海濱雀稗耐逆性研究進(jìn)展

吳雪莉，郭振飛，陳申秒，莊黎麗

(1. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東 青島 266109； 2. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210095)

土壤鹽漬化是影響全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的主要環(huán)境問題。我國鹽堿地總面積達(dá)9.9×107hm2[1]。鹽堿化耕地7.6×106hm2，占全國可利用土地面積的4.88%，隨著不合理的農(nóng)業(yè)灌溉施肥等措施，土壤鹽漬化面積正在逐年增加[2]。近年來，科研人員進(jìn)行了大量關(guān)于植物耐鹽機理和遺傳改良措施方面的研究，利用生物技術(shù)方法改良作物的耐鹽性被廣泛應(yīng)用[3]。鹽生植物(Halophytes)具有極強的耐鹽性，可以在高于200 mM鹽脅迫條件下生長，而絕大部分的農(nóng)作物或園藝作物屬于甜土植物(Glycophytes)，對鹽脅迫敏感，100～200 mM鹽脅迫就會導(dǎo)致其生長被嚴(yán)重抑制甚至死亡[4]，因鹽脅迫而造成的作物產(chǎn)量和品種的降低是普遍存在的問題。因此，通過研究鹽生植物的耐逆機理和耐逆基因功能，可為農(nóng)作物耐鹽新品種的選育提供理論基礎(chǔ)[5]，也可為我國鹽堿地的開發(fā)利用提供優(yōu)良種質(zhì)。

海濱雀稗(Paspalumsvaginatium)是禾本科(Gramineae)黍族(Paniceae)雀稗屬(Paspalum)的多年生草本植物，廣泛分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)，坪用性狀優(yōu)良且耐粗放管理，在足球場、高爾夫球場和景觀綠地的建植中被廣泛應(yīng)用，是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ亩嗄晟拘筒萜翰輀6-9]。海濱雀稗作為鹽生植物，具有極強的耐鹽性，能嚴(yán)格調(diào)節(jié)對鈉的攝取量，可耐受土壤中高達(dá)34 486 mg·L-1的可溶性鹽含量，是目前草坪草中最耐鹽的草種[10]，具有作為先鋒植物、改良我國鹽堿地及修復(fù)東部沿海灘涂的巨大潛力。同時，海濱雀稗具有較強的耐旱性，能有效從惡劣環(huán)境中攝取所需水分和養(yǎng)分，并能迅速發(fā)展其根部體系，可以固定沙丘及修復(fù)土地，在環(huán)境的生物修復(fù)及土地資源的再生方面具有重要作用[7,9]；其對水質(zhì)的要求較低，可用海水、污水等灌溉，極大地節(jié)約了淡水資源[11-12]。雖然海濱雀稗具有較強的耐性和應(yīng)用價值，但卻未得到充分的開發(fā)和利用。充分了解其生態(tài)學(xué)特性和耐逆性，是推動海濱雀稗研究和推廣的關(guān)鍵，可以為高效開發(fā)利用海濱雀稗奠定基礎(chǔ)。

本研究綜述了近年來國內(nèi)外關(guān)于海濱雀稗耐逆性的研究成果，重點對海濱雀稗突出的耐鹽性研究進(jìn)行綜述，旨在為海濱雀稗耐逆機理研究和耐逆新品種選育工作提供借鑒，以期進(jìn)一步推動促進(jìn)海濱雀稗耐逆新品種選育工作的開展，為我國鹽漬土壤的開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。

1 海濱雀稗的耐鹽性研究

1.1 對鹽脅迫的響應(yīng)

鹽脅迫是影響植物生長發(fā)育的非生物脅迫，主要通過引起植物水分虧缺、離子毒害、營養(yǎng)失衡、氧化脅迫、細(xì)胞損傷和生長量降低等，甚至可導(dǎo)致植株死亡[13]。植物的耐鹽性是一個復(fù)雜的生理、生化和分子過程，主要的調(diào)節(jié)機制包括：Na+的流入和排除的調(diào)控機制、積累脯氨酸和甜菜堿等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化酶清除活性氧(ROS)等[14-16]。

1.1.1對形態(tài)學(xué)的影響 鹽脅迫會導(dǎo)致植物根系和莖的生長狀況發(fā)生變化[17]。海濱雀稗在鹽脅迫條件下，地上部、地下部的生長率及相對生長量，均隨鹽濃度的升高而降低，葉片枯黃率增加。在最高NaCl濃度時(528 mM)，海濱雀稗的地上部減少量比對照減少40%，根系干重減少23%，較其他草種鹽傷害程度相對較輕[18]。在不同的NaCl鹽濃度下，海濱雀稗‘Sea Isle2000’的地上部和地下部的長度、鮮生物產(chǎn)量、干物質(zhì)權(quán)重明顯下降；在高鹽度水平下，根系長度顯著減低；鹽脅迫的持續(xù)時間比鹽濃度變化對地上部和根系長度的影響更嚴(yán)重[19]。隨著鹽濃度的升高，雜交狗牙根(Cynodondactylon)‘Tifway’、結(jié)縷草‘Meyer’和海濱雀稗‘Salam’的植株鮮重和干重明顯降低，在高鹽濃度下，對海濱雀稗品種‘Salam’根系和匍匐莖的干重的影響較小，而對雜交狗牙根‘Tifway’、結(jié)縷草‘Meyer’的影響較大[20]。

