王沛，陳玖紅，王平，馬清，田莉華，陳有軍，周青平*

(1.西南民族大學(xué)青藏高原研究院，青藏高原生態(tài)畜牧業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，四川 成都 610041;2.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部草牧業(yè)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

披堿草屬(Elymus)是禾本科(Gramineae)小麥族(Triticeae)一個(gè)重要類群，主要分布在北半球的溫寒地帶，屬于北溫帶植物區(qū)系成分，集中分布在亞洲和北美洲，個(gè)別種分布至歐洲。其垂直分布從海拔幾米的海灘一直到海拔 5200 m以上的喜馬拉雅山區(qū)，尤其是2000 m以上的高海拔地區(qū)[1-2]。我國是該屬的主要分布區(qū)之一，主要分布于西北、華北、東北以及西南的四川和西藏[3]。

關(guān)于披堿草屬的界定，由于傳統(tǒng)分類方法主要依據(jù)形態(tài)劃分的弊端，始終存在較大爭議，歷史上經(jīng)歷了幾次大的變動(dòng)，該屬曾包含了冰草屬(Agropyron)，猥草屬(Asperella)，帶芒草屬(Taeniatherum)，鵝觀草屬(Roegneria)，賴草屬(Leymus)和偃麥草屬(Elytrigia)。我國的許多學(xué)者普遍接受狹義披堿草屬概念，即不包含上述6屬[4-8]。從這一概念講，該屬在全世界約有30余種。我國是世界上披堿草屬分布較多的國家之一，有12種，分別是老芒麥(E.sibiricus)、披堿草(E.dahuricus)、垂穗披堿草(E.nutans)、短芒披堿草(E.breviaristatus)、圓柱披堿草(E.cylindricus)、黑紫披堿草(E.atratus)、毛披堿草(E.villifer)、紫芒披堿草(E.purpuraristatus)、肥披堿草(E.excelsus)、麥賓草(E.tangutorum)、粉綠披堿草(E.glaucus)和無芒披堿草(E.sinosubmuticus)[9]。披堿草屬絕大多數(shù)種是飼用價(jià)值較高的優(yōu)良牧草，如弗吉尼亞披堿草(E.virginicus)、加拿大披堿草(E.canadensis)等葉量大、莖稈柔嫰，適口性好，已被全世界各地的草場、牧場大面積引種栽培；還有一些種如短芒披堿草、垂穗披堿草、老芒麥等具有抗旱、耐寒、抗風(fēng)沙、耐鹽堿、耐貧瘠、適應(yīng)性廣等特性，擁有麥類作物所缺乏的優(yōu)異抗逆基因資源。因此，該屬植物不但是人工草地建植及高寒草甸、沙化地等脆弱生態(tài)區(qū)生態(tài)恢復(fù)的重要物種，也能為小麥(Triticumaestivum)、大麥(Hordeumvulgare)等麥類作物的分子育種提供重要的基因資源[3,10]。

披堿草屬是二倍體多年生物種經(jīng)天然雜交而形成的異源多倍體[11-13]。對(duì)我國分布的披堿草核型分析發(fā)現(xiàn)，除老芒麥為四倍體(2n=4x=28)外，其余種多為六倍體(2n=6x=42)，但不同研究中報(bào)道的核型公式和類型卻存在很大差別[14-15]。

盡管我國對(duì)披堿草屬的研究起步較晚，但近年來，隨著草牧業(yè)的日益發(fā)展，我國對(duì)該屬植物的研究越來越多，已占全球披堿草屬研究的1/2以上。主要集中在非生物脅迫抗性、系統(tǒng)發(fā)生和遺傳多樣性、營養(yǎng)品質(zhì)及生產(chǎn)性能評(píng)價(jià)等方面。其中，本團(tuán)隊(duì)在抗旱[16-18]、生產(chǎn)性能[19-22]等方面開展了大量研究，F(xiàn)u等[23-29]在垂穗披堿草抗寒性，陳仕勇等[30-31]、陳智華等[32]和張成林等[33]在遺傳多樣性方面也取得了許多研究成果。此外，Song等[34-35]對(duì)該屬內(nèi)生真菌、Zhang等[36]對(duì)老芒麥種子休眠、Xie等[37]和Zhao等[38]對(duì)老芒麥種子落粒性等方面也開展了系統(tǒng)研究。主要綜述了近年來在披堿草屬植物抗逆性方面的研究以及存在的問題，以期為今后的研究提供方向，為抗逆牧草種質(zhì)創(chuàng)新和進(jìn)一步利用披堿草屬優(yōu)良的遺傳資源提供參考依據(jù)。

