黑果枸杞對西遼河流域逆境土壤響應的研究與展望

張慶國，范 富，2，李豐義，侯迷紅，馬金慧

（1.內蒙古民族大學農學院，內蒙古 通遼 028043；2.內蒙古自治區飼用作物工程技術研究中心，內蒙古 通遼 028000）

科爾沁沙地位于西遼河平原，包括18個市（縣、旗），總面積5.06×104 km2［1］?？茽柷呱车貙儆跍貛Т箨懶约撅L氣候，平均降水量約為300～400 mm，降水量多集中于7—9月，約占全年降水量的70%～80%。降水量和蒸發量嚴重失衡導致科爾沁沙地水資源短缺［2］。栗鈣土是科爾沁沙地主要的地帶性土壤。此外，科爾沁沙地因風速高、沙含量大以及嚴重的人為擾動，形成了廣泛分布的非地帶性風沙土。風沙土質地粗糙，儲存水分能力差，適合栽植的植物種類少，造成該區具有可耕作潛在價值土壤資源的巨大浪費［3-4］。據調查，科爾沁沙地植物120科510屬。按照植物所生長的土壤類型，可將其劃分為鹽生植被和沙生植被。前者主要有巧廢草、鹽角草、鹽爪爪等；而耐沙埋、抗沙侵蝕的駱駝刺、梭梭、仙人掌等則是沙生植被的主要類型［5-6］。這些植物雖耐鹽、耐旱性強，但生態及經濟價值較低，難以大面積推廣。根據遙感影像顯示，1980—2016年期間科爾沁沙地草地面積不斷減少，沙地比重日益增大，生態環境非常脆弱［7］。因此，如何篩選研發培育適宜的經濟植物，對科爾沁沙地生態建設和經濟發展具有深遠意義。

黑果枸杞（Lycium ruthenicum Murr.）為茄科枸杞屬植物，葉肉質、無柄，枝上具有棘刺，成熟后果實為紫黑色漿果，主要生長在我國西部西北地區，在歐洲、中亞等地也有分布［8-10］。由于根系持水能力較強，故黑果枸杞是荒漠地區防風固沙以及水土保持的主要建群樹種［11］。黑果枸杞可用于治療心臟病等病癥，具有非常高的商業開發價值，被譽為 “軟黃金”［12-16］。目前，黑果枸杞分布于我國西北地區和西藏等地，將其引入科爾沁沙地可為該地區帶來巨大的生態和經濟效益［17］。

對植物造成傷害的環境稱為逆境或逆境脅迫。由生物（如微生物、病蟲害等）引起的脅迫稱為生物脅迫。因干旱、鹽漬等外界自然條件變化對植物造成的脅迫稱為非生物脅迫。植物在逆境環境下通常會表現出一系列生理和形態上的變化，如水分代謝紊亂、細胞膜變性、葉片枯萎、根系腐爛、氣孔關閉等嚴重時甚至造成植物死亡［18］。植物會通過調節自身體內相關基因的表達過程以減輕損傷，適應各種惡劣環境。因此，逆境誘導馴化是培育抗逆品種的有效途徑［19-21］。筆者整理了近些年黑果枸杞在生物和非生物脅迫中的受耐性等方面的研究進展，旨在為黑果枸杞在科爾沁沙地的優質栽培提供理論依據。

1 黑果枸杞對干旱脅迫的響應

在面對脅迫時，植物可以在形態、生理和分子水平上調整不同的響應和適應機制來維持正常生長。當前與黑果枸杞有關的干旱脅迫研究主要涉及3個方面，分別是干旱脅迫時黑果枸杞的生長特性、干旱脅迫時黑果枸杞的光合特性以及干旱脅迫時黑果枸杞的抗氧化防御系統和滲透調節能力。