葉片作為植物進(jìn)行光合作用和蒸騰作用的主要器官，在受到鹽脅迫時，會導(dǎo)致葉片外部形態(tài)的改變[21]。灌溉水質(zhì)中的鹽度，對草坪質(zhì)量(根系生長量、匍匐莖生長量和葉片質(zhì)地顏色)具有不同程度的影響。海濱雀稗‘Sea Dwarf’用低濃度的鹽水灌溉，仍具有較高的草坪質(zhì)量，可有效節(jié)約飲用淡水；高濃度的鹽水灌溉，草坪質(zhì)量會隨著鹽濃度的升高而減低；除了用最高濃度鹽分灌溉，其他隨時間的延長均可逐漸恢復(fù)[22]。隨著海鹽處理濃度提高，海濱雀稗的匍匐莖和直立莖變細(xì)，葉寬變窄，生長受抑制，葉片、莖和根的干物質(zhì)重量顯著降低；在高海鹽脅迫時，匍匐莖產(chǎn)生受到嚴(yán)重抑制；匍匐莖和直立莖的莖粗、葉寬、根莖葉的干重等，均與海鹽的電導(dǎo)率值呈極顯著負(fù)相關(guān)[23]。

1.1.2對滲透調(diào)節(jié)的影響 鹽脅迫下，Na+增多影響植物對K+，Ca2+，Mg2+等重要營養(yǎng)元素的吸收、利用和分配。耐鹽性強的植株地上部積累的Na+較低，而可以保持較高的K+/Na+比、Ca2+/Na+比。K+離子是植物生長發(fā)育過程中的重要離子，是形成細(xì)胞滲透勢的重要成分；同時可以作為細(xì)胞內(nèi)60多種酶的活化劑，可以促進(jìn)蛋白質(zhì)與糖類的合成及運輸[24-25]。有研究[26]認(rèn)為，植物受到鹽分脅迫時，細(xì)胞間K+濃度下降有助于有機溶質(zhì)脯氨酸的積累。Ca2+參與植物體內(nèi)多種生理過程的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，鹽脅迫會導(dǎo)致Ca2+介導(dǎo)的鈣調(diào)蛋白調(diào)節(jié)系統(tǒng)及磷酸肌醇調(diào)節(jié)系統(tǒng)代謝失調(diào)，從而造成細(xì)胞代謝紊亂，甚至導(dǎo)致植株死亡[27]。

鹽脅迫下，海濱雀稗地上部和根系組織中K+，Ca2+，Mg2+含量降低，Na+含量增加，K+/Na+比值降低。與其它草種相比，海濱雀稗地下部Na+積累量最低；K+，Ca2+，Mg2+含量降低量最?。籏+含量降低較大的品種是狗牙根‘Tifwarf’、狗牙根‘greenless park’等。海濱雀稗的地上部K+/Na+比率最高，結(jié)縷草次之[28]。有研究[18]表明K+，Ca2+，Mg2+的吸收及在地上部的分布可能與草坪草的耐鹽性高低密切相關(guān)。海濱雀稗地上部組織與狗牙根、畫眉草(Eragrostispilosa)相比，可顯著吸收更多的K+，Mg2+，S2-，Mo2-等必需元素[29]。海鹽脅迫條件下，海濱雀稗葉片和莖中的Na+含量隨海鹽濃度的升高而增高，但葉片中的K+含量維持穩(wěn)定，不受海鹽脅迫程度升高的影響，這可能是海濱雀稗耐鹽的主要原因之一。根和葉中的Ca2+均穩(wěn)定在較高水平，受海鹽脅迫的影響不大，可以有效避免植株出現(xiàn)“鈉誘缺鈣”的現(xiàn)象。在高濃度海鹽處理下，莖中Mg2+含量高于根，其他各處理均是葉片中Mg2+含量最高，但Ca2+和Mg2+與耐鹽的關(guān)系還有待進(jìn)一步研究[30]。以上研究表明，在鹽脅迫條件下，海濱雀稗受高濃度Na+毒害較小，具有作為鹽地修復(fù)植被的潛力。