1 鹽脅迫抗性

高濃度的鹽會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生滲透脅迫，導(dǎo)致水分虧缺和離子分配不均衡[39]。植物為抵抗?jié)B透脅迫，會(huì)大量積累脯氨酸(proline, Pro)等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。水分虧缺和離子分配不均也會(huì)擾亂植物的有氧代謝，引起活性氧(reactive oxygen species, ROS)的積累超標(biāo)，破壞氧化還原平衡[40]。為避免ROS的損害，植物會(huì)啟動(dòng)一系列的防御系統(tǒng)，包括上調(diào)超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、過氧化物酶(peroxidase, POD)和過氧化氫酶(catalase, CAT)等抗氧化酶的活性來清除ROS[41]。鹽脅迫還能進(jìn)一步引起離子毒害，破壞膜系統(tǒng)和蛋白活性，導(dǎo)致K+外排，進(jìn)一步抑制植株生長[42-43]。目前關(guān)于披堿草屬耐鹽性的絕大多數(shù)研究集中在通過測定Pro等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累及各種抗氧化酶的活性進(jìn)行不同種、品種、種質(zhì)的耐鹽性評(píng)價(jià)方面。劉錦川等[44]比較了NaCl處理下3種披堿草屬牧草的生理特性和耐鹽能力，結(jié)果表明，引進(jìn)的加拿大披堿草的耐鹽性強(qiáng)于披堿草強(qiáng)于老芒麥。與該研究類似，劉亞玲等[45]隨后也發(fā)現(xiàn)加拿大披堿草的耐鹽性高于老芒麥。有研究表明，老芒麥的抗鹽性比披堿草弱，但要強(qiáng)于肥披堿草、垂穗披堿草和麥賓草[46-47]。然而，楊月娟等[48]的研究卻表明，高鹽脅迫(≥150 mmol·L-1NaCl)下，垂穗披堿草的耐鹽性強(qiáng)于老芒麥。隨后的一項(xiàng)在NaCl+Na2SO4復(fù)鹽處理下的研究也表明，無論在種子萌發(fā)期還是苗期，垂穗披堿草的耐鹽性都要強(qiáng)于老芒麥[49]。對(duì)西藏3種野生披堿草的研究卻發(fā)現(xiàn)，老芒麥萌發(fā)期的耐鹽性高于垂穗披堿草和披堿草。在寧夏鹽池縣次生鹽堿地的引種實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，垂穗披堿草的耐鹽性高于從美國引進(jìn)的細(xì)莖披堿草(E.rachycaulum)[50]。這些研究采用了不同生境的野生種質(zhì)資源，而不同種質(zhì)資源間由于長期生長在不同鹽漬化生境，其耐鹽性也存在較大差異[51-53]。此外，各項(xiàng)研究中鹽的成分、濃度不同，也可能是造成研究結(jié)果不一致的原因之一。

低鹽環(huán)境可以提高垂穗披堿草和老芒麥種子的發(fā)芽率[54-55]，但具體機(jī)制仍不清楚。事實(shí)上，目前為止，對(duì)披堿草屬耐鹽生理機(jī)制的研究極少，僅有兩項(xiàng)研究通過測定鹽脅迫下各組織中離子和礦質(zhì)元素的積累探討披堿草響應(yīng)Na+毒害的生理機(jī)制。賈亞雄等[56]通過比較兩份不同耐鹽性的野生披堿草種質(zhì)材料在不同程度鹽脅迫下根和葉中的元素含量，發(fā)現(xiàn)耐鹽材料葉片中具有較低的Na含量和較高的K、Ca含量。表明披堿草的主要耐鹽機(jī)制可能是拒鹽，即降低Na的吸收，提高K、Ca的攝取。朱慧森等[57]的研究也發(fā)現(xiàn)，不論鹽脅迫強(qiáng)度如何，披堿草地上部始終比地下部保持較高的K+/Na+，表明維持地上部較高的K+含量及K+/Na+也可能是其耐鹽的策略之一。盡管有許多研究關(guān)注披堿草屬植物的耐鹽性，但也有研究表明披堿草屬植物的耐鹽性并不強(qiáng)，如垂穗披堿草的耐鹽性遠(yuǎn)低于堿茅(Puccinelliadistans)等鹽生植物[58]。