1．1 干旱脅迫對黑果枸杞植物形態的影響

在干旱初期，植物根系受到土壤缺水的刺激后會向其地上部分傳遞信號物質，植物地上部分通過調節生長速率或特定的形態構造來降低干旱所帶來的不良影響。一般來說，植物形態對干旱的響應順序從快到慢分別是株高、根系形態和葉片形態。對黑果枸杞進行長達60 d的干旱處理后發現，其株高隨著干旱脅迫的增加呈現出下降趨勢，表明干旱抑制了植株的生長。黑果枸杞可能通過長出大量的莖刺消減干旱脅迫對生長的傷害［22］。干旱程度的提高會導致黑果枸杞的有莖刺植株比率、有莖刺分枝比率、出刺葉腋比率等指標明顯增大。已有研究顯示，在田間持水100%和80%時，黑果枸杞有莖刺植株比率、有莖刺分枝比率均為0%；而在60%和40%的情況下，黑果枸杞的有莖刺植株比率為100%，有莖刺分枝比率分別為56%和70%［23］。

在干旱條件下，葉片的形態和生理響應是減少植物體內水分損失、提高土壤水分利用效率的重要因素。干旱的植物葉片一般小而厚，同時葉片表面具有更多的毛狀體。上述形態改變能夠有效地降低植物蒸騰作用。李得祿等［23］通過比較不同條件下黑果枸杞葉片長度、寬度、厚度發現，黑果枸杞葉片因干旱條件而表現出顯著的差異性，土壤含水率越小，黑果枸杞葉片越小。

1．2 干旱脅迫對黑果枸杞光合作用的影響

干旱程度的提高也會導致黑果枸杞葉片的光合速率的下降。干旱時氣孔導度下降是引起黑果枸杞光合速率降低的一個重要原因。已有研究顯示，黑果枸杞葉片的氣孔導度在100%和80%田間持水量條件下沒有明顯差異，但在田間持水量為60%和40%時，黑果枸杞葉片的氣孔導度呈現出下降趨勢［24］。

除氣孔導度外，葉綠素在光合作用中也具有重要作用。某些植物在干旱情況下能夠通過維持較高葉綠素含量，進而更有效地利用光能，增強抗旱性。相關研究表明，黑果枸杞的葉綠素含量在輕度干旱條件下無明顯變化；在重度干旱條件下則呈現顯著下降［21］。

1．3 干旱脅迫對黑果枸杞抗氧化防御系統及滲透調節能力的影響

植物面對干旱時體內能夠形成大量的活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）?；钚匝蹩梢哉{節植物細胞膜的通透性。丙二醛（Malondialdehyde，MDA）的含量是非常重要的氧化損傷指標［25］。MDA 可以與細胞內的特定組分相互作用，使細胞膜結構受到損傷，對蛋白的合成產生不利的影響，進而導致機體的生理機能下降［26］。黑果枸杞葉片中MDA含量與干旱程度呈正相關，這與干旱脅迫對俄羅斯大果沙棘、紫穗槐和紅葉桃的研究結果相似［27-29］。植物往往會提高超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（Catalase，CAT）、過氧化物酶（Peroxisome，POD）等的酶活性來降低ROS對細胞的損害［30］。已有研究顯示，黑果枸杞葉片中SOD含量在輕度干旱條件下無明顯變化；但葉片中SOD含量隨著干旱脅迫程度的增大呈現出先上升后下降的趨勢［22］。

滲透調控是植物抗干旱的又一個重要手段，它可以在一定程度上增加細胞內的滲透調控因子（如：脯氨酸、非結構性碳水化合物）。有報道指出，在中度干旱脅迫前期黑果枸杞植株體內脯氨酸含量顯著升高。隨著干旱脅迫時間延長，細胞內功能紊亂影響脯氨酸的合成與累積［31］，因此黑果枸杞的脯氨酸含量下降［32］。

2 黑果枸杞對鹽脅迫的響應

高濃度的Na+、Cl-能夠打破植物體內的離子和水勢平衡，導致植物生長停止。黑果枸杞具有較強的抗鹽性，通過調節體內的滲透物質以及抗氧化物質的含量，保證其正常的生長發育［30］。當前與黑果枸杞有關的耐鹽性研究主要涉及發芽率、葉片的外部形態特征、葉片的內部結構特征以及高鹽環境下黑果枸杞滲透調節物質和抗氧化物酶活性變化等幾個方面。

