jīng)濟(jì)效益，歐李是最適合的樹種之一[57]。本課題組制定了《歐李造林技術(shù)規(guī)程》，并在內(nèi)蒙古中西部地區(qū)已經(jīng)推廣種植上千畝歐李用于生態(tài)修復(fù)，效果非常好，種植面積還在逐年擴(kuò)大。

2.3 優(yōu)質(zhì)育種材料

歐李具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值以及生態(tài)利用價(jià)值，是目前薔薇科櫻桃屬中唯一可以適應(yīng)多種非生物脅迫的果樹種類，在抗旱、抗寒和耐瘠薄方面表現(xiàn)十分突出，而且歐李童期非常短，定植第2年就可以掛果，不僅是抗性育種的優(yōu)質(zhì)親本材料，而且還可作為改良核果類及其他果樹抗逆性的優(yōu)質(zhì)基因資源。歐李目前已經(jīng)建立比較成熟的再生體系，可以作為模式植物研究木本植物的基因表達(dá)和功能驗(yàn)證[57]。

3 展望

歐李是我國(guó)獨(dú)有的野生果樹，雖然從野生到栽培馴化不過(guò)數(shù)十年，但歐李的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值逐漸得到重視，發(fā)展前景非常廣闊。篩選抗逆資源和培育抗逆品種是推動(dòng)這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，截止目前關(guān)于歐李非生物脅迫領(lǐng)域的研究雖然已經(jīng)取得了一定程度的進(jìn)展，但研究的廣度和深度還不夠，以后可以參考從以下幾方面進(jìn)行更深入的研究。

在歐李抗旱研究方面，已經(jīng)從形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理和分子方面進(jìn)行了探討，歐李抗旱的生理機(jī)制研究較為深入，但分子機(jī)制研究還處于起步階段，雖然獲得了一些抗旱相關(guān)基因和代謝途徑，但對(duì)于解析歐李抗旱性機(jī)理還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。接下來(lái)我們還需要借助現(xiàn)代分子生物技術(shù)手段，從歐李中挖掘更多的優(yōu)異抗逆基因資源并導(dǎo)入其他物種對(duì)基因功能進(jìn)行鑒定，最終為培育出品質(zhì)好、產(chǎn)量高和抗性強(qiáng)的歐李新品種或提高其他果樹的抗逆性奠定基礎(chǔ)。另外，歐李抗逆性強(qiáng)的最主要的生物學(xué)特性是根狀莖發(fā)達(dá)，基生芽具有潛伏性，具有旱時(shí)不萌發(fā)雨季迅速萌發(fā)的特點(diǎn)，但在根狀莖和基生芽的生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)及基因表達(dá)調(diào)控方面還沒(méi)有相關(guān)報(bào)道，可以作為今后解析歐李抗旱機(jī)理的一個(gè)研究方向。

在歐李耐鹽堿方面的研究，由于在自然生境中干旱環(huán)境多伴隨鹽堿，所以研究歐李耐鹽堿脅迫機(jī)理非常重要。但目前在鹽堿脅迫方面的研究不夠深入，研究手段一般多為單一鹽份或堿處理，與實(shí)際環(huán)境相差較大。今后可以在處理方法上盡可能地模擬自然鹽堿環(huán)境并與干旱脅迫結(jié)合進(jìn)行深入研究，更能解決歐李種植推廣的實(shí)際問(wèn)題。

在歐李忍受溫度脅迫方面，目前在低溫脅迫領(lǐng)域有相關(guān)研究報(bào)道，并克隆得到了一些抗寒相關(guān)基因，但基因的功能還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。低溫脅迫條件下相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子和蛋白的表達(dá)差異還有待于研究。在高溫脅迫方面目前還沒(méi)有相關(guān)研究報(bào)道。

在其他非生物脅迫研究方面，對(duì)歐李的研究較少，比如激素水平變化規(guī)律及對(duì)重金屬脅迫的響應(yīng)方面，可以作為今后的研究方向。