2 干旱脅迫抗性

水分虧缺是引起干旱脅迫的主要誘因，與高鹽引起的滲透脅迫類似，植物在應(yīng)對(duì)干旱脅迫時(shí)，會(huì)主動(dòng)積累各種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以降低滲透勢和水勢，便于從干旱土壤中吸收水分[59]。同時(shí)減少蒸騰、降低氣孔開度和導(dǎo)度、提高水分利用效率、增加抗氧化酶活性等也是常見的植物抵御干旱的手段。因此，與鹽脅迫類似，滲透調(diào)節(jié)能力、光合能力、膜系統(tǒng)穩(wěn)定性以及抗氧化酶活性等指標(biāo)也常被用來評(píng)價(jià)植物的抗旱性。目前，對(duì)于披堿草屬牧草抗旱性的研究也都以細(xì)胞膜完整性為基礎(chǔ)結(jié)合滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累、抗氧化酶活性等指標(biāo)進(jìn)行討論。研究基本停留在不同種質(zhì)的抗性評(píng)價(jià)層面，對(duì)于其抗旱機(jī)制的研究極少。德英等[60]通過電導(dǎo)法對(duì)聚乙二醇(PEG6000)模擬滲透脅迫下7種披堿草屬59份種質(zhì)幼苗進(jìn)行了抗旱性初步評(píng)價(jià)，將它們的抗性分為4個(gè)等級(jí)，發(fā)現(xiàn)抗旱性最強(qiáng)的5份種質(zhì)均為老芒麥，而供試的4份麥賓草抗性均為最弱。而劉錦川等[61]綜合分析了老芒麥、加拿大披堿草和披堿草的抗旱性，結(jié)果表明，干旱脅迫下，老芒麥的葉片相對(duì)含水量減少最多，細(xì)胞膜透性的增加幅度最大，SOD活性最低，丙二醛(malondialdehyde, MDA)和Pro的含量最高，這些結(jié)果表明老芒麥的抗旱能力低于披堿草和加拿大披堿草。通過隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)法，楊滿業(yè)等[62]的研究得出，“川草2號(hào)”老芒麥(E.sibiricuscv. chuancao NO.2)的抗旱性高于“阿壩”垂穗披堿草(E.nutanscv. Aba)，而在其結(jié)果中，“川草2號(hào)”老芒麥在干旱脅迫下相對(duì)含水量和葉綠素含量下降更快，相對(duì)電導(dǎo)率、MDA的增加顯著高于“阿壩”垂穗披堿草，而前者的SOD、POD活性以及Pro含量的變化率都遠(yuǎn)高于后者，作者在隸屬函數(shù)評(píng)價(jià)時(shí)將Pro、SOD、POD均作為正相關(guān)指標(biāo)，而這3個(gè)指標(biāo)屬于植物的應(yīng)激反應(yīng)和反饋調(diào)節(jié)物質(zhì)，是否能作為抗性評(píng)價(jià)的指標(biāo)有待商榷，作為評(píng)價(jià)依據(jù)時(shí)更要結(jié)合表型和其他指標(biāo)共同分析。通過自然干旱處理后各項(xiàng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)分析，陳有軍等[16]的研究也表明，圓柱披堿草>老芒麥>垂穗披堿草>麥賓草>披堿草>短芒披堿草。然而，王曉龍等[63]通過分析葉綠素?zé)晒?，發(fā)現(xiàn)老芒麥的抗旱性低于垂穗披堿草。王慧君等[64]采用10% PEG6000滲透脅迫模擬干旱，對(duì)采自新疆的6種披堿草屬種子萌發(fā)期的抗旱性綜合評(píng)價(jià)也表明，垂穗披堿草>圓柱披堿草>披堿草>短芒披堿草>麥賓草>老芒麥。盧素錦等[17]對(duì)來自青海不同地區(qū)的2份垂穗披堿草、2份圓柱披堿草、1份披堿草和1份老芒麥種質(zhì)進(jìn)行自然干旱處理，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果也表明，2份垂穗披堿草的抗旱性最強(qiáng)，而老芒麥的抗性較弱。以上大多數(shù)結(jié)果指向四倍體的老芒麥抗旱性低于六倍體的垂穗披堿草等其他種。然而，也有部分研究[16,60,62]得出不同結(jié)論。這些對(duì)披堿草屬不同種的抗旱性結(jié)果與耐鹽性研究類似，不同研究結(jié)果并不一致，尤其是對(duì)該屬的模式種老芒麥抗旱性的定位在各研究中存在較大出入。這一方面是由于不同研究者采用的研究方法和評(píng)價(jià)體系不同，表明目前的評(píng)價(jià)方法仍有待改進(jìn)。另一方面可能與老芒麥分布范圍廣，野生種質(zhì)資源更為豐富有關(guān)。對(duì)20份不同居群老芒麥遺傳多樣性的分析發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫處理下不同產(chǎn)地的老芒麥材料間差異顯著，遺傳多樣性豐富[65]，閆偉紅等[66]通過對(duì)2份老芒麥材料基因組DNA進(jìn)行甲基化敏感擴(kuò)增多態(tài)性(methylation sensitive amplification polymorphism, MSAP)分析，發(fā)現(xiàn)老芒麥基因組中有58.2%～85.5%的CCGG位點(diǎn)發(fā)生了胞嘧啶甲基化,甲基化水平及狀態(tài)變化存在材料差異性。與之相對(duì)應(yīng)的是，不同老芒麥種質(zhì)資源的抗旱性之間也存在較大差異[67-68]。因此可以推斷，DNA去甲基化是老芒麥適應(yīng)干旱環(huán)境的策略之一。此外，各項(xiàng)生理指標(biāo)在干旱或模擬干旱脅迫下也出現(xiàn)了顯著的種間差異，產(chǎn)地不同的種質(zhì)在種子萌發(fā)期和苗期均表現(xiàn)出不同的抗旱性，實(shí)驗(yàn)選擇的苗齡不同可能也是不同研究結(jié)果不一致的原因之一[18,69-70]。