脯氨酸含量的變化可以作為植物對鹽脅迫的敏感性的測定指標(biāo)[31]，一般隨著鹽濃度的增加呈升高的趨勢[32-33]。甜菜堿作為一種滲透調(diào)節(jié)劑和酶保護(hù)劑，有利于提高植物對鹽脅迫的耐受性[34]。研究表明[35]海濱雀稗品種間的耐鹽性也因有機滲透物質(zhì)的不同而存在差異。鹽脅迫條件下，海濱雀稗最重要的有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)是脯氨酸、甘氨酸-甜菜堿和葫蘆巴堿。脯氨酸作為一種重要的滲透調(diào)節(jié)劑，海濱雀稗耐鹽品種‘SI93-2’比其不耐鹽品種‘Adalayd’的脯氨酸和甘氨酸的絕對濃度和積累速率更高。在海濱雀稗的鹽敏感品種中，果糖濃度隨著鹽濃度的增加而增加，具有作為判斷耐鹽性指標(biāo)的潛力。Lee等[36]研究了鹽脅迫對不同基因型海濱雀稗細(xì)胞總水勢、溶質(zhì)勢、膨壓的影響，以此作為判斷不同鹽濃度下植物細(xì)胞的水分利用情況。地上部總水勢和溶質(zhì)勢隨著鹽濃度的升高均持續(xù)降低；最耐鹽品種‘SI93-2’和‘HI101’能夠保持更有利的細(xì)胞膨壓和細(xì)胞膜的完整性。通過測定脯氨酸、甜菜堿含量和細(xì)胞總水勢等指標(biāo)，可進(jìn)一步完善海濱雀稗耐鹽性評價體系，這對海濱雀稗的區(qū)域推廣種植具有重要的參考價值。

1.1.3對光合作用的影響 研究表明[37]，鹽脅迫會導(dǎo)致氣孔關(guān)閉和葉綠體結(jié)構(gòu)受損，葉綠素含量下降，光合作用相關(guān)的酶變性失活，從而導(dǎo)致光合速率的下降，嚴(yán)重影響植物正常的生長發(fā)育過程；葉綠素含量、凈光合速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、氣孔限制值和Fv/Fm等參數(shù)均可作為衡量植物光合作用能力的指標(biāo)；通過測定各光合作用參數(shù)，可判斷植物耐鹽性差異。植物耐鹽性評價中，我們常用以上指標(biāo)來衡量光合作用的強弱和對逆境的適應(yīng)程度，進(jìn)而對植物的耐鹽性進(jìn)行評價[8]。

在鹽脅迫條件下，耐鹽性強的海濱雀稗能保持更高的葉綠素含量，增加初始葉綠素?zé)晒?F0)，而最大葉綠素?zé)晒?Fm)和最大熒光的比率(Fv/Fm)降低。Fv/Fm是暗適應(yīng)下，PSⅡ反應(yīng)中心完全開放時的最大光化學(xué)效率，反映PSⅡ反應(yīng)中心最大光能轉(zhuǎn)換效率，是表征植物光合作用能力的重要指標(biāo)。鹽分的增加導(dǎo)致海濱雀稗對可見光波段(507～706 nm)反射率加強，而在≥760 nm波段，反射率降低。與鹽敏感品種‘Adalayd’相比，耐鹽品種‘SI93-2’和‘HI101’在光合作用有效范圍內(nèi)具有明顯的低放射率，而在有效范圍外具有高的反射率。在高鹽度條件下，9個海濱雀稗品種通過保持較高的葉片色素含量、葉片捕光能力和最大光化學(xué)效率使葉片具有較高的光合能力。在鹽度增加時，耐鹽品種‘SI93-2’和‘HI101’具有較高的Fm和Fv/Fm，同時還具有更高的草坪密度和蓋度，以更好地吸收可見光[28]。海濱雀稗色素含量不受鹽濃度的影響，但葉綠素a在最高鹽濃度時含量略有下降；葉片色澤對鹽濃度的變化因不同物種而有所差異[20]。

1.1.4對抗氧化酶的影響 鹽脅迫下，植物體內(nèi)會大量累積活性氧(Reactive Oxygen，ROS)，若不能及時清除，就會對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生影響。在脅迫條件下，超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)、過氧化物酶(Peroxidase，POD)、抗壞血酸過氧化物酶(Ascorbateperoxidase，APX)等抗氧化酶可以有效清除活性氧[38]。蛋白組學(xué)分析是研究蛋白質(zhì)對鹽脅迫反應(yīng)的一種有效方法[39]，通過雙向電泳分離蛋白可以分析應(yīng)激蛋白在植物中的表達(dá)，確定相關(guān)蛋白在不同的生理、環(huán)境條件下的作用[40]?？寡趸负涂扇苄缘鞍自诩?xì)胞質(zhì)中具有重要的保護(hù)功能，可以減少細(xì)胞在鹽脅迫下的氧化應(yīng)激[41]。

