郭秀芳，屈璐璐，贾振宇，杨占坤，刘亚玲，*，蔚炜华

(1.内蒙古蒙草生态环境(集团)股份有限公司，呼和浩特 010030； 2.内蒙古蒙草种业科技研究院有限公司，呼和浩特 010030)

土壤盐碱化已成了日益严重的环境灾害[1]。近年来我国北方草原的盐碱化面积也在不断的扩张[2-3]。因此，选育适宜在盐碱化草原生长的植物可在一定程度上改良盐碱化土壤，提高土地利用率。

1 羊草的基本特性

羊草[Leymuschinensis(Trin.) Tzvel.]又称碱草，属于禾本科赖草属，为异源四倍体植物[4]。研究表明，羊草具有较强的耐盐碱特性，其可在pH8.5～11.5的盐碱地上生长，是非盐生植物中耐盐性较高的物种[5]。而且羊草产量高、品质好、地下横走根茎发达，是优质的牧草兼生态草[6-8]。因此，可通过大面积推广种植羊草改良盐碱化草原。

2 羊草耐盐碱性研究

2.1 初期耐盐碱性研究

羊草的耐盐碱性研究初期主要是通过对其种质萌发以及苗期进行盐碱处理，分析其生物学和生理特性。马红媛等[9-10]在设置了不同盐浓度梯度处理羊草种子的实验中，发现用低于50 mmol/L的NaCl处理羊草种子有促进萌发的效果；此后在一定范围内，增加NaCl浓度，羊草萌发时间延长，但大部分种子仍然没有失活，且Na2CO3比NaCl对羊草种子萌发有更强的抑制作用。李倩等[11]用不同地区采集的100份羊草种质进行了萌发盐处理实验，从中筛选到了极耐盐的种质，其在盐胁迫下相对萌发率可达85%。以上是针对羊草种子萌发做的盐胁迫实验。

有文章研究羊草苗期的耐盐碱性强度，如颜宏[12]的实验使用8周的羊草幼苗为实验材料，用盐处理时发现，NaCl浓度上升到600 mmol/L时，羊草幼苗已全部死亡；而Na2CO3处理羊草幼苗的致死浓度则是175 mmol/L。该实验还测量了羊草幼苗的分蘖率、光合速率、以及营养物质含量等，发现实验组中这些指标都有不同程度下降，且 Na2CO3对各项指标的影响更严重，这和马红媛在研究羊草种子萌发时得出的结论相一致。徐月乔[13]研究了灰绿型羊草和黄绿型羊草的耐盐碱性，分析了两种生态型羊草的根际效应，发现灰绿型羊草能更有效地缓解盐碱胁迫对根际 pH 的影响，并且同等盐胁迫下，灰绿型羊草更能抵抗盐胁迫。这些研究为筛选耐盐碱羊草种质和对羊草初期的耐盐性评价提供了基础。

2.2 耐盐碱生理响应机制

离子对植物正常生长至关重要，一般情况下，盐碱化土壤中过量的 Na+会渗透到植物体内，打破植物细胞内的离子和水分平衡[14-17]。研究表明，为应对这种非生物胁迫，植物通常通过甜菜碱和脯氨酸等渗透调节物质维持渗透压，另外通过检测丙二醛、有机酸、抗氧化酶等指标，也能侧面反应植物在逆境胁迫下的生理响应状况[18-21]。

刘滨硕等[22]通过对盐碱胁迫下羊草的生理生化指标检测发现，在受到轻中度盐碱胁迫时，羊草通过产生大量甜菜碱调节渗透压，在受到较重盐碱胁迫时羊草根茎主要通过大量生成脯氨酸和丙二醛进行渗透调节。盐碱地中的Na+离子入侵羊草时，其根茎会持续吸收Na+直至达到饱和，这时根茎会将吸收的 Na+排到地上部分，以维持根茎中的离子平衡。

另有研究表明，与植物共生的根系微生物也可帮助植物提高抗逆性[23]。王英逵等[24]研究发现丛枝菌根真菌(AMF) 能够通过调节羊草体内地上和地下的离子分配，增强羊草的盐碱耐受性，在盐碱胁迫下，AMF泡囊结构帮助羊草根系截留 Na+，并促进 K+、Ca2+和 Mg2+等其他离子的吸收；也有学者研究发现接种成功AM真菌的羊草与对照相比，在盐碱胁迫下前者的生物量及叶绿素含量有较明显的提高，但在盐碱胁迫的环境下，AM 真菌的侵染强度出现了下降，具体机理还有待探索[25]。