3 低溫脅迫抗性

植物遭遇低溫脅迫時(shí)，同樣會(huì)引起細(xì)胞內(nèi)活性氧代謝失衡，膜脂過氧化作用加劇，從而造成細(xì)胞膜系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重的氧化損傷。大多數(shù)植物都能通過抗寒鍛煉獲得一定的抗寒性[71]。因此，不同生境下生長的披堿草種質(zhì)資源間抗寒性具有明顯的差異。近年來，國內(nèi)外對(duì)于披堿草屬牧草抗寒性的研究主要以不同抗性品種間的生長表型、光合等生理指標(biāo)結(jié)合RNA-Seq手段進(jìn)行的比較研究。張尚雄等[72]對(duì)低溫脅迫下采自西藏不同地區(qū)的兩個(gè)垂穗披堿草種質(zhì)與同德老芒麥(E.sibiricuscv. Tongde)進(jìn)行了苗期抗寒性綜合評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)巴青垂穗披堿草的抗寒性最強(qiáng)，而那曲垂穗披堿草最弱，且供試材料葉片細(xì)胞膜透性和MDA含量均隨低溫脅迫的加劇而上升。

周瑞蓮等[73]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)境溫度降到0 ℃以下時(shí)，垂穗披堿草體內(nèi)棕櫚酸、亞油酸、亞麻酸比例發(fā)生變化，脂肪酸的不飽和度增大。而有研究表明，低溫脅迫下不飽和脂肪酸含量增加對(duì)維持細(xì)胞膜的流動(dòng)性十分重要[74]。這可能暗示著脂肪酸去飽和酶在披堿草屬植物抵御凍害(0 ℃以下低溫脅迫)中的重要作用。付娟娟等[23]比較了冷脅迫對(duì)西藏野生的當(dāng)雄垂穗披堿草(Damxung, DX)與甘南垂穗披堿草(E.nutanscv. Gannan, GN)的生長與生理特性，結(jié)果表明，相比于GN，DX能通過提高抗氧化酶活性有效清除體內(nèi)活性氧的積累，減輕細(xì)胞膜系統(tǒng)受損傷的程度，以提高其抗寒性。進(jìn)而通過RNA-Seq測序發(fā)現(xiàn)，相比冷敏感的GN，抗寒的DX在冷脅迫下有更多的基因表達(dá)上調(diào)，差異主要表現(xiàn)在果聚糖生物合成、α-亞麻酸代謝和DX特異的脫水蛋白相關(guān)基因，表明這些基因可能是維持DX垂穗披堿草抗寒性的重要因子；此外，抗寒誘導(dǎo)因子CBFs基因與冷響應(yīng)基因COR14a的表達(dá)在DX中顯著上調(diào)，而低海拔的相對(duì)敏感品種上調(diào)幅度較小，暗示著CBFs類轉(zhuǎn)錄因子通過和植物激素信號(hào)互作激活COR14a調(diào)控垂穗披堿草的抗冷性[24-25]。