隨著鹽濃度的增加，海濱雀稗中SOD和POD活性均先上升后下降，在300 mmol·L-1濃度時達(dá)到最大值。鹽濃度大于300 mmol·L-1時，SOD和POD活性急劇下降，當(dāng)超過耐受閾值濃度時，自身防御系統(tǒng)被破壞，導(dǎo)致兩種保護(hù)酶活性降低[42]。在鹽脅迫下，分別研究了海濱雀稗耐鹽品種和假儉草(Eremochloaophiuroides)鹽敏感品種根系中的差異蛋白組，雙向電泳分析表明，海濱雀稗中8個蛋白點的豐度明顯增加，14個蛋白點的豐度明顯降低；通過質(zhì)譜分析，海濱雀稗在鹽脅迫下8個蛋白豐度增強，主要包括POD和APX等。由此可見，海濱雀稗比假儉草具有較高的耐鹽性，可能與高豐度的蛋白參與ROS清除途徑及能量代謝有關(guān)[43]。

1.2 耐鹽性評價

耐鹽評價是植物耐鹽機理研究和耐鹽育種的一項基礎(chǔ)工作。植物的耐鹽性評價是一個復(fù)雜的問題，同一個植物材料，不同的研究者在不同的時間和地區(qū)，采用不同的評價程序，其評價結(jié)果就可能存在較大的差異。因此，耐鹽性評價結(jié)果是一個相對的結(jié)果，可作為不同地區(qū)選取耐鹽草種的一種參考。影響植物耐鹽性的因素很多，比如鹽處理的時間、處理鹽的種類和鹽度、評價指標(biāo)、培養(yǎng)方法、基質(zhì)營養(yǎng)狀況、通氣狀況以及土壤PH、環(huán)境溫度濕度、光照條件等均可影響植物耐鹽性的評定。

Uddin等[44]對海濱雀稗、溝葉結(jié)縷草(Zoysiamatrella)、狗牙根、假儉草、地毯草(Axonopuscompressus)、狹葉地毯草(Axonopusaffinis)等進(jìn)行了根系生長量、地上部生長量以及電導(dǎo)率等耐鹽性指標(biāo)的測定，耐鹽順序為：海濱雀稗>溝葉結(jié)縷草>狗牙根>假儉草>狹葉地毯草>地毯草。海濱雀稗和溝葉結(jié)縷草是最耐鹽的品種[28]。海濱雀稗、結(jié)縷草、鈍葉草(Stenotaphrumhelferi)在鹽濃度為400 mM時地上部生長量減少50%，屬于耐鹽草種；狗牙根在鹽濃度為270 mM時地上部生長量減少50%，屬于中度耐鹽草種；而日本結(jié)縷草和假儉草為鹽敏感草種，當(dāng)鹽濃度分別達(dá)到230 mM和170 mM時，地上部全部死亡。在任何鹽濃度脅迫下，海濱雀稗‘Sea Isle 2000’比狗牙根‘Tifway419’具有更高的地上部和根系長度、地上部鮮生物產(chǎn)量、地上部和根系的干物質(zhì)重[19]。綜上研究表明，海濱雀稗是典型的鹽生植物，是最耐鹽的暖季型草坪草，比狗牙根具有更高的耐鹽性。Lee等[8]通過測定電導(dǎo)率、生長減少量、根系和植株產(chǎn)量等生長參數(shù)，表明28個海濱雀稗品種中大多數(shù)比4個狗牙根品種的耐鹽性更高；其中‘SI94-1’和‘SI92’耐鹽性較強，狗牙根品種的耐鹽性均低于‘SI94-1’和‘SI92’，各品種耐鹽性由強到弱依次是：‘SI92’，‘SI93-1’，‘SI91’，‘SI93-2’，‘SI89’(最耐鹽)>‘SI90’>‘SI94-1’，‘Sea Isle 1’，‘Taliaferro’>‘SI94-2’，‘Sea Isle 2000’，‘Salam’，‘SI90-1’>‘PI28960’，‘SI96’ ‘Hyb5’，‘SI90-3’，‘SI90-2’>‘SI97’，‘PI509020’，‘Fidalayel’，‘PI509022’，‘PI509021’>‘Temple 2’，‘FSP 1’，‘Excalibur’，‘SI95’(耐鹽較差)>‘Adalayd’(耐鹽性最差)[8]。由此可見，海濱雀稗不同品種間的耐鹽性存在較大差異。

2 海濱雀稗耐寒性

2.1 對低溫脅迫的響應(yīng)

低溫能夠引起植物相關(guān)生理指標(biāo)的變化，影響植物的生長代謝，從而導(dǎo)致植物的生長受損，嚴(yán)重低溫時還可導(dǎo)致植物的死亡。我國的南方部分地區(qū)日夜溫差大，很適合海濱雀稗的生長，在秋冬季節(jié)，海濱雀稗草坪葉片大多仍然青綠，枯黃較輕；只有在溫度過低時，才會受凍害導(dǎo)致休眠后返青較晚。北方地區(qū)冬季較為寒冷，海濱雀稗較難越冬，易出現(xiàn)生長不良、春季發(fā)芽晚和秋季早衰等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響海濱雀稗草坪的美觀和使用價值[45]。在南京地區(qū)室外自然條件下，海濱雀稗自10月底左右逐漸表現(xiàn)出枯黃，其枯黃速度是‘Salam’最慢，海南野生的海濱雀稗次之。12月底前枯黃率的變化不明顯，只略微上升，之后由于受到嚴(yán)重霜凍，枯黃率驟升；海南野生海濱雀稗的枯黃率由26%驟升到90%；而‘Salam’在之后20天后的枯黃率依然低于前者，僅為80%，推遲了進(jìn)入枯黃期的時間[46]。

