王寒茹，李丕軍，劉 華，邢文曦，鄭崇文

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230036；2.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610081)

核桃(Juglansregia)又稱胡桃、羌桃，為胡桃科胡桃屬植物，具有健胃、補(bǔ)血、潤肺、養(yǎng)神等功效，并與扁桃、腰果、榛子并稱為世界著名的“四大干果”，其藥用、食用和經(jīng)濟(jì)價值均很高。主要分布在中亞、西亞、南亞和歐洲，國內(nèi)在四川，山東，云南等21個省(市、區(qū))。不同地區(qū)不同核桃的品種之間也存在著差異。蔡利娟[1]對引進(jìn)核桃香玲、新疆早熟核桃等，鄉(xiāng)土核桃早實核桃、美羅2號等和雜交核桃蜀齡、早豐等進(jìn)行測量，得出結(jié)論3種核桃總體樹形差異不大，但雜交核桃的3徑(腹徑、縫徑、果高)平均值最大，引進(jìn)核桃次之，鄉(xiāng)土核桃最小。在化學(xué)組成上雜交核桃Vc和粗蛋白比其他兩種高，引進(jìn)核桃粗脂肪最高，鄉(xiāng)土核桃Vc、粗蛋白和粗脂肪都適中。核桃的生長受到各個方面的影響，陳虹[2]采用田間實驗與室內(nèi)分析結(jié)合的方法發(fā)現(xiàn)影響核桃的因素包括生殖特性、環(huán)境脅迫、庫源關(guān)系、基因調(diào)控。其中環(huán)境脅迫有水分脅迫和溫度脅迫，水分脅迫有干旱脅迫和水淹脅迫。孫凡[3]采用盆栽法發(fā)現(xiàn)在實驗中干旱對長山核桃生長的影響最大，20天左右?guī)缀跬耆劳?，淹水對薄殼山核桃影響最大，但植物長期淹水過程并沒有全部死亡，存活率87.5%。經(jīng)過大量實驗發(fā)現(xiàn)核桃在干旱脅迫條件下其變化是有規(guī)律的，隨著干旱時間的增加，核桃葉片水勢總體呈下降趨勢，生物量方面，側(cè)枝，主干生長緩慢，葉片數(shù)量逐漸減少，到最后幾乎沒有，核桃側(cè)枝，主干，葉片的干重逐漸降低，葉片相對電導(dǎo)率上升，葉片相對含水量逐漸降低，根系活力逐漸降低，核桃葉片脯氨酸含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，核桃葉片中可溶性糖的含量也呈增加趨勢，可溶性蛋白含量則呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，超氧化物歧化酶(SOD)活性先升高后下降，丙二醛含量均有明顯增加。

1 干旱對核桃植株形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

1.1 干旱對根系的影響

根系是陸生植物吸水的主要器官，抗旱性強(qiáng)的植物往往根系發(fā)達(dá)。王振元[4]采用PEG-6000模擬干旱脅迫法，對6個品種的核桃的幼根進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫條件下，所有不同品種核桃的幼根的根長均有所減少，相對含水量也出現(xiàn)很大程度的減少，且各個品種之間相對含水量的差異顯著。幼根的游離脯氨酸含量增大，可溶性糖含量增大，可溶性蛋白的含量先增大后減少。田艷[5]用野生光核桃幼苗為研究對象，設(shè)計4 d、8 d、12 d、16 d。其根系長度隨時間有所減少，干旱16d根系受到土壤板結(jié)的機(jī)械損傷，實驗組土壤含水量和根系含水量都隨干旱時間的增加而減少，干旱16d含水量達(dá)到最低。