在與另一種采自低海拔地區(qū)(昌平)的冷敏感品種正道(Zhengdao, ZD)相比，DX同樣表現(xiàn)出冷脅迫下更高的干重、葉綠素含量、相對(duì)含水量以及較低的電解質(zhì)外滲，更強(qiáng)的凈光合速率(net photosynthetic rate,Pn)、最大CO2同化率(maximum CO2assimilation rate,Pmax)、羧化效率(carboxylation efficiency, CE)以及相關(guān)核酮糖二磷酸羧化酶(Rubisco)基因的表達(dá)和甘油醛-3-磷酸(glyceraldehyde-3-phosphate, GAPDH)酶的活性等，而且在復(fù)溫后，DX可以將光系統(tǒng)Ⅱ (photosystem Ⅱ, PSⅡ)的光量子產(chǎn)率(fluorescence quantum yield,Fv/Fm)、電子傳遞速率(electron transfer rate, ETR)、Rubisco活性以及CE等指標(biāo)恢復(fù)至對(duì)照水平，因此該研究認(rèn)為，冷脅迫下DX通過減少氣孔擴(kuò)散限制(diffusion limitation)和代謝因子的快速恢復(fù)，以維持更高的Pn和Pmax，是其抗寒的主要機(jī)制；而恢復(fù)處理后DX葉片中Pn、氣孔導(dǎo)度(stomatal conductance,gs)、葉肉導(dǎo)度(mesophyll conductance,gm)和蒸騰速率(transpiration rate,Tr)并未恢復(fù)到脅迫前水平，表明低溫脅迫下氣孔因素是限制DX光合碳同化效率的主要原因[25-26]。此外，他們還發(fā)現(xiàn)適度施加外源5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid, 5-ALA)能有效減緩冷害引起的氧化損傷，從而提高垂穗披堿草種子在冷脅迫下的抗寒性[27,75]，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，外源施加5-ALA顯著增加了抗寒的DX體內(nèi)NO合酶(nitric oxide synthase, NOS)活性以及NO的釋放，但對(duì)冷敏感的ZD增加不顯著[28]。通過NO清除劑抑制NO的產(chǎn)生能破壞外源5-ALA帶來的保護(hù)效應(yīng)，但外源NO處理和抑制內(nèi)源NO的積累均不能誘導(dǎo)5-ALA，表明在垂穗披堿草中，NO可能是5-ALA誘導(dǎo)的抗寒機(jī)制中的下游信號(hào)[28]。另有研究[25,29]表明，外源褪黑素的施加可能誘導(dǎo)產(chǎn)生內(nèi)源褪黑素，進(jìn)一步激活下游抗寒關(guān)鍵基因如EnCBF9、EnCBF14、EnCOR14a的表達(dá)，緩解低溫脅迫造成的氧化損傷。除了這種脫落酸(abscisic acid, ABA)非依賴途徑外，外源褪黑素也能通過ABA依賴途徑提高冷脅迫下抗氧化酶活性緩解ROS造成的氧化損傷[29]。雖然Fu等[23-29]在垂穗披堿草抗冷(0 ℃以上低溫脅迫)機(jī)制方面做了較為系統(tǒng)的研究，但關(guān)于該屬植物如何適應(yīng)凍害的機(jī)制卻少有學(xué)者探究。

