黑果枸杞对西辽河流域逆境土壤响应的研究与展望

张庆国，范 富，2，李丰义，侯迷红，马金慧

（1.内蒙古民族大学农学院，内蒙古 通辽 028043；
2.内蒙古自治区饲用作物工程技术研究中心，内蒙古 通辽 028000）

科尔沁沙地位于西辽河平原，包括18个市（县、旗），总面积5.06×104 km2［1］。科尔沁沙地属于温带大陆性季风气候，平均降水量约为300～400 mm，降水量多集中于7—9月，约占全年降水量的70%～80%。降水量和蒸发量严重失衡导致科尔沁沙地水资源短缺［2］。栗钙土是科尔沁沙地主要的地带性土壤。此外，科尔沁沙地因风速高、沙含量大以及严重的人为扰动，形成了广泛分布的非地带性风沙土。风沙土质地粗糙，储存水分能力差，适合栽植的植物种类少，造成该区具有可耕作潜在价值土壤资源的巨大浪费［3-4］。据调查，科尔沁沙地植物120科510属。按照植物所生长的土壤类型，可将其划分为盐生植被和沙生植被。前者主要有巧废草、盐角草、盐爪爪等；
而耐沙埋、抗沙侵蚀的骆驼刺、梭梭、仙人掌等则是沙生植被的主要类型［5-6］。这些植物虽耐盐、耐旱性强，但生态及经济价值较低，难以大面积推广。根据遥感影像显示，1980—2016年期间科尔沁沙地草地面积不断减少，沙地比重日益增大，生态环境非常脆弱［7］。因此，如何筛选研发培育适宜的经济植物，对科尔沁沙地生态建设和经济发展具有深远意义。

黑果枸杞（Lycium ruthenicum Murr.）为茄科枸杞属植物，叶肉质、无柄，枝上具有棘刺，成熟后果实为紫黑色浆果，主要生长在我国西部西北地区，在欧洲、中亚等地也有分布［8-10］。由于根系持水能力较强，故黑果枸杞是荒漠地区防风固沙以及水土保持的主要建群树种［11］。黑果枸杞可用于治疗心脏病等病症，具有非常高的商业开发价值，被誉为 “软黄金”［12-16］。目前，黑果枸杞分布于我国西北地区和西藏等地，将其引入科尔沁沙地可为该地区带来巨大的生态和经济效益［17］。

对植物造成伤害的环境称为逆境或逆境胁迫。由生物（如微生物、病虫害等）引起的胁迫称为生物胁迫。因干旱、盐渍等外界自然条件变化对植物造成的胁迫称为非生物胁迫。植物在逆境环境下通常会表现出一系列生理和形态上的变化，如水分代谢紊乱、细胞膜变性、叶片枯萎、根系腐烂、气孔关闭等严重时甚至造成植物死亡［18］。植物会通过调节自身体内相关基因的表达过程以减轻损伤，适应各种恶劣环境。因此，逆境诱导驯化是培育抗逆品种的有效途径［19-21］。笔者整理了近些年黑果枸杞在生物和非生物胁迫中的受耐性等方面的研究进展，旨在为黑果枸杞在科尔沁沙地的优质栽培提供理论依据。

在面对胁迫时，植物可以在形态、生理和分子水平上调整不同的响应和适应机制来维持正常生长。当前与黑果枸杞有关的干旱胁迫研究主要涉及3个方面，分别是干旱胁迫时黑果枸杞的生长特性、干旱胁迫时黑果枸杞的光合特性以及干旱胁迫时黑果枸杞的抗氧化防御系统和渗透调节能力。