1.2 干旱對枝條的影響

目前關(guān)于脅迫對植物莖形態(tài)的研究較少，劉杜松[6]采用自然干旱脅迫及復(fù)水的方法，研究了 12 個早實核桃品種苗木的抗性，其為試材，采用自然干旱脅迫及復(fù)水的方法，結(jié)果顯示，核桃的粗度相對生長量可以作為判斷核桃其抗旱能力的指標(biāo)之一。孫紅梅[7]采用同樣的方法，分別在脅迫第0 d、11 d、22 d、33 d、44 d、55 d和復(fù)水后進(jìn)行取樣，結(jié)果認(rèn)為在0 d～11 d時，各早實核桃枝條長度和粗度增幅較大，隨脅迫程度的加劇，枝條長度和粗度增加不顯著，復(fù)水后，各植株得到正常水分供應(yīng)，枝條再次顯著增長和加粗。

1.3 干旱對葉片的影響

葉片是植物進(jìn)行光合作用的主要器官，同時植物喪失的大部分水分也是通過葉片的蒸騰作用喪失的。當(dāng)植物處于缺水狀態(tài)時，其外部形態(tài)表現(xiàn)敏感，尤以葉片表現(xiàn)明顯。在干旱條件下，總?cè)~面積會減少，葉片停止擴(kuò)展，葉片萎蔫，有落葉現(xiàn)象。葉片的形態(tài)和解剖結(jié)構(gòu)都與抗旱性有一定的聯(lián)系。白重炎[8]等通過石蠟切片，對采自陜西渭北核桃開發(fā)研究中心基地(黃龍)12 個核桃品種葉片的抗旱性結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究。結(jié)果表明，葉肉上表皮厚度、柵欄組織占葉厚度的比例及葉脈維管束長徑是比較好的抗旱性指標(biāo)。孫志超[9]采用石蠟切片、模擬干旱處理及透射電鏡等技術(shù)對3種山核桃葉片、1 a生枝條及葉綠體的結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了觀察，并將葉片上下表皮、柵欄組織、海綿組織等15類指標(biāo)聚為5類，通過相關(guān)指數(shù)比較篩選出了海綿組織厚度、皮孔長度、柵欄組織與海綿組織厚度比、皮層厚度及導(dǎo)管長度作為評價山核桃耐旱性能的指標(biāo)。

2 干旱對核桃生理指標(biāo)的影響

2.1 干旱對核桃組織水分狀況的影響

葉片水分是維持植物正常代謝的基礎(chǔ)，一般而言，干旱脅迫發(fā)生時，葉片水分降低，其高低在一定程度上可以反映葉片保水能力的強(qiáng)弱[10]。植物在干旱情況下反映水分狀況的指標(biāo)有相對含水量、水分飽和虧缺、葉片水勢等。在干旱情況下抗旱性強(qiáng)的樹種相對含水量下降的比抗旱性弱的樹種緩慢，以便維持植物的正常生長[11]。植物葉水勢是植物缺水的一項重要指標(biāo)，其值的高低及穩(wěn)定性可用來衡量植物抗旱性強(qiáng)弱[12]。陳永坤[13]等采用 PEG-6000 人工模擬干旱脅迫的方法對漾濞核桃幼苗葉片相對含水量進(jìn)行研究，結(jié)果表明，隨干旱脅迫加劇，幼苗相對含水量逐漸降低。韓瑞宏[14]對干旱脅迫下其葉片水分代謝變化進(jìn)行研究，結(jié)果表明，干旱脅迫下苜蓿葉片水勢、葉片相對含水量降低,水分飽和虧缺增加。在干旱條件下還發(fā)現(xiàn)核桃葉片相對電導(dǎo)率隨著土壤和莖水勢的降低而顯著下降[33]。