葉綠素含量是反應(yīng)葉片受傷程度最直觀的指標(biāo)。在低溫脅迫條件下，大多數(shù)植物葉片的葉綠素含量呈下降趨勢[47]。4℃低溫處理后，草坪草的葉色變淺，葉綠素含量從高到低為：匍匐翦股穎‘粵選1號’>海濱雀稗>雜交狗牙根(老鷹草)>溝葉結(jié)縷草[48]。在人工氣候培養(yǎng)箱中設(shè)置16 h光照、溫度4℃和8 h黑暗、溫度2℃的低溫脅迫條件，處理28 d后，海濱雀稗的葉綠素含量反而增加至最高，分析其原因可能與低溫時植物體內(nèi)相對含水量下降使測定材料的干重總量增加，從而導(dǎo)致葉綠素含量上升[45]。

低溫會對植物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能造成傷害，低溫能造成膜系統(tǒng)失去選擇透過性，使電解質(zhì)外滲，從而導(dǎo)致組織浸出液的電導(dǎo)率增高。與此同時，細(xì)胞內(nèi)過氧化自由基的代謝平衡被破壞，會產(chǎn)生大量的自由基，多余的自由基會導(dǎo)致細(xì)胞膜脂的過氧化，細(xì)胞膜脂過氧化的最終產(chǎn)物是丙二醛(Malondiadehyde，MDA)，它可以作為衡量膜脂過氧化程度的重要指標(biāo)[49]。海濱雀稗在10℃左右的適當(dāng)?shù)蜏貢r，葉片電解質(zhì)滲透率和MDA含量基本呈上升趨勢，但各抗寒生理指標(biāo)變化較小，生長較旺盛，具有一定的耐寒性。隨著低溫的加劇，在5℃左右的低溫時，游離脯氨酸和可溶性糖含量增加，但較其他草種其含量均較低，對低溫的適應(yīng)能力較差，最終導(dǎo)致植株死亡[50]。低溫脅迫下，海濱雀稗葉片、匍匐莖和根系質(zhì)膜的相對透性均顯著增加，在短期低溫處理后，海濱雀稗葉片膜透性急劇增加，但匍匐翦股穎葉片的膜透性增加緩慢且最低；并且海濱雀稗的根系活力低于匍匐翦股穎，因此耐寒性低于匍匐翦股穎[48]。5℃～0℃低溫條件下，海濱雀稗的相對電導(dǎo)率基本不變，但MDA含量增加，SOD活性下降，隨溫度降低(0℃～—16℃)海濱雀稗的相對電導(dǎo)率急速增加，MDA含量升高的同時SOD活性迅速降低，海濱雀稗受低溫脅迫的傷害程度較重[46]。

在低溫初期，海濱雀稗超氧陰離子產(chǎn)生速率低，植株受損較輕；溫度持續(xù)降低，其過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、和過氧化氫酶(CAT)的活性及游離脯氨酸含量均低于雜交狗牙根‘天堂草419’，因此，耐寒性比雜交狗牙差，在華中地區(qū)容易受凍害[51]。H2O2和O2-作為2種最常見的活性氧，在植物體內(nèi)積聚是導(dǎo)致細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)遭到破壞和膜脂過氧反應(yīng)的重要原因。SOD是植物細(xì)胞中重要的清除活性氧的酶，與CAT，POD和APX等組成了植物的酶防御系統(tǒng)，它們的活性水平高低與保護(hù)膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性和植物的耐性密切相關(guān)[52]。低溫脅迫條件下，海濱雀稗的相對電導(dǎo)率增加；MDA，H2O2和O2-含量隨著低溫處理而增加；POD活性升高；SOD和APX活性呈現(xiàn)先升后降又升高的趨勢；CAT活性降低[45]。低溫脅迫下，游離脯氨酸具有維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓等功能；除此之外更重要的作用是可以有效防止活性氧對膜脂和蛋白的過氧化作用[53]。低溫脅迫條件下，海濱雀稗體內(nèi)游離脯氨酸、所有的可溶性糖含量顯著升高；POD，SOD，CAT活性降低，而MDA含量顯著增加[54-57]。在低溫下，海濱雀稗的超氧陰離子水平極顯著升高，MDA含量和相對電導(dǎo)率升高；SOD，POD，CAT則顯著下降；硼、鉬處理可以極顯著地提高低溫下海濱雀稗的SOD和CAT活性，極顯著地降低POD活性和O2-產(chǎn)生速率，顯著降低質(zhì)膜電解質(zhì)的相對滲透率和MDA含量，從而有效提高海濱雀稗的耐寒能力[54]。

