葡萄砧木耐鹽堿性研究進(jìn)展

魯倩君，劉迎，趙寶龍，孫軍利

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/特色果蔬栽培生理與種質(zhì)資源利用兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子 832000）

土壤鹽漬化是世界范圍內(nèi)農(nóng)作物生產(chǎn)的主要非生物脅迫之一[1]。全球約20%的農(nóng)業(yè)用地遭受鹽堿脅迫[2]，其中，我國(guó)約有9900萬(wàn) hm2的鹽堿地，主要分布在西北、華北、長(zhǎng)江中下游等地區(qū)[3-4]。在鹽堿脅迫下，植株外部形態(tài)發(fā)生改變[5]。在受到高pH脅迫、滲透脅迫后，隨著鹽分的積累，離子毒害隨之發(fā)生[6-8]。當(dāng)植株體內(nèi)的離子平衡被打破，植株受到活性氧脅迫[9-10]，其光合作用、生長(zhǎng)發(fā)育被抑制，甚至死亡[11-12]。

葡萄是世界上廣受歡迎的水果。截至2019年，我國(guó)葡萄總產(chǎn)量為1419.5萬(wàn) t，居世界首位[13]。但我國(guó)葡萄主要栽培區(qū)土壤大多為鹽堿土[14]，對(duì)葡萄生長(zhǎng)發(fā)育及果品品質(zhì)產(chǎn)生巨大影響，制約著葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[12]。優(yōu)良砧木品種的選用是葡萄耐鹽堿栽培中獲得優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的基礎(chǔ)[15]。良好的砧木可改變接穗內(nèi)源物質(zhì)，影響植株內(nèi)部生理，從而提高品種的抗逆性，增產(chǎn)增質(zhì)[16]。開(kāi)展葡萄砧木耐鹽堿性研究，可了解其耐鹽堿機(jī)理、開(kāi)發(fā)葡萄砧木耐鹽堿資源、提高鹽堿土利用率等，并能擴(kuò)大葡萄優(yōu)良品種的栽培區(qū)域。本文就鹽堿脅迫對(duì)葡萄砧木生長(zhǎng)的影響、不同葡萄砧木的耐鹽堿性、葡萄砧木對(duì)鹽堿脅迫的生理響應(yīng)及分子應(yīng)答等研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為葡萄耐鹽堿砧木的研究與發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 鹽堿脅迫對(duì)葡萄砧木生長(zhǎng)的影響

葡萄是鹽敏感的非鹽生植物，生長(zhǎng)最適pH在5.8～7.5之間[17]。鹽堿脅迫下，植株生長(zhǎng)受到抑制，以葉片最為明顯，不同品種的葡萄砧木會(huì)出現(xiàn)葉片失綠、干枯、脫落等不同癥狀[18]。為明確各品種遭受鹽堿脅迫程度，王業(yè)遴等[19]根據(jù)葉片狀態(tài)在國(guó)內(nèi)最早提出鹽害等級(jí)分類，后又經(jīng)修改得出堿害等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)[20]。隨著脅迫濃度增大，葡萄葉片表皮細(xì)胞、海綿組織以及柵欄組織變厚，且細(xì)胞間隙變大，葉綠體、類囊體腫脹，內(nèi)含淀粉粒和嗜鋨顆粒變大、增多[21-22]。新梢生長(zhǎng)量、株高、根長(zhǎng)、根系表面積、根系體積等也會(huì)隨著鹽濃度的升高而降低[23-24]；生物量積累、組織含水量、根系活力等隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而下降[25-26]。