1．1 干旱胁迫对黑果枸杞植物形态的影响

在干旱初期，植物根系受到土壤缺水的刺激后会向其地上部分传递信号物质，植物地上部分通过调节生长速率或特定的形态构造来降低干旱所带来的不良影响。一般来说，植物形态对干旱的响应顺序从快到慢分别是株高、根系形态和叶片形态。对黑果枸杞进行长达60 d的干旱处理后发现，其株高随着干旱胁迫的增加呈现出下降趋势，表明干旱抑制了植株的生长。黑果枸杞可能通过长出大量的茎刺消减干旱胁迫对生长的伤害［22］。干旱程度的提高会导致黑果枸杞的有茎刺植株比率、有茎刺分枝比率、出刺叶腋比率等指标明显增大。已有研究显示，在田间持水100%和80%时，黑果枸杞有茎刺植株比率、有茎刺分枝比率均为0%；
而在60%和40%的情况下，黑果枸杞的有茎刺植株比率为100%，有茎刺分枝比率分别为56%和70%［23］。

在干旱条件下，叶片的形态和生理响应是减少植物体内水分损失、提高土壤水分利用效率的重要因素。干旱的植物叶片一般小而厚，同时叶片表面具有更多的毛状体。上述形态改变能够有效地降低植物蒸腾作用。李得禄等［23］通过比较不同条件下黑果枸杞叶片长度、宽度、厚度发现，黑果枸杞叶片因干旱条件而表现出显著的差异性，土壤含水率越小，黑果枸杞叶片越小。

1．2 干旱胁迫对黑果枸杞光合作用的影响

干旱程度的提高也会导致黑果枸杞叶片的光合速率的下降。干旱时气孔导度下降是引起黑果枸杞光合速率降低的一个重要原因。已有研究显示，黑果枸杞叶片的气孔导度在100%和80%田间持水量条件下没有明显差异，但在田间持水量为60%和40%时，黑果枸杞叶片的气孔导度呈现出下降趋势［24］。

除气孔导度外，叶绿素在光合作用中也具有重要作用。某些植物在干旱情况下能够通过维持较高叶绿素含量，进而更有效地利用光能，增强抗旱性。相关研究表明，黑果枸杞的叶绿素含量在轻度干旱条件下无明显变化；
在重度干旱条件下则呈现显著下降［21］。

1．3 干旱胁迫对黑果枸杞抗氧化防御系统及渗透调节能力的影响

植物面对干旱时体内能够形成大量的活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）。活性氧可以调节植物细胞膜的通透性。丙二醛（Malondialdehyde，MDA）的含量是非常重要的氧化损伤指标［25］。MDA 可以与细胞内的特定组分相互作用，使细胞膜结构受到损伤，对蛋白的合成产生不利的影响，进而导致机体的生理机能下降［26］。黑果枸杞叶片中MDA含量与干旱程度呈正相关，这与干旱胁迫对俄罗斯大果沙棘、紫穗槐和红叶桃的研究结果相似［27-29］。植物往往会提高超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）、过氧化氢酶（Catalase，CAT）、过氧化物酶（Peroxisome，POD）等的酶活性来降低ROS对细胞的损害［30］。已有研究显示，黑果枸杞叶片中SOD含量在轻度干旱条件下无明显变化；
但叶片中SOD含量随着干旱胁迫程度的增大呈现出先上升后下降的趋势［22］。

渗透调控是植物抗干旱的又一个重要手段，它可以在一定程度上增加细胞内的渗透调控因子（如：脯氨酸、非结构性碳水化合物）。有报道指出，在中度干旱胁迫前期黑果枸杞植株体内脯氨酸含量显著升高。随着干旱胁迫时间延长，细胞内功能紊乱影响脯氨酸的合成与累积［31］，因此黑果枸杞的脯氨酸含量下降［32］。

高浓度的Na+、Cl-能够打破植物体内的离子和水势平衡，导致植物生长停止。黑果枸杞具有较强的抗盐性，通过调节体内的渗透物质以及抗氧化物质的含量，保证其正常的生长发育［30］。当前与黑果枸杞有关的耐盐性研究主要涉及发芽率、叶片的外部形态特征、叶片的内部结构特征以及高盐环境下黑果枸杞渗透调节物质和抗氧化物酶活性变化等几个方面。