2.2 耐寒性評價

草坪草受低溫傷害的程度，隨低溫脅迫強度及持續(xù)時間的不同而不同，存在明顯的草種(品種)間遺傳差異。對海濱雀稗耐寒性的比較最早開始于1984年，通過對加利福尼亞最好的草坪品種的評選工作，發(fā)現(xiàn)海濱雀稗的耐寒性低于雜交狗牙根和普通狗牙根[58]。通過對6種暖季型草坪草的田間觀測并結(jié)合生理生化指標(biāo)(電導(dǎo)率、脯氨酸、可溶性糖、MDA)的測定，總結(jié)出的耐寒性排名從高到低依次是：普通狗牙根>結(jié)縷草‘XN-1’>假儉草>雜交狗牙根‘天堂草419’>結(jié)縷草‘蘭引3號’>海濱雀稗[59]。通過測定葉片低溫脅迫下生理生化指標(biāo)變化，研究了7種暖季型草坪草的耐寒性；研究指出海濱雀稗在10℃左右損傷最?。?℃低溫處理3 d后死亡，耐低溫能力最差[50]。低溫處理后，海濱雀稗、溝葉結(jié)縷草和雜交狗牙根的根系活力遠(yuǎn)低于匍匐翦股穎，質(zhì)膜相對透性更高，耐寒性低于匍匐翦股穎[48]。因此，不管是田間觀測草坪質(zhì)量，還是生理指標(biāo)的耐性反應(yīng)，海濱雀稗都是耐寒性最弱的草種。

海濱雀稗不同品種間的耐寒性也存在較大差異。以海濱雀稗3個品種‘HI-1’，‘Adalayd’，‘PI299042’為材料，進(jìn)行低溫環(huán)境下的適應(yīng)性測定。通過電解質(zhì)滲漏率和凍結(jié)休克復(fù)蘇2種方法，結(jié)合LT50測定評估其對低溫的耐受性；結(jié)果表明環(huán)境適宜條件下，海濱雀稗品種‘HI-1’比‘Adalayd’和‘PI299042’表現(xiàn)更優(yōu)異。在低溫條件下，‘Adalayd’比其他2個品種表現(xiàn)出更好的適應(yīng)性[60]。Cyrildeng等[61]在研究海濱雀稗膜極性脂肪酸對低溫響應(yīng)中發(fā)現(xiàn)，3種基因型體內(nèi)棕櫚酸和硬脂酸2種飽和脂肪酸的含量無變化，而不飽和脂肪酸顯著增加；3個基因型中‘PI509018-1’和‘SeaIsle1’具有較強的耐寒性，‘Adalayd’具有中等耐寒性，而‘PI299042’對低溫敏感。通過綜合比較電導(dǎo)率、葉綠素和MDA、活性氧含量和抗氧化酶活性等指標(biāo)，鑒定了4個不同品種的海濱雀稗的耐寒性，研究結(jié)果表明‘Salam’抗寒能力較好，‘Su-prem’和‘Platinum’的抗寒性相對前者較差[45]。

由此可見，在常見的暖季型草坪草種中，普通狗牙根和雜交狗牙根具有更高的耐低溫能力，而海濱雀稗的耐寒性遠(yuǎn)低于狗牙根。由此可見，海濱雀稗作為最耐鹽的暖季型草坪草，卻對低溫的耐受力較低，嚴(yán)重限制了它作為先鋒植物在改造我國北方鹽漬土和沿海灘涂方面的推廣應(yīng)用。

3 海濱雀稗的耐旱性研究

3.1 對干旱脅迫的響應(yīng)

水資源日趨匱乏，如何利用有限的水資源，提高水分利用效率，減少草坪綠地灌溉用水，是亟待解決的問題之一。干旱是限制植物生長重要的非生物脅迫因子；干旱造成草坪草的葉片萎蔫灼傷、莖密度及鮮重降低等。草坪草可以通過根系的深層擴展提高避旱能力[62]。2002年耿世磊等[63]通過對海濱雀稗、狗牙根等葉片和莖解剖結(jié)構(gòu)(泡狀細(xì)胞、葉片表皮細(xì)胞、維管束鞘等特征)的研究，推測了狗牙根的耐旱性較強而海雀稗較弱；海濱雀稗的表皮的角質(zhì)化程度最淺，主脈和細(xì)脈均只有一層薄壁細(xì)胞，在干旱季容易出現(xiàn)莖葉萎嫣，葉尖枯黃失綠等，耐旱能力較差，嚴(yán)重地影響其觀賞性。