2 不同葡萄砧木的耐鹽堿性

目前，關(guān)于葡萄砧木的耐鹽堿性鑒定的研究，主要從外觀形態(tài)、生物量、生理生化、分子生物學(xué)、遺傳學(xué)等方面開(kāi)展。袁軍偉等[27]以鹽害指數(shù)為指標(biāo)，通過(guò)聚類分析發(fā)現(xiàn)，在耐鹽砧木育種中，選擇耐鹽性強(qiáng)的香檳尼（V. champini）、沙地葡萄（V. rupetris）和河岸葡萄（V. riparia）作為母本進(jìn)行雜交育種可得到耐鹽堿性較好的品種。樊秀彩等[28]對(duì)30份葡萄砧木進(jìn)行了耐受性鑒定認(rèn)為，野生葡萄中的香檳尼的耐鹽性好；沙地葡萄和山美雜種（V. amurensis×V. labrusca）的耐鹽性較差；河岸葡萄各品種間的耐鹽性差異較大，其中多數(shù)品種的耐鹽力居中；河岸葡萄與沙地葡萄、冬葡萄（V. berlandieri）的雜種后代的耐鹽性也有不同程度的差異性；我國(guó)廣泛使用的砧木‘貝達(dá)’是美洲葡萄與河岸葡萄的后代，其耐鹽性居中。Stafne等[29]研究指出，冬葡萄品種具有較高的耐堿性，沙地葡萄中等耐堿，而野生河岸葡萄耐堿性較差。所以沙地葡萄×冬葡萄后代的耐堿性中等偏上，河岸葡萄×沙地葡萄的后代不具有顯著的耐堿性。韓真等[30]控制土壤pH為8，測(cè)定砧木各部位鉀素以及葉片中丙二醛（MDA）含量后發(fā)現(xiàn)，‘3309C’‘貝達(dá)’耐鹽堿性強(qiáng)，‘5BB’‘140R’耐鹽堿性中等，‘110R’耐鹽堿性較弱。通過(guò)對(duì)生理生化指標(biāo)及生長(zhǎng)表現(xiàn)型的測(cè)定，利用隸屬函數(shù)對(duì)5個(gè)葡萄品種進(jìn)行耐鹽性評(píng)價(jià)，耐鹽性由強(qiáng)到弱依次為：峰光＞188-08＞101-14＞玫瑰香＞1103P[26]。牛銳敏等[31]研究發(fā)現(xiàn)，‘110R’‘SO4’耐鹽性較強(qiáng)，‘5BB’‘1103P’耐鹽性中等，‘140R’‘貝達(dá)’耐鹽性弱。曹建東[32]通過(guò)對(duì)‘SO4’‘5A2’‘225’‘通化-3’‘420’‘5BB’‘山河系’等7個(gè)葡萄砧木的耐鹽性研究發(fā)現(xiàn)，‘5BB’表現(xiàn)最優(yōu)，具有較強(qiáng)的耐鹽性；山河系、‘SO4’的耐鹽性居中。吳夢(mèng)曉等[24]發(fā)現(xiàn)，‘玫瑰香’屬于耐鹽類型，‘188-08’‘101-14’‘SO4’屬于鹽較敏感類型，‘1103P’屬于鹽敏感類型。郭延清等[33]探究了7種葡萄砧木抗鹽堿的生理生化機(jī)制，結(jié)果表明，‘520A’‘LDP-191’‘LDP-294’較‘貝達(dá)’‘LN33’‘101-14’和‘SO4’的耐鹽性好。孫茜[7]通過(guò)測(cè)定不同鹽濃度下葡萄砧木葉片的生理生化指標(biāo)得出各品種的耐鹽性強(qiáng)弱順序?yàn)椋?103P＞5BB＞SO4＞3309C，耐堿性強(qiáng)弱順序?yàn)椋?103P＞3309C＞5BB＞SO4。

3 葡萄砧木對(duì)鹽堿脅迫的生理響應(yīng)

3.1 細(xì)胞膜透性

細(xì)胞膜在細(xì)胞防御鹽離子進(jìn)入中起著重要作用，是植物抵抗鹽堿脅迫的第一道屏障[34]。遭受鹽堿脅迫時(shí)，植物細(xì)胞膜的完整性被破壞，其功能受到抑制，選擇性吸收不受控制。與此同時(shí)，細(xì)胞內(nèi)積累大量的活性氧，加劇膜脂過(guò)氧化，影響細(xì)胞的代謝及生理功能[35-36]。MDA是膜脂過(guò)氧化作用的最終產(chǎn)物，其含量可反映細(xì)胞膜的損傷程度。隨鹽脅迫濃度的增大與時(shí)間的延長(zhǎng)，砧木葉片MDA含量和細(xì)胞膜透性表現(xiàn)出增高趨勢(shì)[37]。除此以外，不同葡萄砧木的相對(duì)電導(dǎo)率在堿脅迫后也都有所上升，但耐鹽堿性越強(qiáng)的砧木品種，其細(xì)胞膜受到的損害越小，MDA含量以及相對(duì)電導(dǎo)率增加的越少[7,38]。