2．1 鹽分脅迫對黑果枸杞種子萌發的影響

在鹽堿脅迫下，黑果枸杞的生長受到不同程度的影響。黑果枸杞種子萌發在較小的中性鹽濃度下無顯著改變，在較高的中性鹽濃度下黑果枸杞種子萌發受到明顯的抑制。黑果枸杞種子萌發對NaCl的耐受范圍是90.7～242.2 mmol·L-1。0.3%～0.4% NaCl溶液對種子萌發促進效果最好［33］。此外，不同種類鹽溶液對黑果枸杞種子吸脹、萌發和幼苗生長的影響也不完全相同。多項研究顯示，黑果枸杞種子萌發率在NaCl、MgSO4和鹽漬土壤溶液均受到不同程度的抑制；但不同鹽溶液對種子萌發抑制效果也并不完全相同，其中，NaCl的影響最強烈，MgSO4次之，鹽漬土壤溶液對種苗的損傷最小，當NaCl濃度大于9 g·L-1時黑果枸杞種子不萌發；而18 g·L-1土壤溶液中黑果枸杞種子萌發率達到59%［33-36］。

黑果枸杞種子吸脹速率隨鹽脅迫程度的增大呈現先升高后降低的趨勢。在遭受鹽脅迫后，種苗組織受到不同程度損傷。與種子萌發率抑制效果相同，NaCl的影響最顯著，MgSO4次之，鹽漬土壤溶液對種苗的損傷最?。?3-36］。王恩軍等［37］研究結果顯示，黑果枸杞種子萌發的中性鹽濃度范圍為50～300 mmol·L-1，而堿性鹽的濃度范圍為2.5～100.0 mmol·L-1，表明黑果枸杞更加傾向于在堿性鹽的條件生長。劉克彪等［38］也得到了類似的研究結果，在濃度相同的情況下，不同種類鈉鹽對種子萌發率的影響為：NaHCO3>NaCl>復合鹽>Na2SO4。

鹽脅迫對黑果枸杞種子萌發的影響也與干旱脅迫相耦合。多項研究結果顯示，單一鹽脅迫或單一干旱脅迫抑制黑果枸杞種子萌發，在兩者同時脅迫下，種子發芽率顯著高于相同水平下的鹽分脅迫［39-41］。這可能是因為發芽抑制主要受滲透脅迫而非離子毒性影響，干旱對交叉脅迫下的鹽脅迫有一定的補償作用?？伸o等［31］研究結果顯示，低濃度水楊酸（Salicylic acid，SA）浸種處理能夠有效提高種子萌發抗旱性及耐鹽性，其中，以0.05 mmol·LSA-1浸種對交叉脅迫下種子萌發促進效果最為明顯。

2．2 鹽分脅迫對黑果枸杞生理特性的影響

米永偉等［42］對黑果枸杞的耐鹽機制研究表明，輕度鹽脅迫能夠提高黑果枸杞植株體內的相對含水量。但隨著鹽脅迫的加劇，黑果枸杞植株體的相對含水量會顯著降低。張榮梅［43］對不同種源黑果枸杞葉片中的含水量與鹽分脅迫的關系的研究結果表明，增加NaCl濃度導致不同種源黑果枸杞葉片中自由水含量下降、束縛水含量上升。這些研究結果表明在鹽脅迫下黑果枸杞可以通過調節自身的水勢維持正常生長發育。

黑果枸杞器官中鈉離子和氯離子相對含量在鹽分脅迫下均有所增加，其中，以葉片最為明顯。有報道指出，黑果枸杞葉片是鹽分主要聚集器官，因此，隨著鹽分濃度的增加，黑果枸杞葉片表現出逐漸退化的趨勢［42］。對黑果枸杞幼苗進行不同濃度NaCl處理，結果顯示，隨著NaCl脅迫程度的提高以及處理時間的延長，黑果枸杞幼苗根的質膜透性呈現出明顯增大趨勢，當NaCl濃度大于400 mmol·L-1時，幼苗的根不再生長［44］。上述結果揭示，黑果枸杞葉片和莖部的耐鹽能力強于根部的耐鹽能力。