2.2 干旱對核桃光合作用的影響

光合作用是植物生長最基本的生理過程，干旱逆境下，凈光合速率是植物光合能力最直接的體現(xiàn)，其大小直接決定著植物光合作用的強(qiáng)弱[15]。水分脅迫下光合速率的下降受氣孔因素和非氣孔因素的雙重限制。此外，也由于水分脅迫使生長受到抑制、葉面積減少而限制了光合作用。在輕度水分虧缺下，光合作用降低的原因是氣孔性限制造成的。中度至重度的水分脅迫下，氣孔雖然部分或全部關(guān)閉，但葉組織內(nèi)CO2濃度反而升高，此時光合速率下降是由非氣孔因素造成的。此外,葉綠素作為植物光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ),其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低直接影響光合能力[16]。在對核桃的研究中發(fā)現(xiàn)，干旱條件下氣孔的關(guān)閉和熱量同時作用對葉片產(chǎn)生的作用直接影響限制了光合作用，表明在土壤水分虧缺時，天氣炎熱和干燥會影響植物的光合作用[27]。研究發(fā)現(xiàn),不同薄殼山核桃品種葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在干旱脅迫時均有不同程度的降低[17]。孫紅梅[6]采用自然干旱及復(fù)水處理，結(jié)果表明，干旱和復(fù)水過程中，核桃葉片的凈光合速率、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、FV/FM和FV/FO均在干旱脅迫時逐漸降低，復(fù)水后升高，但未恢復(fù)到正常水平。

2.3 干旱對核桃質(zhì)膜系統(tǒng)的影響

細(xì)胞膜的選擇透性是膜系統(tǒng)最重要的功能之一。植物在受到干旱等逆境脅迫后，原生質(zhì)膜遭到損傷，使膜透性增大，使細(xì)胞對部分內(nèi)含物失去控制，電解質(zhì)大量外滲，植物組織外滲液電導(dǎo)值增大，故使用電導(dǎo)法測定植物原質(zhì)膜透性來可作為鑒定植物抗逆性強(qiáng)弱的指標(biāo)之一[18]。相對電導(dǎo)率可反映逆境條件下質(zhì)膜透性的變化趨勢。核桃葉片在干旱脅迫條件下，相對電導(dǎo)率上升，且各處理及CK條件下，其上升速率趨于一致[19]。余甜[20]等以 3 種類型新疆野生核桃幼苗木為試材，采用自然干旱脅迫的方法對澆水后 5 d、10 d、15 d、20 d、25 d 的新疆野核桃葉片進(jìn)行抗旱性生理指標(biāo)測定結(jié)果表明，在脅迫后 15 d，“卵圓型”核桃的質(zhì)膜相對透性驟然升高達(dá)到最大值。孫志超[9]等采用石蠟切片、模擬干旱處理及透射電鏡等技術(shù)對3種山核桃進(jìn)行研究，通過相關(guān)指數(shù)比較篩選出了海綿組織厚度、皮孔長度、柵欄組織與海綿組織厚度比、皮層厚度及導(dǎo)管長度作為評價山核桃耐旱性能的指標(biāo)。白重炎[8]等對陜西渭北核桃開發(fā)研究中心基地12個核桃品種葉片的抗旱性結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究，結(jié)果表明，葉肉上表皮厚度、柵欄組織占葉厚度的比例及葉脈維管束長徑是比較好的抗旱性指標(biāo)。

植物在進(jìn)行生理活動時會產(chǎn)生活性自由，正常情況下這些活性自由基會被植物體內(nèi)的抗氧化體系所清除，但在干旱情況下抗氧化系統(tǒng)不能正常清除活性自由基，導(dǎo)致體內(nèi)自由基積累，對植物產(chǎn)生毒害?；钚匝踝杂苫谥参锛?xì)胞內(nèi)大量富集，會引發(fā)細(xì)胞膜脂過氧化作用，破壞細(xì)胞膜的正常生理功能，且其產(chǎn)物丙二醛過量產(chǎn)生和累積會進(jìn)一步加劇對細(xì)胞的毒害作用[21]。因為丙二醛是細(xì)胞膜脂過氧化的產(chǎn)物。其含量可以反映過氧化的程度[22]。所以丙二醛含量可以作為判斷植物抗旱性的指標(biāo)。侯棟[23]等在研究不同干旱脅迫處理的試驗中得出結(jié)論：4個品種核桃葉片的丙二醛(MDA)含量均隨干旱脅迫的加劇不斷增加。