3.2 保護(hù)酶系統(tǒng)

鹽堿脅迫下，植株體內(nèi)產(chǎn)生并積累大量超氧陰離子自由基（O2·-）、過(guò)氧化氫（H2O2）等活性氧，它們具有很強(qiáng)的氧化能力，可對(duì)植物造成不可逆的傷害[39]。植物為減輕或避免活性氧對(duì)細(xì)胞造成的傷害，進(jìn)化形成了酶促和非酶促兩大類活性氧清除系統(tǒng)。參與酶促機(jī)制的酶主要有超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、過(guò)氧化物酶（POD）、抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）等；參與非酶促抗氧化系統(tǒng)主要包括抗壞血酸（AsA）和谷胱甘肽（GSH）等[40-41]。而在葡萄耐鹽堿鑒定中，一般是測(cè)定酶促機(jī)制中的相關(guān)酶[42]。在鹽堿脅迫后，植物活性氧的產(chǎn)生與積累量和其本身抗性呈反比，抗氧化酶的活性與其本身抗性呈正比。付晴晴等[43]對(duì)3個(gè)葡萄砧木進(jìn)行鹽脅迫處理，發(fā)現(xiàn)‘1103P’葉片中O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量高于耐鹽性較強(qiáng)的‘A15’‘A17’，且‘1103P’葉片中SOD、CAT和POD活性低于耐鹽性較強(qiáng)的‘A15’‘A17’。而李會(huì)云等[44]對(duì)4個(gè)葡萄砧木進(jìn)行鹽脅迫處理后發(fā)現(xiàn)，低濃度的鹽脅迫可提高葉片中SOD、CAT和POD活性，隨著含鹽量的增加超過(guò)一定值后，酶活性下降。

3.3 滲透調(diào)節(jié)

植物響應(yīng)滲透脅迫的方式是進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)[45]。滲透調(diào)節(jié)有兩種模式，一種是無(wú)機(jī)滲透調(diào)節(jié)，通過(guò)選擇性吸收Na+、K+、Ca2+、Cl-等無(wú)機(jī)離子，使植株細(xì)胞內(nèi)K+/Na+比值保持在≥1的狀態(tài)；第二種是有機(jī)滲透調(diào)節(jié)，合成脯氨酸（Pro）、可溶性糖、甜菜堿等滲透物質(zhì)保持細(xì)胞滲透平衡[1]。葡萄砧木主要以K+和有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)為主要滲透調(diào)節(jié)劑[46]，在鹽堿脅迫下，葡萄植株體內(nèi)合成與積累一些有機(jī)物質(zhì)，以降低細(xì)胞滲透勢(shì)。周萬(wàn)海[47]在鹽處理‘3309C’‘520A’‘5BB’‘圣喬治’‘貝達(dá)’‘SO4’等葡萄砧木后發(fā)現(xiàn)，葡萄葉片游離脯氨酸隨鹽濃度的升高均有所增加。樊秀彩等[48]研究發(fā)現(xiàn)，‘抗砧5號(hào)’依靠合成大量的游離脯氨酸和可溶性糖來(lái)適應(yīng)鹽脅迫，且在一定范圍內(nèi)葡萄砧木耐鹽性越好，Pro、可溶性糖等有機(jī)滲透物質(zhì)含量越高[33]。

3.4 光合作用

鹽堿等生態(tài)脅迫極易影響植物光合作用，主要通過(guò)水分脅迫、離子毒害、滲透脅迫以及光合產(chǎn)物積累等途徑反饋抑制植物的光合作用[49]。鹽堿脅迫導(dǎo)致光合作用下降是由氣孔限制變成非氣孔限制：輕度鹽堿脅迫于脅迫初期主要為氣孔性限制，中高度鹽堿脅迫于脅迫后期主要為非氣孔性限制，同時(shí)PSⅡ反應(yīng)中心受到嚴(yán)重?fù)p傷[50-51]。尹勇剛等[52]研究鹽脅迫對(duì)葡萄砧木光合特性與葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響發(fā)現(xiàn)，隨著鹽濃度升高，葡萄砧木葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2（Ci）和蒸騰速率（Tr）等顯著下降，同時(shí)最大熒光產(chǎn)量（Fm）、最大光化學(xué)效率（PSⅡ）、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率（Yield）和光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）也呈下降趨勢(shì)，初始熒光產(chǎn)量（Fo）、非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）和葉綠素（Chl）含量表現(xiàn)為先升高后降低。王振興等[53]也發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)時(shí)間高濃度鹽堿脅迫可抑制葡萄砧木氣孔導(dǎo)度（Gs）、光合電子傳遞、碳同化關(guān)鍵酶活性，以此降低葡萄植株凈光合速率。