2．1 盐分胁迫对黑果枸杞种子萌发的影响

在盐碱胁迫下，黑果枸杞的生长受到不同程度的影响。黑果枸杞种子萌发在较小的中性盐浓度下无显著改变，在较高的中性盐浓度下黑果枸杞种子萌发受到明显的抑制。黑果枸杞种子萌发对NaCl的耐受范围是90.7～242.2 mmol·L-1。0.3%～0.4% NaCl溶液对种子萌发促进效果最好［33］。此外，不同种类盐溶液对黑果枸杞种子吸胀、萌发和幼苗生长的影响也不完全相同。多项研究显示，黑果枸杞种子萌发率在NaCl、MgSO4和盐渍土壤溶液均受到不同程度的抑制；
但不同盐溶液对种子萌发抑制效果也并不完全相同，其中，NaCl的影响最强烈，MgSO4次之，盐渍土壤溶液对种苗的损伤最小，当NaCl浓度大于9 g·L-1时黑果枸杞种子不萌发；
而18 g·L-1土壤溶液中黑果枸杞种子萌发率达到59%［33-36］。

黑果枸杞种子吸胀速率随盐胁迫程度的增大呈现先升高后降低的趋势。在遭受盐胁迫后，种苗组织受到不同程度损伤。与种子萌发率抑制效果相同，NaCl的影响最显著，MgSO4次之，盐渍土壤溶液对种苗的损伤最小［33-36］。王恩军等［37］研究结果显示，黑果枸杞种子萌发的中性盐浓度范围为50～300 mmol·L-1，而碱性盐的浓度范围为2.5～100.0 mmol·L-1，表明黑果枸杞更加倾向于在碱性盐的条件生长。刘克彪等［38］也得到了类似的研究结果，在浓度相同的情况下，不同种类钠盐对种子萌发率的影响为：NaHCO3>NaCl>复合盐>Na2SO4。

盐胁迫对黑果枸杞种子萌发的影响也与干旱胁迫相耦合。多项研究结果显示，单一盐胁迫或单一干旱胁迫抑制黑果枸杞种子萌发，在两者同时胁迫下，种子发芽率显著高于相同水平下的盐分胁迫［39-41］。这可能是因为发芽抑制主要受渗透胁迫而非离子毒性影响，干旱对交叉胁迫下的盐胁迫有一定的补偿作用。可静等［31］研究结果显示，低浓度水杨酸（Salicylic acid，SA）浸种处理能够有效提高种子萌发抗旱性及耐盐性，其中，以0.05 mmol·LSA-1浸种对交叉胁迫下种子萌发促进效果最为明显。

2．2 盐分胁迫对黑果枸杞生理特性的影响

米永伟等［42］对黑果枸杞的耐盐机制研究表明，轻度盐胁迫能够提高黑果枸杞植株体内的相对含水量。但随着盐胁迫的加剧，黑果枸杞植株体的相对含水量会显著降低。张荣梅［43］对不同种源黑果枸杞叶片中的含水量与盐分胁迫的关系的研究结果表明，增加NaCl浓度导致不同种源黑果枸杞叶片中自由水含量下降、束缚水含量上升。这些研究结果表明在盐胁迫下黑果枸杞可以通过调节自身的水势维持正常生长发育。

黑果枸杞器官中钠离子和氯离子相对含量在盐分胁迫下均有所增加，其中，以叶片最为明显。有报道指出，黑果枸杞叶片是盐分主要聚集器官，因此，随着盐分浓度的增加，黑果枸杞叶片表现出逐渐退化的趋势［42］。对黑果枸杞幼苗进行不同浓度NaCl处理，结果显示，随着NaCl胁迫程度的提高以及处理时间的延长，黑果枸杞幼苗根的质膜透性呈现出明显增大趋势，当NaCl浓度大于400 mmol·L-1时，幼苗的根不再生长［44］。上述结果揭示，黑果枸杞叶片和茎部的耐盐能力强于根部的耐盐能力。