2.4 干旱對核桃滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

滲透調(diào)節(jié)是指植物在干旱等逆境下，通過提高細(xì)胞液濃度，降低滲透勢來維持一定的膨壓，維持植物的正常生理功能的一種機(jī)制。植物自身合成的滲透調(diào)節(jié)性物質(zhì)有可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸等。植物在受到干旱脅迫時，體內(nèi)會積累大量的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，降低細(xì)胞內(nèi)的滲透勢，維持植物正常的生理生化過程[24]。Naser[25]等通過實驗證明可溶性糖在核桃抗旱方面起到重要作用。同時干旱脅迫條件下各個品種的核桃脯氨酸含量均增加，而且抗旱性強(qiáng)的品種脯氨酸含量明顯高于不耐旱的品種，耐旱性強(qiáng)度與脯氨酸含量成正比，因此脯氨酸也可以作為核桃抗旱性研究的指標(biāo)。王振元[4]等采用干旱模擬試驗的研究結(jié)果是，在供試核桃品種的幼根和幼葉中，游離脯氨酸含量隨脅迫程度增加均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，且幼葉對干旱脅迫較幼根更敏感；可溶性糖含量也呈增加趨勢，可溶性蛋白含量則呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，游離脯氨酸和可溶性蛋白這兩種物質(zhì)的含量在“魯光”幼苗中最高，說明該品種的滲透調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，即對干旱的抵抗能力較強(qiáng)。陳永坤等通過人工模擬干旱脅迫的方法對漾濞核桃幼苗葉片、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、MDA和游離脯氨酸等生理生化指標(biāo)的變化進(jìn)行研究[13]。

2.5 干旱對核桃抗氧化酶系統(tǒng)的影響

干旱對植物的傷害與干旱條件下植物體內(nèi)活性氧積累導(dǎo)致膜脂過氧化對植物造成毒害?；钚匝醯姆e累與植物體內(nèi)保護(hù)酶的活性和抗氧化劑含量有直接的關(guān)系。眾多研究表明,超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)是反映植物抗旱性的重要代謝響應(yīng)產(chǎn)物,不同的試驗材料其SOD、POD活性在干旱脅迫下的變化趨勢不盡相同。侯棟[23]等以豐輝、香玲、魯光和元林4個核桃品種為試材,研究不同干旱脅迫處理對SOD、POD的影響，SOD和POD活性先上升后下降是因為干旱脅迫使植物體內(nèi)產(chǎn)生較多的活性氧,誘導(dǎo)SOD和POD活性提高以清除活性氧,減輕傷害。而在重度干旱脅迫時,植物體內(nèi)嚴(yán)重缺水而影響酶活性,缺水還會導(dǎo)致體內(nèi)蛋白質(zhì)合成受阻或分解,從而使酶活性降低。劉濟(jì)明[27]等以羅甸小米核桃為研究對象，研究在不同水分處理下羅甸小米核桃葉片3種抗氧化保護(hù)酶(SOD、CAT、POD)的變化，隨著干旱脅迫時間的延長，羅甸小米核桃保護(hù)酶SOD活性呈上升趨勢，POD活性呈先上升后下降再上升趨勢，CAT 活性除重度脅迫外均呈W 型變化。在重度干旱脅迫下，羅甸小米核桃各類保護(hù)酶的活性在總體上均高于正常供水、輕度干旱脅迫和中度干旱脅迫。干旱脅迫初期，CAT 活性變化趨勢與POD活性相反，說明3種保護(hù)酶能夠相互配合協(xié)同作用，以降低膜脂過氧化程度，減少水分脅迫造成的傷害?？寡趸钢g的差異(如SOD、APX、POD、PPO、LOX、PAO和CAT)核桃基因型之間的差異可能是由于其抗旱機(jī)制的不同所導(dǎo)致的，抗旱性強(qiáng)的核桃幼苗脯氨酸含量較高，伴隨著較高的抗氧化酶活性，這些結(jié)果表明脯氨酸的積累能激活抗氧化作用[34]。

