羊草对盐碱胁迫响应的研究进展
来源:用户上传
作者:
摘要：羊草是赖草属牧草，对各种生长环境具有较强的适应能力，尤其耐盐碱，灰型羊草在可溶性盐总量为0.3%的土壤中均可生长，是我国北方天然盐碱地中的优势草种。现综述羊草响应盐碱胁迫的机理，为盐碱化草地改良提供理论依据。
关键词：羊草;盐碱化;生长特性;生理生化;分子生物学
中图分类号：S543.9 文献标识码：B
文章编号：2095-9737（2019）04-0008-02
羊草营养价值高、适口性好，家畜喜食，既能夏秋抓膘又可冬季补饲，是优良的牧草资源。羊草为根茎型多年生禾本科牧草，抗旱、耐寒、耐盐碱、耐贫瘠，是改善我国北方草原生态环境和改良退化草原及盐碱化土地的优势草种。我国东北地区的盐碱土主要分布在松嫩平原，由于自然和人为因素的影响，盐碱化面积呈逐年增加的趋势。羊草作为松嫩平原的优势草种，其抗盐碱的研究对盐碱化土壤的改良和生物防治起着重要的作用。
1 生长特性响应
生长受到抑制是作物相应盐碱胁迫的生理过程。羊草种子的发芽率随盐碱浓度的增加呈下降的趋势，且碱胁迫对羊草种子的抑制作用更强，解除胁迫能恢复发芽，总发芽率有所降低。混合盐碱浓度在20 mmol/L以下时，农菁11号羊草和东北羊草的种子发芽率、发芽指数和种子活力均高于对照处理，混合盐碱浓度高于60 mmol/L时，二者的种子发芽率、发芽指数和种子活力低于对照处理;混合盐碱浓度大于20 mmol/L时，根长和苗长均不同程度的降低[1]。羊草幼苗的生长和分蘖数在轻度盐碱胁迫下有所增加，重度胁迫下，地上及地下部分的干鲜重呈下降趋势;羊草地上和地下部分Na+含量随胁迫的强度呈增加趋势，根系能够在高Na+环境中保持正常生长所需的Na+浓度[2]。盐胁迫对羊草地下部分的影响较地上部分更显著，适度的盐碱胁迫能促进羊草总茎密度、根密度和根生物量的增加，随着盐胁迫的增强则逐渐降低[3]。模拟盐碱胁迫处理对羊草个体生长特征、叶片、根茎和根系的影响实验，结果表明，羊草单株生物量、叶片及地下生物量随盐浓度大的增加呈下降趋势，茎生物量和株高呈增大趋势，碱处理下，各项指标不同程度的降低[4]。对不同盐碱梯度生境下羊草根茎生长的研究结果显示，盐浓度对羊草根茎影响显著，根茎长度、节密度、根茎生物量和根茎能量随盐碱程度的增加逐渐减小，pH值对根茎生长的抑制作用随盐浓度的增强而增大[5]。
2 生理生化響应
盐碱胁迫下，羊草通过调节体内的生理生化指标以及Na+、K+浓度维持细胞离子平衡，提高对盐碱胁迫的耐受能力。室内模拟盐碱胁迫对羊草生理特性的实验显示，羊草体内的过氧化氢酶活性和脯氨酸、可溶性蛋白、丙二醛含量随土壤pH值和胁迫时间的增加呈先增加后降低的趋势，且均高于对照组，叶片中Na+含量逐渐增加、K+含量则逐渐减少[6]。随盐碱胁迫浓度的增加羊草叶、茎、根茎生物量显著降低，羊草根茎子株、分蘖子株和总子株数受到抑制，光合作用指标（光合速率、气孔导度和蒸腾速率）显著下降，K+含量降低，Na+含量和Na+/K+则显著增加[7]。随土壤盐碱化程度的增强，羊草叶片内甜菜碱含量和过氧化氢酶活性与土壤的电导率呈正相关，脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性及过氧化物酶活性与土壤pH值正相关[8]。 盐碱胁迫下羊草的生理生化研究表明，随盐碱胁迫的增强，羊草体内Na+含量、渗透调节物质（脯氨酸、丙二醛、有机酸）、抗氧化酶（过氧化物酶、过氧化氢酶）、可溶性蛋白、可溶性糖含量呈增加的趋势，超氧化物歧化酶和甜菜碱则是在中度胁迫时含量最高;盐碱胁迫下，羊草体内K+含量、甜菜碱、有机酸和可溶性蛋白含量叶片积累高于根茎，而脯氨酸、丙二醛、过氧化物酶和可溶性糖含量则是根茎高于叶片[9]。
3 分子生物学响应
