張?jiān)迄i　許昕薷　戴紹軍　李瑩1

摘要 ? ?蒙古柳是楊柳科柳屬的灌木或小喬木，具有耐旱和鹽堿特性，是固沙造林、改良貧瘠土壤的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種之一，具有較高的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文綜述了蒙古柳的形態(tài)特征、鹽堿應(yīng)答特性以及遺傳轉(zhuǎn)化體系等方面的研究進(jìn)展，以期為深入研究蒙古柳逆境應(yīng)答分子機(jī)理提供參考。

關(guān)鍵詞 ? ?蒙古柳;形態(tài)特征;逆境應(yīng)答;基因

中圖分類號(hào) ? ?S792.12 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2020）16-0102-02

Research ?Progress ?on ?Adversity ?Response ?of ?Salix ?linearistipularis

ZHANG Yun-peng 1 ? ?XU Xin-ru 1 ? ?DAI Shao-jun 2 * ? ?LI Ying 1

（1 Key Laboratory of Saline-alkali Vegetation Ecology Restoration ，Ministry of Education，College of Life Sciences，Northeast Forestry University，Harbin Heilongjiang 150040; 2 Development Center of Plant Germplasm Resources，College of Life Sceences，Shanghai Normal University）

Abstract ? ?Salix linearistipularis belongs to Salix in Salicaceae， is shrub or dungarunga species with strong tolerance for drought and salineal-kaline. It is one of dominant tree species for sand-fixation， afforestation and barren soil improvement， which has high ecological， economic and social benefits. In this paper， the morphological characteristics， salinealkaline response and genetic transformation system of Salix linearistipularis were revie-wed. This will provide valuable information for better understanding of the molecular mechanisms of adversity response in Salix linearistipularis.

Key words ? ?Salix linearistipularis; morphological characteristic; adversity response; gene

蒙古柳（Salix linearistipularis），又稱筐柳，是楊柳科柳屬多年生木本植物，為灌木或小喬木。蒙古柳主產(chǎn)于我國(guó)陜北榆林地區(qū)，主要分布于東北、西北和中部地區(qū)，在蒙古和俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)也有分布[1]，常分布于海拔100～1 800 m的平原、低濕地、河湖岸邊及鹽堿化草甸。蒙古柳具有較強(qiáng)的抗逆能力，是蘇打鹽堿地內(nèi)唯一具有群落分布的木本植物，也是我國(guó)松嫩平原鹽堿地區(qū)域內(nèi)珍貴的鹽生木本植物資源。蒙古柳是菌根形成的宿主植物，其根系形成的菌根能使根部周圍土壤的pH值降低，能有效改善鹽堿地土壤環(huán)境[2]。但是，蒙古柳的人工引種栽培技術(shù)目前尚不成熟[3]，其耐鹽堿的分子生理學(xué)研究也十分匱乏。本文對(duì)蒙古柳形態(tài)特征、鹽堿應(yīng)答特性以及遺傳轉(zhuǎn)化體系建立進(jìn)行了綜述，以期為蒙古柳的推廣種植提供參考。

1 ? ?蒙古柳形態(tài)特征

蒙古柳株高2～8 m，為灌木或小喬木。樹(shù)皮為黃灰色至暗灰色，枝條暗綠至暗黃色，細(xì)長(zhǎng)且無(wú)毛，柔軟叢生。葉片長(zhǎng)8～15 cm、寬0.6～1.2 cm，托葉與葉片均為線形或披針形線狀。幼葉呈嫩綠色，葉片表面有絨毛，邊緣有腺齒;成熟后葉片呈深綠色，葉表面絨毛脫落，葉片背面呈灰白色。成熟的蒙古柳種子呈白綠色、深綠色或暗綠色，為類長(zhǎng)圓柱形。種子頂端有凸起，由種臍、種脊和種阜組成。種子具有白色冠毛，無(wú)翅、刺、芒等附屬物，白色冠毛長(zhǎng)度為種子長(zhǎng)度的3～6倍。蒙古柳種子由種皮和胚構(gòu)成，種皮較薄，由透明的角質(zhì)層構(gòu)成，側(cè)表面呈皺裙?fàn)?胚具有2片子葉，由薄壁細(xì)胞構(gòu)成，胚細(xì)胞大小、形狀幾乎一致，呈類圓形。蒙古柳植株結(jié)實(shí)率較高，種子無(wú)休眠現(xiàn)象。但蒙古柳種子萌發(fā)對(duì)土壤水分需求極為嚴(yán)格，只有在土壤含水量為100%～200%的條件下才能萌發(fā)，常生長(zhǎng)在河邊、平原低濕地或湖岸邊，并且低溫保存有利于延長(zhǎng)種子活性[4]。