在干旱脅迫下，草坪草會出現(xiàn)生長困難或停止，隨著干旱的加劇，草坪草質(zhì)量和葉片相對含水量下降，葉片脯氨酸含量和質(zhì)膜相對透性升高，葉綠素含量先增后減，最后可能導(dǎo)致草坪草的死亡。干旱脅迫會導(dǎo)致草坪草氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和凈光合速率下降，葉綠素含量的下降會進(jìn)一步限制植物的光合速率[64]。干旱脅迫導(dǎo)致海濱雀稗的凈光合速率降低89%、蒸騰速率降低83%和氣孔導(dǎo)度降低82%。與此同時，干旱脅迫顯著降低海濱雀稗的坪觀質(zhì)量、葉綠素含量、根系活力和根系生物量；顯著增加海濱雀稗的電解質(zhì)滲透率和MDA含量[65]。干旱脅迫導(dǎo)致‘Sea Isle 2000’，‘Platinum’，‘Su-preme’3個海濱雀稗品種及輻射誘變的7個突變體出現(xiàn)葉片相對含水量的下降，葉片萎蔫系數(shù)、葉片相對電導(dǎo)率、脯氨酸和可溶性總糖含量的上升，這說明不同品種材料的受影響程度不同[66]。

3.2 耐旱性評價

草坪草耐旱性的生理機制包括調(diào)節(jié)細(xì)胞膜穩(wěn)定性、滲透調(diào)節(jié)、光合作用、抗氧化作用及水分利用效率等。水分代謝對干旱脅迫的反應(yīng)最快，相對含水量及水分利用效率可作為評定草坪草耐旱能力大小的首選指標(biāo)。因其解剖結(jié)構(gòu)和光合適應(yīng)能力特點不同，暖季型草坪草(C4草)比冷季型草坪草(C3草)普遍具有更高的水分利用率，所需灌溉水量較低[67]。Bauelos等[68]通過線性漸變的灌溉系統(tǒng)控制灌溉水的供給量，比較了4個狗牙根品種(‘Tifsport’，‘Tifway 419’，‘Tifgreen 328’，‘MidIron’)和3個海濱雀稗品種(‘SeaSpray’，‘SeaDwarf’，‘SeaIsle1’)在可接受的草坪質(zhì)量范圍內(nèi)(草坪質(zhì)量得分≥6.0)所要求的最低灌溉范圍，結(jié)果表明在達(dá)到水分脅迫的條件下，狗牙根(尤其是‘MidIron’品種)比海濱雀稗更能保持高質(zhì)量的草坪等級。Abbas等[69]比較了3個海濱雀稗品種‘Salam’，‘Excalibur’和‘Adalayd’在不同修剪高度處理下對干旱的響應(yīng)情況，土壤含水量降低至25%，修剪高度分別為2.5 cm,3.5 cm,4.5 cm時，通過測定地上部脯氨酸含量等指標(biāo)，表明海濱雀稗品種可以通過適當(dāng)增加修剪高度，提高水分利用和耐旱能力。郭君等[70]在過渡帶長沙地區(qū)通過測定各草坪草蒸散量，闡述了草坪草在生長季內(nèi)的耗水量及需水量。海濱雀稗的蒸散量最大為1150～937 mm，在限制和充分灌溉水的條件下，海濱雀稗的年耗水量顯著高于雜交狗牙根，耐旱優(yōu)勢較小。Zhou等[71]以存活率作為耐旱性的評價標(biāo)準(zhǔn)，對澳大利亞8個商品化品種進(jìn)行耐旱性比較，得出狗牙根(Cynodondactylon)需水量最少但水分利用率最高，為最耐旱品種；海濱雀稗需水量最大，水分利用率最低，耐旱性最差。德克薩斯A&M大學(xué)(Texas A&M University)對11個主要的暖季型草坪草種進(jìn)行干旱處理，通過比較葉片灼燒率和莖葉恢復(fù)能力比較了其耐旱性高低，結(jié)果表明在所有檢測草種中，狗牙根的葉片灼燒率排名倒數(shù)第2，而海濱雀稗的葉片灼燒率排第2位；結(jié)合比較干旱后莖葉恢復(fù)程度，得出狗牙根具有更高的耐旱性，位居第2，而海濱雀稗耐旱性低于狗牙根位于第4，具有中等耐旱性[72]。1991年Harivandi等[58]對加利福尼亞最好的草坪品種評選中，雜交狗牙根具有最高的耐旱性，普通狗牙根位居第3，均高于排位第4位的海濱雀稗，具有較高的耐旱性。1998年Murdoch等[73]對適應(yīng)于美國夏威夷地區(qū)草坪草耐性進(jìn)行了研究，對干旱耐性由高到低的排名依次是：野牛草(Buchloedactyloides)>狗牙根>結(jié)縷草>鈍葉草>海濱雀稗>假儉草>地毯草(Axonopuscompressus)。由此可見，海濱雀稗耐旱性較低，更低于狗牙根。