2．3 盐分胁迫对黑果枸杞光合作用的影响

适量的盐分能够提高叶绿素酶活性，从而促进叶绿素的合成。过量的盐分会造成叶绿体的损伤，最终引起叶绿素成分损失。盐胁迫对黑果枸杞中叶绿素含量的影响研究显示，高盐浓度时，黑果枸杞中叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素均显著降低；
低盐浓度时，叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量则明显升高［45］。

盐胁迫也会引起黑果枸杞的光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度以及气孔导度变化。已有研究表明，当盐浓度为0～100 mmol·L-1时，气孔限制是引起胞间CO2浓度降低的重要原因。随着盐浓度的增高，气孔调节能力下降导致CO2在细胞间积累，因此非气孔限制成为主要因素。盐胁迫会引起叶片失水、降低蒸腾速率，进而导致净光合速率下降。前人在研究盐胁迫对枸杞光合作用的气孔与非气孔限制时也观察到类似的现象，随着盐胁迫程度的增高，非气孔限制会逐渐取代气孔限制成为控制光合速率的主要因素，呼吸作用产生的CO2在枸杞细胞间积累引起胞间CO2浓度的升高［46-49］。

一般认为，健康植株的最大光化学效率保持在0.80～0.83之间，最大光化学效率小于0.80表示盐分抑制了光合作用的电子传递，造成光合速率降低。李远航等［50］研究盐胁迫对黑果枸杞光合生理指标的影响发现，黑果枸杞的最大光化学效率在不同程度的盐胁迫下出现波动趋势，最大光化学效率随着胁迫程度增大会显著下降。于文颖等［51］在研究盐胁迫下玉米叶绿素荧光特性变化时也观察到同样的规律，认为盐胁迫抑制了植株光合作用的原初反应，从而引起植株光化学效率降低。

2．4 盐分胁迫对黑果枸杞抗氧化防御系统及渗透调节能力的影响

盐分胁迫时植物会增加SOD、CAT、POD等抗氧化酶的活性，以此降低ROS对细胞的损害。植物体内的抗氧化酶活性变化与植物的耐盐性有关。黑果枸杞受到盐胁迫时，叶片的SOD 和CAT 酶活性会增加。有报道指出，黑果枸杞幼苗经过0～12 h混合盐处理后植株体内SOD活性稳步上升，POD活性先升后降［52-53］。黑果枸杞幼苗经过10 d NaCl处理后，SOD活性随盐浓度提高略有增加［54］，而POD活性随盐浓度提高呈现先升后降的趋势，其中，100 mmol·L-1NaCl处理时POD活性最高，这一结果与前人研究结果一致［44，55］。张荣梅等［56］综合分析不同种源黑果枸杞在盐胁迫下抗氧化酶的变化趋势发现，黑果枸杞在受到盐胁迫时，SOD和CAT酶活性均呈先上升后下降的趋势，POD酶活性呈下降趋势，这表明在黑果枸杞在受到盐胁迫时SOD和CAT可能对抵御盐害产生重要的影响。

植物为了能够在高盐碱环境生存，其细胞会积累大量的脯氨酸、甜菜碱、可溶性蛋白质、多元醇与糖类等渗透调节物质。王静等［57］研究NaCl胁迫对黑果枸杞幼苗生理及生化指标的影响时发现，NaCl浓度低于100 mmol·L-1时黑果枸杞幼苗游离脯氨酸含量稳定，没有显著变化；
当盐浓度增加至200 mmol·L-1时幼苗体内脯氨酸含量呈现出显著升高的趋势。细胞膜的稳定性决定了植物对盐分胁迫的抗性强弱。MDA含量是表征细胞膜受损程度的重要指标［57］。在NaCl胁迫下，黑果枸杞幼苗在盐浓度低于100 mmol·L-1时，MDA含量未发生显著变化；
当盐浓度增大到200 mmol·L-1时幼苗MDA含量呈现出显著升高的趋势［57］。由此可见，黑果枸杞幼苗对低浓度盐具有很好的适应能力，而在高浓度盐胁迫时也可以通过改变渗透物质的含量，进而表现出良好的耐盐特征。