蒙古柳是一種典型的雌雄異株植物，雌雄株存在明顯差異[5]。雄株的鮮重、干重、葉長(zhǎng)寬、葉面積、上表皮角質(zhì)層厚度及氣孔密度均大于雌株，而雄株葉片下表皮角質(zhì)層厚度和氣孔密度卻小于雌株。生理指標(biāo)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，雌株體內(nèi)游離脯氨酸、丙二醛、葉綠素含量均高于雄株，而相對(duì)電導(dǎo)率和可溶性糖含量低于雄株。利用掃描電鏡觀察蒙古柳成熟期葉片的顯微結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，雄株第1層?xùn)艡诮M織厚度明顯小于雌株。此外，蒙古柳雌雄株花芽也存在顯著差別。在花芽分化初期，雄花花芽呈類三角形，雌花花芽呈類橢圓形，且雄花花芽大于雌花花芽;在花芽發(fā)育期，雄花花芽膨大伸長(zhǎng)速率小于雌花花芽;成熟期，雄花花芽體積小于雌花花芽。雌花花芽頂部呈尖銳狀，花芽尖微翹與枝條呈一定角度;雄花花芽頂部平滑緊附于枝條。雌花雌蕊子房分化時(shí)間要長(zhǎng)于雄花雄蕊分化時(shí)間，通常雌花雌蕊子房分化時(shí)間比雄花花藥分化時(shí)期提前1周左右。雌蕊蜜腺發(fā)達(dá)，在分化期持續(xù)發(fā)育，而雄蕊中未見(jiàn)明顯蜜腺。在花序期，雌雄花均為柔荑花序，雄花序比雌花序短，同時(shí)雄花壽命也短于雌花。雄花散粉后萎蔫脫落，雌花將繼續(xù)生長(zhǎng)發(fā)育[5]。因此，在春季通過(guò)觀察花芽與小枝夾角、花芽萎蔫脫落程度、葉表皮毛的基本形態(tài)可初步確定蒙古柳的性別。

2 ? ?蒙古柳逆境應(yīng)答研究

蒙古柳根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)迅速，萌芽力強(qiáng)，耐寒耐熱，對(duì)鹽堿、干旱等非生物脅迫有較強(qiáng)的適應(yīng)力。錢路[4]分析蒙古柳種子抵御鹽、堿、干旱脅迫能力發(fā)現(xiàn)，用5% PEG6000處理的蒙古柳種子萌發(fā)率略高于未經(jīng)處理的種子，而20% PEG6000處理的種子萌發(fā)被抑制，萌發(fā)率明顯低于未經(jīng)處理的種子?？梢?jiàn)，低濃度PEG6000可促進(jìn)蒙古柳種子萌發(fā)。在鹽堿脅迫下，蒙古柳種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)、萌發(fā)指數(shù)、種子活力均一定程度受到鹽堿抑制，低濃度的NaHCO3（10～30 mmol/L）卻促進(jìn)蒙古柳胚根的伸長(zhǎng)[4]。在50 mmol/L NaCl和10 mmol/L NaHCO3脅迫處理下，已培養(yǎng)30 d的蒙古柳幼苗生長(zhǎng)狀態(tài)優(yōu)于未經(jīng)處理的蒙古柳幼苗;100 mmol/L NaCl和40 mmol/L NaHCO3處理的蒙古柳幼苗能繼續(xù)生長(zhǎng)，但葉片出現(xiàn)鹽害癥狀。對(duì)葉片和根的顯微結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn)，鹽堿處理后氣孔關(guān)閉，同時(shí)氣孔下陷數(shù)量明顯增加，這可能有利于減少體內(nèi)水分散失;鹽堿處理后根部結(jié)構(gòu)改變，根的表皮和外皮層消失，皮層薄壁組織出現(xiàn)不規(guī)則分布，通氣組織消失，維管束初生木質(zhì)部導(dǎo)管數(shù)量減少，但導(dǎo)管直徑增大，這可能有利于水分運(yùn)輸，支持蒙古柳幼苗在鹽堿脅迫下繼續(xù)生長(zhǎng)[4]。蒙古柳雌、雄株對(duì)鹽的耐受性存在差異，雌株的耐鹽堿能力更強(qiáng)[6]。

在鹽脅迫條件下，缺氮和氮過(guò)量都抑制蒙古柳種子萌發(fā)和根的生長(zhǎng)。氮素過(guò)量對(duì)蒙古柳種子萌發(fā)和根生長(zhǎng)抑制更明顯，植株氮素代謝（尤其是尿素代謝）的產(chǎn)物尿素和NH4+含量明顯高于缺氮植株。鹽脅迫下，更換不同形式氮源（尿素、精氨酸、硝酸鉀、氯化銨和硝酸銨）對(duì)植株的影響不同[7]。以硝酸鉀作唯一氮源時(shí)，蒙古柳種子萌發(fā)率未受影響，其體內(nèi)尿素和NH4+含量沒(méi)有明顯變化;而分別以尿素、精氨酸、氯化銨和硝酸銨作唯一氮源時(shí)，隨著氮濃度升高，蒙古柳種子萌發(fā)率明顯降低，體內(nèi)氮素代謝產(chǎn)物顯著升高。這可能是尿素、精氨酸、氯化銨和硝酸銨在氮素代謝過(guò)程中均能產(chǎn)生尿素并促進(jìn)尿素代謝造成的。外源加入精氨酸酶抑制、脲酶抑制劑都能阻斷精氨酸分解產(chǎn)生尿素和尿素代謝，種子萌發(fā)率受抑制程度得到緩解，種子內(nèi)尿素和NH4+含量也顯著性下降?？梢?jiàn)，阻斷尿素生成與代謝可以緩解鹽脅迫對(duì)蒙古柳種子萌發(fā)造成的影響[7]。