3.5 內(nèi)源激素

植物常見(jiàn)的內(nèi)源激素有細(xì)胞分裂素（CTK）、生長(zhǎng)素（IAA）、乙烯（Eth）、赤霉素（GA）、脫落酸（ABA）、玉米素（ZT）等[54]。在鹽堿脅迫下，植物內(nèi)源激素含量會(huì)發(fā)生改變，其中Eth含量增加，CTK、IAA、GA等含量降低[55]。除此之外，鹽堿脅迫可以降低葡萄葉片中ZT含量，增加ABA含量，且隨著鹽脅迫程度越大，ZT含量越低，ABA含量越高[56]。

4 葡萄砧木對(duì)鹽堿脅迫的分子應(yīng)答

植物對(duì)于鹽堿脅迫的感知與反應(yīng)是通過(guò)細(xì)胞受體與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)反映出來(lái)的。近年來(lái)，大量學(xué)者應(yīng)用分子生物學(xué)、遺傳學(xué)等手法研究植物耐鹽堿機(jī)制，相關(guān)耐鹽堿基因的分離、克隆等都有一定報(bào)道[32]。

當(dāng)植物感受到鹽堿脅迫時(shí)，植株會(huì)合成一些小分子有機(jī)物質(zhì)，例如脯氨酸、甜菜堿等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，以及一些與調(diào)節(jié)蛋白相關(guān)的酶類，從而適應(yīng)或者躲避外界環(huán)境刺激[57]。如VvP5CS基因，可促進(jìn)脯氨酸的合成，在鹽脅迫條件下，耐鹽葡萄VvP5CS基因轉(zhuǎn)錄水平顯著高于鹽敏感葡萄[58]。

鹽分離子吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程與離子通道密切相關(guān)，離子轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因在此過(guò)程中發(fā)揮重要作用，其中Na+/K+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因（NHX）、高親和K+轉(zhuǎn)運(yùn)載體蛋白基因（HKT）具有關(guān)鍵地位[59]。Ayadi[60]等對(duì)葡萄NHX家族進(jìn)行了全基因組鑒定，并對(duì)其分子表征和基因表達(dá)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)它們參與葡萄受脅迫后的應(yīng)激反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，在鹽堿脅迫下，抗性較高的葡萄砧木‘SN15’‘SN17’中VvNHXP基因，‘110R’中VvNHXl基因表達(dá)量較高[61-62]。冀小敏[63]也發(fā)現(xiàn)，TwMAPK9通過(guò)超表達(dá)提高了鹽脅迫下葡萄愈傷組織中清除活性氧相關(guān)基因（VvSOD，VvPOD）和離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因（VvNHXP，VvHKTl，VvHKT2）的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，以此來(lái)提高葡萄愈傷組織的耐鹽性。質(zhì)膜中也有H+-ATPase（PM H+-ATPase）基因VvPMAl和VvPMA3高表達(dá)來(lái)響應(yīng)鹽脅迫[64]。劉闖[65]研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫顯著誘導(dǎo)了葡萄HKT1在植株中的表達(dá)，其中VviHKT1和VviHKT1的相對(duì)表達(dá)量隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)持續(xù)上升。