环境温度过高会破坏植物的细胞及叶绿体，引起光抑制，造成黑果枸杞幼苗水分流失，导致次生干旱胁迫。环境温度过低则会造成生物膜的通透性增大，导致冻害和冷害。目前，国内外对黑果枸杞的高温和低温处理报道很少。赵晶忠等［58］黑果枸杞果实和种子为对象，使用PEG-6000溶液模拟研究温度对黑果枸杞出苗率、出苗势、出苗指数及恢复发芽率的影响，结果显示，低温层积能够显著地抑制黑果枸杞的冬眠，提高种子和果实出苗率和出苗速率。

黑果枸杞最为常见的病虫害包括蚜虫、白粉病、黑霉果病、根腐病。杨春树等［59］发现黑果枸杞苗期很容易感染根腐病，喷洒40%氧化乐果和多菌灵溶液可以有效防治根腐病。王建民等［60］研究结果显示，10%吡虫啉可或3%高渗苯氧威能够防治蚜虫、瘿螨等虫害。有试验结果显示，白粉病、黑果病的主要处理方法是使用退菌特、多菌灵、波尔多水，在根腐病发病的早期，施用1%～3%的硫酸亚铁水进行控制，70%的代森锰锌可以达到90%的抑制作用［60］。

种子萌发是作物培植繁育的关键因素，因此，对黑果枸杞种子贮藏和萌发条件进行系统研究具有非常重要的意义。有报道指出，通过低温配合层积处理使黑果枸杞种子进入休眠状态，播种后其萌发率较常规方法有大幅度提升［61］。刘荣丽等［62］在对比不同植物生长调节剂对黑果枸杞种子萌发及幼苗生长的影响后发现，黑果枸杞种子在150 mg·L-1赤霉素溶液中浸泡1 d后，其萌发率可由56%提升至94%。上述研究结果为推广黑果枸杞育苗技术提供了坚实的理论依据。

幼苗生长是另一个关键阶段。有研究表明，黑果枸杞幼苗生长与土壤养分空间差异关系密切，黑果枸杞在盐碱化沙地上主要为冠幅生长，而在盐碱荒地上主要为地径增粗生长［63-64］。此外，不同种源黑果枸杞苗期生长差异研究显示，甘肃种源的黑果枸杞幼苗各生长指标最高，整个生长期生长速度较快，其次为青海种源的黑果枸杞幼苗，而新疆的种源的黑果枸杞幼苗最小［65］。

研究黑果枸杞的逆境生长特性、培育优良的黑果枸杞品种，不但可以改善科尔沁沙地生态环境，同时还能促进该地区经济发展。目前，关于黑果枸杞的基础研究还十分薄弱。有关黑果枸杞在逆境环境下的生理变化和抗逆反应的研究仅仅集中在黑果枸杞对单一环境胁迫的响应。深刻理解黑果枸杞在多种逆境胁迫下的响应机制，对于在科尔沁沙地栽培种植黑果枸杞至关重要。此外，尽管黑果枸杞市场需求很大，但受限于果小、刺多、野生及无优良栽培品种等特点，对黑果枸杞开发利用还有一定的难度。因此，笔者建议如下：①加强黑果枸杞种源分布调查和种源试验；
②掌握逆境条件下黑果枸杞的形态特征，建立相应的生长模型；
③建立健全的黑果枸杞组培体系，加强其分子水平基础研究。