2.3 耐盐碱基因挖掘以及功能研究进展

近年来，利用基因测序技术和分子生物技术，在羊草中挖掘出一些与耐盐碱相关的基因。利用转录组测序技术，Jin等[26-27]用不同浓度Na2CO3和NaCl处理羊草，之后提取了处理组和实验中叶片和根的 RNA并构建cDNA文库，进行转录组测序发现，Na2CO3处理后找到 39 个可能与盐胁迫相关的基因，NaCl处理找到31个相关基因，更进一步证实羊草对 Na2CO3更敏感。同样，利用转录组测序技术，通过GO以及KEGG汇聚分析，董圆圆等[28]研究了盐胁迫下羊草中转录因子家族的响应情况，发现WRKY、C3HL、NAC等转录因子表达量变化明显。

近期的研究主要集中于验证羊草中耐盐碱基因的功能以及探究其调控机制。Ma等[29]从羊草中克隆到一个关于细胞质膜传感的基因(plasma membrane intrinsic,LcPIP1),该基因在羊草叶中大量表达，将其在酵母中过表达能提高酵母对盐碱的耐受性。Sun等[30]从羊草中发现了一个受钠盐诱导并与真核细胞翻译起始因子(Eukaryotic translation initiation factor)同源性高的基因，将其命名为LceIF1，该基因提高了转基因株系的耐受性，这项研究丰富了EIF的功能。Cheng 等[31]从羊草中克隆了一个未知功能性MYB相关基因，将其命名为LcMYB1 ，发现该基因被盐、干旱、ABA诱导表达，将其转入拟南芥中，转基因株系中调控渗透压的物质脯氨酸含量高于对照，推测该基因可能作为转录因子调节下游抗盐碱基因表达。Li 等[32-33]用盐处理羊草并进行转录组测序，发现了两个盐诱导高表达基因(Leymuschinensissalt-induced )分别命名为LcSAIN1、LcSAIN2基因，在高盐胁迫下，LcSAIN1转基因拟南芥和水稻耐盐性性状均好于野生型。Peng等[34]从羊草中克隆了LcDREB2(dehydration responsive element-binding protein)，并探究其功能及调控机制，实验证明其能与羊草中的另一基因LcSAMDC2(S-Adenosyl-methionine decarboxylase) 启动子上的 DRE 元件结合，在羊草愈伤组织中过表达LcDREB2，会增强LcSAMDC2 的表达量，且将其转入拟南芥中，能提高转基因株系的抗盐性，表明LcDREB2与LcSAMDC2 协同作用可以提高植物抵御非生物胁迫的能力。在此基础上，Liu等[35]进一步研究LcDREB2基因的调控机制，发现其通过选择性剪接机制表达不同的功能产物，进而调控下游抗逆性基因的表达来应对逆境胁迫，这也丰富了DREB的调控机制。

还有研究者在羊草中发现了一些调控离子运输的基因，李晓微等[36]从羊草中克隆了一个液泡型 Na+/H+逆向转运蛋白基因LcNHX1，为了验证该基因功能，将其转入烟草和水稻中，发现转基因株系更耐盐碱；王超等[37]从羊草中克隆到一个参与H+-ATP 酶调节的基因Lc14-3-3，并发现其受 Na2CO3诱导表达，推测其可能通过参与离子泵来应对盐碱胁迫。上述研究丰富了羊草耐盐碱基因功能以及调控机制。

3 展望

探究羊草的耐盐碱机制对于其他耐盐作物以及盐碱地的生态改良都具有重要意义。但由于其复杂的研究背景以及技术手段等限制，羊草的耐盐碱机制研究起步较晚，一般都是对羊草种质以及苗期进行耐盐性评价。已取得的一些耐盐碱机制研究基本集中在克隆耐盐碱基因，由于羊草没有成熟的转基因技术手段，克隆的耐盐碱基因只能在异源模式植物拟南芥或者水稻中验证，这就导致验证耐盐碱基因功能困难，局限了对基因调控机制的深入研究。羊草今后的研究方向还是需要突破转基因技术瓶颈，构建成熟的遗传转化体系，探究已克隆到的耐盐碱基因之间的调控机制，以及这些基因上游响应低温、高盐、ABA诱导的转录因子家族之间的调控网络机制。通过羊草耐盐碱机理的研究，特别是进一步挖掘耐盐碱基因资源和种质资源，建立分子设计育种技术路线，培育耐盐碱羊草新品种。