羊草体内蕴含着丰富的耐盐碱胁迫的蛋白质和基因资源，部分基因逐步被挖掘出来。对羊草转录因子家族进行差异基因表达分析，WRKY、C3HL、NAC转录因子家族在调控盐碱胁迫响应时起着重要的作用。利用荧光双向差异凝胶电泳对盐碱胁迫下羊草进行差异蛋白质分析，荧光双向差异凝胶电泳获得74个差异蛋白点，其中上调蛋白44个，下调蛋白30个，质谱鉴定33个蛋白信息已知[10]。细胞内Na+浓度的升高是盐碱胁迫下植物生长受抑制的主要原因，Na+/H+逆向转运蛋白的主要作用是调节植物体内的pH值以及维持细胞Na+平衡。李晓薇等从羊草中克隆出Na+/H+逆向转运蛋白基因LcNHX1，初步分析结果显示，该基因全长2022bp，其中开放阅读框（Open reading frame，ORF）1614bp，编码537个氨基酸，拟南芥超表达该基因比野生型有较强的抗盐碱能力[11]。钙离子是细胞的第二信使，在信号转导中起着重要的作用，其水平高低依靠钙依赖型蛋白激酶（CDPK）调节。对羊草钙依赖型蛋白激酶基因（LcCDPK）克隆分析，该基因全长1704bp，ORF区 1647bp，编码548个氨基酸，实施荧光定量PCR分析CDPK基因在低PEG、盐碱胁迫下表达下调，高浓度处理下表达上调，根和叶片中的CDPK基因在盐碱处理下的表达高于干旱处理[12]。14-3-3蛋白是由一个基因编码的可与靶蛋白作用调控多种生理机制的高度保守酸性二聚体可溶性蛋白。赵英等通过EST（expressed sequence tags）序列和RACE（Rapid-amplification of cDNA ends）技术克隆出羊草14-3-3蛋白基因，该基因全长1048bp，ORF区792bp，编码263个氨基酸，RT-PCR分析该基因在羊草的叶片和根部都有表达，叶片的表达量高于根部[13]。
由于盐碱地对农业生产和生态环境危害较大，其改良一直备受重视，相较于工程、物理、化学等改良措施，生物改良的经济和生态价值更为突出。耐盐牧草不仅可以吸收转移部分盐分，还可降低增发防止盐分累积、改善土壤理化性质和土壤微生物环境，除此之外还可产生一定的饲用价值，是盐碱地生物改良的重要措施之一。盐碱胁迫下，羊草体内发生一系列的生理生化反应，基因如何调控，各通路之间如何协同响应逆境胁迫以及启动防御机制，目前的研究还未明了，需要进一步的研究探索。
参考文献：
[1] 申忠宝，潘多锋，王建丽，等.混合盐碱胁迫对5种禾草种子萌发及幼苗生长的影响[J].草地学报，2012，20（5）：914-920.
[2] 马红媛，梁正伟，孔祥军，等.苏打盐碱胁迫下羊草的生长特性与适应机制[J].土壤学报， 2008，45（6）：1203-1207.
[3] 关胜超. 盐碱胁迫对羊草根茎生长的影响[D].长春：吉林大学，2011.
[4] 曹明. 盐碱胁迫对羊草个体生长及克隆繁殖性状的影响[D].长春：东北师范大学，2017.
[5] 刘滨硕，钟春玲.盐碱胁迫对羊草形态性状及抗氧化酶活性的影响[J].科学技术与工程，2016，16（34）：158-161.
[6] 李新玲，徐香玲，张月学.盐碱胁迫下羊草的生理特性与适应机制[J].安徽农业科学， 2012，40（28）：13825-13827，13873.
[7] 李晓宇，蔺吉祥，李秀军，等.羊草苗期对盐碱胁迫的生长适应及Na+、K+代谢响应[J].草业学报，2013，22（1）：201-209.
[8] 崔喜艳，刘忠野，胡勇军，等.不同盐碱草地羊草叶片渗透调节物质含量和抗氧化酶活性的比较[J].中国草地学报，2012，34（5）：40-46.
[9] 刘滨硕，康春莉，王鑫，等.羊草对盐碱胁迫的生理生化响应特征[J].农业工程学报， 2014，30（23）：166-173.
[10] 解莉楠，张旸，聂玉哲.盐碱胁迫条件下羊草差异表达蛋白质组学的研究[J].草地学报， 2015，23（3）：549-556.
[11] 李晓薇，郭嘉，王鑫，等.羊草液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因LcNHX1的克隆及功能分析[J].中国草地学报，2017，39（5）：1-9.
[12] 崔喜艳，张继伟，秦思余，等.羊草钙依赖型蛋白激酶基因生物信息学及表达特性分析[J].中国草地学报，2015，37（3）：11-18.
[13] 赵英，刘晶莹，杨梦丹，等.羊草14-3-3基因的克隆及序列分析[J].西北农业学报，2018，27（2）：269-274.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14904786.htm