2.6 干旱對基因的影響

分子水平抗旱性主要是指植物在干旱條件下，通過核酸、蛋白質(zhì)、基因的表達(dá)、調(diào)控、合成等一系列分子水平的響應(yīng)抵抗干旱脅迫，例如逆境蛋白的合成、抗旱基因表達(dá)[28][29]。李長江[30]對8周的青扦幼苗在溫室內(nèi)進(jìn)行干旱脅迫培養(yǎng)，進(jìn)行分子水平研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PwWDSI基因能被干旱所誘導(dǎo)，參與干旱脅迫的信號通路。朱雙[31]選取長勢一致的麻風(fēng)樹幼苗，待其長出6片真葉時進(jìn)行干旱處理，對麻風(fēng)樹的根、葉、莖韌皮部和韌皮層的RNA提取研究，發(fā)現(xiàn)LEA蛋白明顯上調(diào)表達(dá)，表明其參與了麻風(fēng)樹干旱脅迫的響應(yīng)過程。NAC、MYB、AP2/ERF等上調(diào)表達(dá)，說明轉(zhuǎn)錄因子對麻風(fēng)樹干旱脅迫的響應(yīng)過程起重要作用。采用植物基因工程技術(shù)的方法，Di Wang[32]對水稻不同時期的葉、根的基因表達(dá)譜進(jìn)行分析，得到了 5 284個干旱脅迫差異表達(dá)基因。朱雙[31]利用數(shù)字基因表達(dá)譜技術(shù)鑒定和分析植物的抗旱性。

3 核桃抗旱性研究展望

目前，關(guān)于核桃抗旱性研究主要涉及生物量變化，形態(tài)變化和生理生化的分析，但都不夠全面，往往只是研究了某一部分，或者生育期的某一段時期，所以要判斷核桃不同品種抗旱性的強(qiáng)弱，需要建立一個完整的全生育期抗旱性指標(biāo)的判別體系，從而才能提高對核桃各個品種抗旱性強(qiáng)弱判斷的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。另外隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的發(fā)展，人們逐漸采用分子技術(shù)對植物的抗旱性進(jìn)行研究，但目前分子技術(shù)還不夠完善，如朱雙[31]對麻瘋樹在干旱脅迫下的響應(yīng)表達(dá)譜進(jìn)行研究，共測得 20 838個表達(dá)序列，但仍有 1 238個序列沒有注釋，這些問題有待于進(jìn)一步的解答。在未來的研究中，應(yīng)利用基因組、染色體免疫共沉淀及酵母雜交等技術(shù)研究表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄因子以及信號通路調(diào)節(jié)等從本質(zhì)上探究植物的抗旱特性。

干旱是限制植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子，也是目前制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個全球性問題，全世界干旱、半干旱地區(qū)總面積約占總陸地面積的43%，我國是世界上主要的干旱國家之一，全國干旱、半干旱地區(qū)約占總國土面積的50%左右。核桃是我國經(jīng)濟(jì)林物種之一，近些年來，核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但干旱、土壤瘠薄、管理技術(shù)欠缺等因素制約影響了核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前關(guān)于核桃抗旱性研究的文獻(xiàn)不多，抗旱性的研究主要集中在農(nóng)作物，關(guān)于經(jīng)濟(jì)林抗旱性的研究甚少。本文將近年來國內(nèi)外關(guān)于核桃抗旱性的研究進(jìn)行整合研究，綜合起來分析各項指標(biāo)與核桃抗旱性的關(guān)系。

目前，我國實生核桃樹兩億多株，為核桃抗逆育種，尤其是抗旱育種提供了豐富的種質(zhì)資源。從眾多實生苗中選育經(jīng)濟(jì)效益好的，抗旱性強(qiáng)的單株作為篩選對象，并對其后代進(jìn)行進(jìn)一步觀察和篩選，最終選定出抗旱良種。通過對不同品種核桃在干旱脅迫下形態(tài)結(jié)構(gòu)，生物量，生理生化等指標(biāo)進(jìn)行研究，并利用綜合評價方法對供實驗的核桃品種的抗旱型進(jìn)行評價，為核桃抗旱性研究提供依據(jù)。因此，對現(xiàn)有核桃開展抗旱性研究，篩選耐旱性強(qiáng)的品種，對核桃的推廣應(yīng)用、節(jié)水抗旱栽培具有重要理論價值和實踐意義。