MYB類轉(zhuǎn)錄因子是轉(zhuǎn)錄因子中數(shù)量最多、功能最多樣化的轉(zhuǎn)錄因子家族之一，在植物脅迫應(yīng)答過(guò)程中起著重要的調(diào)控作用，現(xiàn)已有多個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子在葡萄鹽脅迫下得到的篩選[66]。在葡萄基因組中鑒定出7個(gè)VvDREB基因在鹽脅迫下表達(dá)量均顯著增加[67]；王春榮等[68]在‘1103P’中篩選4個(gè)受鹽強(qiáng)烈誘導(dǎo)的R2R3-MYB基因，并發(fā)現(xiàn)VvMYB112能響應(yīng)高鹽脅迫。WRKY轉(zhuǎn)錄因子參與植物對(duì)生物及非生物脅迫的應(yīng)答，調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成及多種代謝途徑[69]。侯麗霞等[70]鹽處理‘左優(yōu)紅’后發(fā)現(xiàn)，VvWRKY45和VvWRKY71應(yīng)對(duì)鹽脅迫反應(yīng)較快且表達(dá)量高。

由于耐鹽性為數(shù)量性狀，與耐鹽性狀相關(guān)的基因較多，還有很多的功能基因和轉(zhuǎn)錄因子還未發(fā)掘并進(jìn)行機(jī)制研究。在其它果樹(shù)中有相關(guān)的功能基因已得到克隆或轉(zhuǎn)化，可以為葡萄砧木耐鹽性基因的研究提供參考。

5 鹽堿脅迫對(duì)葡萄砧木嫁接后接穗的影響

葡萄嫁接技術(shù)在生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用，但嫁接除了受溫度、水分、嫁接技術(shù)和后期管理等因素影響外，砧木和接穗間還具有一定的相互作用力。

袁軍偉[27]分別用耐鹽性由強(qiáng)到弱的砧木‘101-14’‘貝達(dá)’‘188-08’‘5C’嫁接‘赤霞珠’葡萄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：嫁接后的‘赤霞珠’耐鹽性與砧木耐鹽性相同；且耐鹽性較強(qiáng)的砧木受到脅迫后，根系的拒Na+能力越強(qiáng)，嫁接后接穗的耐鹽性越強(qiáng)。郭延清[33]將‘美樂(lè)’‘貴人香’‘赤霞珠’‘黑比諾’等葡萄與‘520A’嫁接，進(jìn)行鹽脅迫后發(fā)現(xiàn)，所有品種的耐鹽性都有所提升。但Priyanka發(fā)現(xiàn)，在高鹽條件下生長(zhǎng)的自根苗‘湯普森無(wú)核’葡萄，其光合作用速率明顯高于以‘1103P’‘110R’‘41B’為砧木的嫁接苗[71]。所以，由于砧穗互作，嫁接后的葡萄不一定比自根苗更耐鹽。因此，選擇合適的砧木才可以提高葡萄的抗性[72]，需要根據(jù)葡萄品種、土壤和氣候等特點(diǎn)因地制宜地進(jìn)行砧木品種區(qū)域化研究。

6 問(wèn)題與展望

（1）葡萄砧木耐鹽堿性的鑒定、篩選是葡萄抗鹽堿栽培生產(chǎn)的基礎(chǔ)，雖然已有大量相關(guān)研究，但因試驗(yàn)處理手法、試驗(yàn)環(huán)境、評(píng)價(jià)指標(biāo)、分析方法等不同，所得結(jié)論不一。因此應(yīng)建立統(tǒng)一的葡萄砧木耐鹽堿性研究系統(tǒng)，并同步葡萄砧木與嫁接后的耐鹽堿研究，為葡萄砧木的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

（2）葡萄砧木種質(zhì)資源豐富，研究其基因的多樣性，不僅可從分子層面、遺傳學(xué)層面進(jìn)行新品種選育，還可深入闡明其調(diào)控方式及機(jī)理，為植物學(xué)耐鹽堿研究提供重要參考價(jià)值。

（3）葡萄砧木耐鹽堿研究材料的處理大多為盆栽、組培、水培等，不適應(yīng)葡萄生長(zhǎng)發(fā)育周期長(zhǎng)的田間自然生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)，可結(jié)合植株真實(shí)生長(zhǎng)環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行葡萄砧木耐鹽堿性鑒定。

（4）葡萄砧穗間的親和性對(duì)嫁接品種具有較大影響，對(duì)其間的物質(zhì)運(yùn)輸、成花機(jī)制、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及細(xì)胞識(shí)別機(jī)制進(jìn)行深入研究，以解決葡萄生產(chǎn)中砧穗不親和的問(wèn)題。