2．3 鹽分脅迫對黑果枸杞光合作用的影響

適量的鹽分能夠提高葉綠素酶活性，從而促進葉綠素的合成。過量的鹽分會造成葉綠體的損傷，最終引起葉綠素成分損失。鹽脅迫對黑果枸杞中葉綠素含量的影響研究顯示，高鹽濃度時，黑果枸杞中葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素均顯著降低；低鹽濃度時，葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的含量則明顯升高［45］。

鹽脅迫也會引起黑果枸杞的光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度以及氣孔導度變化。已有研究表明，當鹽濃度為0～100 mmol·L-1時，氣孔限制是引起胞間CO2濃度降低的重要原因。隨著鹽濃度的增高，氣孔調節能力下降導致CO2在細胞間積累，因此非氣孔限制成為主要因素。鹽脅迫會引起葉片失水、降低蒸騰速率，進而導致凈光合速率下降。前人在研究鹽脅迫對枸杞光合作用的氣孔與非氣孔限制時也觀察到類似的現象，隨著鹽脅迫程度的增高，非氣孔限制會逐漸取代氣孔限制成為控制光合速率的主要因素，呼吸作用產生的CO2在枸杞細胞間積累引起胞間CO2濃度的升高［46-49］。

一般認為，健康植株的最大光化學效率保持在0.80～0.83之間，最大光化學效率小于0.80表示鹽分抑制了光合作用的電子傳遞，造成光合速率降低。李遠航等［50］研究鹽脅迫對黑果枸杞光合生理指標的影響發現，黑果枸杞的最大光化學效率在不同程度的鹽脅迫下出現波動趨勢，最大光化學效率隨著脅迫程度增大會顯著下降。于文穎等［51］在研究鹽脅迫下玉米葉綠素熒光特性變化時也觀察到同樣的規律，認為鹽脅迫抑制了植株光合作用的原初反應，從而引起植株光化學效率降低。

2．4 鹽分脅迫對黑果枸杞抗氧化防御系統及滲透調節能力的影響

鹽分脅迫時植物會增加SOD、CAT、POD等抗氧化酶的活性，以此降低ROS對細胞的損害。植物體內的抗氧化酶活性變化與植物的耐鹽性有關。黑果枸杞受到鹽脅迫時，葉片的SOD 和CAT 酶活性會增加。有報道指出，黑果枸杞幼苗經過0～12 h混合鹽處理后植株體內SOD活性穩步上升，POD活性先升后降［52-53］。黑果枸杞幼苗經過10 d NaCl處理后，SOD活性隨鹽濃度提高略有增加［54］，而POD活性隨鹽濃度提高呈現先升后降的趨勢，其中，100 mmol·L-1NaCl處理時POD活性最高，這一結果與前人研究結果一致［44，55］。張榮梅等［56］綜合分析不同種源黑果枸杞在鹽脅迫下抗氧化酶的變化趨勢發現，黑果枸杞在受到鹽脅迫時，SOD和CAT酶活性均呈先上升后下降的趨勢，POD酶活性呈下降趨勢，這表明在黑果枸杞在受到鹽脅迫時SOD和CAT可能對抵御鹽害產生重要的影響。

植物為了能夠在高鹽堿環境生存，其細胞會積累大量的脯氨酸、甜菜堿、可溶性蛋白質、多元醇與糖類等滲透調節物質。王靜等［57］研究NaCl脅迫對黑果枸杞幼苗生理及生化指標的影響時發現，NaCl濃度低于100 mmol·L-1時黑果枸杞幼苗游離脯氨酸含量穩定，沒有顯著變化；當鹽濃度增加至200 mmol·L-1時幼苗體內脯氨酸含量呈現出顯著升高的趨勢。細胞膜的穩定性決定了植物對鹽分脅迫的抗性強弱。MDA含量是表征細胞膜受損程度的重要指標［57］。在NaCl脅迫下，黑果枸杞幼苗在鹽濃度低于100 mmol·L-1時，MDA含量未發生顯著變化；當鹽濃度增大到200 mmol·L-1時幼苗MDA含量呈現出顯著升高的趨勢［57］。由此可見，黑果枸杞幼苗對低濃度鹽具有很好的適應能力，而在高濃度鹽脅迫時也可以通過改變滲透物質的含量，進而表現出良好的耐鹽特征。