4 研究展望

海濱雀稗在耐鹽性方面具有突出表現(xiàn)，可以作為鹽堿地改良的先鋒植物，但國內(nèi)市場上的海濱雀稗品種主要依賴美國進(jìn)口，還沒有一個國內(nèi)審定登記的商品化推廣品種。美國喬治亞大學(xué)從1990年開始就致力于開展海濱雀稗品種的選育工作，主要育成品種有：‘Aloha’，‘Salam’，‘Seadwarf’，‘Sea Isle 1’，‘Sea Isle 2000’，‘Sea spray’，‘Sea Isle Supreme’，‘Seaway’，‘Seagreen’等[12]。我國已引進(jìn)‘Salam’，‘Seadwarf’ ‘Sea Isle 2000’和‘Sea Spray’等品種，它們的成坪景觀優(yōu)美，具有多種達(dá)到錦標(biāo)賽水平的優(yōu)越坪用屬性?！甋alam’是我國第一個引進(jìn)的海濱雀稗品種，能夠耐受474 mmol·L-1鹽濃度，草坪綜合質(zhì)量優(yōu)秀，廣泛應(yīng)用于高爾夫球場果嶺區(qū)域的建植[7,74]?！甋ea spray’是世界上僅有的商品化種子直播型二倍體品種，也是唯一一個在高爾夫球場可以用種子直播建植的海濱雀稗品種，草坪綜合質(zhì)量表現(xiàn)優(yōu)良，極耐鹽，可用海水灌溉[75]。目前，‘Sea spray’品種仍以華南地區(qū)推廣為主，因其對耐旱耐寒性等生態(tài)適應(yīng)性的評價不足，至今尚未在其他地區(qū)大面積種植[76]。

近十年來，我國在海濱雀稗新品系選育方面取得重要進(jìn)展。2012年，常盼盼等[77]使用秋水仙素誘變海濱雀稗品種‘Adalayd’幼穗的胚性愈傷組織，成功培育了國內(nèi)唯一可自交結(jié)實的突變體SP 2008-2和SP 2008-3新品系，這2個品系具有優(yōu)良的坪用性狀，成坪快且綠期長，具有較強的耐旱性、耐熱性、耐寒性和耐病性[78-79]。2013年，羅小波等[80]從南方野生海濱雀稗中選育出新品系09-1，其草坪顏色更深、綠色期更長、抗病性更強。2017年，劉天增[81]利用60Co-γ射線進(jìn)行處理，獲得了3種具有株高矮化、節(jié)間縮短、葉片短細(xì)、成坪密度高的突變材料S1-501，PI-40-2，SIM45-l。以上新品系的獲得為培育具有更高耐逆性的海濱雀稗優(yōu)良品種奠定了基礎(chǔ)，后續(xù)的研究中亟待開展不同生境野生海濱雀稗資源的收集及評價工作，并在此基礎(chǔ)上通過常規(guī)傳統(tǒng)育種手段(如雜交)或分子生物學(xué)育種技術(shù)(如轉(zhuǎn)基因)開展海濱雀稗的耐逆性育種，尤其是開展針對我國鹽堿地區(qū)的氣候特點如干旱和低溫等進(jìn)行育種，這將是推進(jìn)海濱雀稗在北方干旱鹽漬土地區(qū)的鹽堿地改良和生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵。

目前，海濱雀稗耐逆評價研究雖然取得了一定的進(jìn)展，但主要集中與種間或品種間的耐逆性評價，耐逆機理的研究以形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理調(diào)節(jié)的響應(yīng)為主，而在分子機理和調(diào)控通路方面的研究較少。隨著高通量測序技術(shù)的不斷發(fā)展，海濱雀稗耐鹽分子機制的探究會成為未來研究的熱點，但目前關(guān)于海濱雀稗基因組的研究相對滯后和匱乏。海濱雀稗關(guān)鍵耐鹽基因的確定、克隆、定位及表達(dá)情況等方面的研究更少。后續(xù)工作應(yīng)通過對鹽脅迫下的基因誘導(dǎo)表達(dá)情況以及關(guān)鍵耐鹽基因的克隆和轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究，揭示相關(guān)基因調(diào)控耐鹽的作用通路，從分子水平上揭示強耐鹽性機理。目前，作者所在團(tuán)隊已建立高效的海濱雀稗離體再生[82]和遺傳轉(zhuǎn)化體系[83]，為后續(xù)進(jìn)行分子生物學(xué)的系統(tǒng)化研究打下了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。通過深入研究海濱雀稗的耐鹽機理和耐鹽基因的挖掘，可以為農(nóng)作物的耐逆性改良和新型農(nóng)業(yè)作物培育提供基因來源和理論基礎(chǔ)。通過分子育種技術(shù)改良海濱雀稗的耐寒和耐旱性，可以進(jìn)一步擴大海濱雀稗的應(yīng)用范圍，為北方干旱地區(qū)的鹽堿地改良提供優(yōu)良種質(zhì)。