3 ? ?蒙古柳鹽應(yīng)答基因功能分析

利用RNA-sequence技術(shù)對(duì)未處理和100 mmol/L NaCl處理的蒙古柳葉片進(jìn)行分析，鑒定出3 034個(gè)差異基因，其中上調(diào)表達(dá)基因1 397個(gè)，下調(diào)表達(dá)基因1 637個(gè)。GO富集分析顯示，這些基因富集于50個(gè)亞類中，主要包括次生代謝產(chǎn)物的生物合成、植物病原菌互作、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等代謝通路中[8]。利用RNA-sequence技術(shù)對(duì)蒙古柳萌動(dòng)期雌花花芽、雄花花芽以及雌雄株葉芽進(jìn)行分析，以雄株葉芽為對(duì)照，共有153個(gè)雄花花芽特異表達(dá)基因，這些基因主要參與果實(shí)成熟、花序形態(tài)形成、負(fù)調(diào)控長(zhǎng)日照光周期、開(kāi)花、葉片衰老5個(gè)代謝通路中;以雌株葉芽為對(duì)照，共有292個(gè)雌花花芽特異表達(dá)基因，主要參與生長(zhǎng)素合成、胚乳發(fā)育、分生組織形成等[9]。

汪振娟[10]克隆得到定位于細(xì)胞核中的SaWRKY28基因。在80 mmol/L NaCl、6 mmol/L NaHCO3脅迫下，轉(zhuǎn)SaWRKY28基因擬南芥植株比野生型植株具有更強(qiáng)的耐鹽堿能力。由此可見(jiàn)，SaWRKY28轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子在蒙古柳抵御鹽堿脅迫過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。

南桂仙等[8]將轉(zhuǎn)基因擬南芥和野生型擬南芥在不同的逆境下進(jìn)行抗性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蒙古柳金屬硫蛋白基因在1.3 mol/L和1.5 mol/L NaCl、3 mmol/L和3.5 mmol/L NaHCO3、70 μmol/L和 80 μmol/L CuCl2、100 μmol/L和150 μmol/L CdCl2、0.8 mol/L和1 mol/L ZnCl2脅迫處理下，轉(zhuǎn)SaMT基因擬南芥種子的萌發(fā)率高于野生型;在150 mmol/L和170 mmol/L NaCl、3 mmol/L NaHCO3、3 mmol/L H2O2、100 μmol/L和150 μmol/L CdCl2、300 mmol/L和350 mmol/L Sorbital處理下，轉(zhuǎn)SaMT基因擬南芥根長(zhǎng)度高于野生型。由此表明，蒙古柳金屬硫蛋白基因的過(guò)表達(dá)能顯著增強(qiáng)擬南芥植株對(duì)NaCl、NaHCO3、H2O2、CuCl2、ZnCl2、CdCl2的抗性。

4 ? ?蒙古柳遺傳轉(zhuǎn)化體系的建立

GUAN Q J等[11]初步建立了蒙古柳遺傳轉(zhuǎn)化體系，以蒙古柳葉片作為外植體，利用含有1.5 mg/L 2，4-二氯苯氧基乙酸（2，4-D）、0.5 mg/L 6-芐氨基腺嘌呤（6-BA）、30 g/L 萘乙酸（NAA）的MS培養(yǎng)基可獲得蒙古柳愈傷組織，經(jīng)過(guò)不定芽分化和不定根誘導(dǎo)，獲得蒙古柳再生植株。利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)染的方式將pCXSN-gus質(zhì)粒轉(zhuǎn)入幼嫩蒙古柳愈傷組織，可獲得轉(zhuǎn)基因植株。這為蒙古柳耐逆分子機(jī)理研究奠定了基礎(chǔ)。

5 ? ?展望

蒙古柳是我國(guó)北部重要的耐鹽堿樹(shù)種，易繁殖，生長(zhǎng)快，萌芽力強(qiáng)。目前，對(duì)蒙古柳形態(tài)結(jié)構(gòu)、繁殖方式、遺傳轉(zhuǎn)化以及逆境應(yīng)答基因功能的研究十分有限[12-13]。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展蒙古柳植物資源調(diào)查、耐逆品種選育，并利用整合組學(xué)與分子遺傳學(xué)技術(shù)深入揭示蒙古柳逆境應(yīng)答分子機(jī)理是將來(lái)急需開(kāi)展的工作[14-15]。

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基金項(xiàng)目 ? 中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（2572018BS03;2572017ET01）。

作者簡(jiǎn)介 ? 張?jiān)迄i（1995-），男，黑龍江綏化人，在讀碩士研究生。研究方向：蒙古柳蛋白質(zhì)組學(xué)研究。

通信作者

收稿日期 ? 2020-04-05