3 黑果枸杞對其他逆境脅迫的響應

環境溫度過高會破壞植物的細胞及葉綠體，引起光抑制，造成黑果枸杞幼苗水分流失，導致次生干旱脅迫。環境溫度過低則會造成生物膜的通透性增大，導致凍害和冷害。目前，國內外對黑果枸杞的高溫和低溫處理報道很少。趙晶忠等［58］黑果枸杞果實和種子為對象，使用PEG-6000溶液模擬研究溫度對黑果枸杞出苗率、出苗勢、出苗指數及恢復發芽率的影響，結果顯示，低溫層積能夠顯著地抑制黑果枸杞的冬眠，提高種子和果實出苗率和出苗速率。

黑果枸杞最為常見的病蟲害包括蚜蟲、白粉病、黑霉果病、根腐病。楊春樹等［59］發現黑果枸杞苗期很容易感染根腐病，噴灑40%氧化樂果和多菌靈溶液可以有效防治根腐病。王建民等［60］研究結果顯示，10%吡蟲啉可或3%高滲苯氧威能夠防治蚜蟲、癭螨等蟲害。有試驗結果顯示，白粉病、黑果病的主要處理方法是使用退菌特、多菌靈、波爾多水，在根腐病發病的早期，施用1%～3%的硫酸亞鐵水進行控制，70%的代森錳鋅可以達到90%的抑制作用［60］。

4 黑果枸杞繁育與栽培

種子萌發是作物培植繁育的關鍵因素，因此，對黑果枸杞種子貯藏和萌發條件進行系統研究具有非常重要的意義。有報道指出，通過低溫配合層積處理使黑果枸杞種子進入休眠狀態，播種后其萌發率較常規方法有大幅度提升［61］。劉榮麗等［62］在對比不同植物生長調節劑對黑果枸杞種子萌發及幼苗生長的影響后發現，黑果枸杞種子在150 mg·L-1赤霉素溶液中浸泡1 d后，其萌發率可由56%提升至94%。上述研究結果為推廣黑果枸杞育苗技術提供了堅實的理論依據。

幼苗生長是另一個關鍵階段。有研究表明，黑果枸杞幼苗生長與土壤養分空間差異關系密切，黑果枸杞在鹽堿化沙地上主要為冠幅生長，而在鹽堿荒地上主要為地徑增粗生長［63-64］。此外，不同種源黑果枸杞苗期生長差異研究顯示，甘肅種源的黑果枸杞幼苗各生長指標最高，整個生長期生長速度較快，其次為青海種源的黑果枸杞幼苗，而新疆的種源的黑果枸杞幼苗最?。?5］。

5 展望

研究黑果枸杞的逆境生長特性、培育優良的黑果枸杞品種，不但可以改善科爾沁沙地生態環境，同時還能促進該地區經濟發展。目前，關于黑果枸杞的基礎研究還十分薄弱。有關黑果枸杞在逆境環境下的生理變化和抗逆反應的研究僅僅集中在黑果枸杞對單一環境脅迫的響應。深刻理解黑果枸杞在多種逆境脅迫下的響應機制，對于在科爾沁沙地栽培種植黑果枸杞至關重要。此外，盡管黑果枸杞市場需求很大，但受限于果小、刺多、野生及無優良栽培品種等特點，對黑果枸杞開發利用還有一定的難度。因此，筆者建議如下：①加強黑果枸杞種源分布調查和種源試驗；②掌握逆境條件下黑果枸杞的形態特征，建立相應的生長模型；③建立健全的黑果枸杞組培體系，加強其分子水平基礎研究。