4 其他脅迫抗性

4.1 重金屬脅迫

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，土壤重金屬污染日漸突出，重金屬在植物體內(nèi)過度積累會(huì)打亂植物本身的代謝活動(dòng)，抑制植物生長，甚至造成植株死亡。而且重金屬在人體內(nèi)長期積累也會(huì)影響人類健康，在糧食安全問題日益受到關(guān)注的當(dāng)下，通過重金屬抗性植物和超積累植物對(duì)重金屬土壤進(jìn)行修復(fù)是目前研究的熱點(diǎn)之一。盡管有關(guān)披堿草屬植物應(yīng)對(duì)重金屬脅迫的文章較少，但僅有的資料也暗示著該屬植物對(duì)重金屬脅迫有一定的耐受性。李希銘[76]的研究表明，披堿草對(duì)鎘的耐受性較好，且地上部鎘含量較高，是較理想的鎘修復(fù)材料。楊麗等[77]對(duì)采自全國各地的20份野生披堿草種質(zhì)的耐鎘性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)耐鎘性強(qiáng)的種質(zhì)葉片SOD和POD活性隨鎘脅迫濃度增加不斷升高，而耐鎘性差的材料卻呈下降趨勢。而李慧芳等[78-79]的研究也表明，披堿草和老芒麥對(duì)鉛也具有較好的耐受性，且不同老芒麥種質(zhì)資源間也存在較大的差異。Zhang等[80]發(fā)現(xiàn)內(nèi)生真菌侵染能顯著增加高鎘(≥100 μmol·L-1)脅迫下披堿草的種子萌發(fā)及幼苗Pro、MDA和抗氧化酶活性，提高對(duì)鎘的耐受性。薛博晗等[81]發(fā)現(xiàn)外源添加檸檬酸、蘋果酸和草酸能顯著提高披堿草對(duì)鎘脅迫的耐受性，并增加體內(nèi)鎘積累，進(jìn)一步強(qiáng)化披堿草修復(fù)鎘污染土壤的效率。然而目前為止，對(duì)披堿草屬植物重金屬脅迫的耐受機(jī)制還未見報(bào)道。

4.2 復(fù)合脅迫

植物在其一生中往往不止受到單一環(huán)境因子的傷害，多數(shù)情況下需要面對(duì)多個(gè)因子帶來的復(fù)合脅迫，如在青藏高原等高寒地區(qū)生長的植物面臨冷害與水分雙重脅迫，而西北荒漠地區(qū)生長植物會(huì)受到高溫和干旱的威脅，干旱半干旱地區(qū)由于長期不合理灌溉也導(dǎo)致了次生鹽堿化等。而披堿草屬植物主要分布在上述區(qū)域也造就了其特殊的抗寒、抗旱、耐鹽等多重抗性，復(fù)合脅迫下披堿草屬植物的抗性研究對(duì)作物和牧草的育種都具有十分重要的意義。

韓國的研究人員報(bào)道了一個(gè)來自老芒麥的小熱激蛋白EsHsp16.9能賦予大腸桿菌(Escherichiacoli)對(duì)高鹽、滲透脅迫以及重金屬(砷)脅迫的多重抗性[82]。該研究一方面證實(shí)了老芒麥抵御多重脅迫的能力，還找到了一個(gè)可能參與調(diào)控其多重抗性的候選蛋白，然而遺憾的是，作者并沒有更進(jìn)一步去驗(yàn)證該蛋白在真核生物中的功能。我國對(duì)披堿草屬植物多重脅迫抗性方面研究也較少，而且由于研究起步較晚，直到近兩年才有相關(guān)研究，因此研究的深度仍較淺。馬曉林等[83]分析了垂穗披堿草和老芒麥幼苗對(duì)鹽和低溫的響應(yīng)，結(jié)果表明, 鹽脅迫能夠誘導(dǎo)垂穗披堿草和老芒麥根尖細(xì)胞內(nèi)H2O2的積累, 且低溫處理加劇了垂穗披堿草根尖中H2O2的積累, 導(dǎo)致根尖細(xì)胞大量死亡; 但低溫卻能緩解鹽脅迫對(duì)老芒麥的損傷，該研究認(rèn)為低溫誘導(dǎo)增強(qiáng)了老芒麥中CAT 活性, 清除了部分H2O2, 使根尖H2O2的積累減少, 進(jìn)而減輕了鹽對(duì)根尖細(xì)胞的損傷程度。王傳旗等[84]的結(jié)果表明，低溫和PEG6000處理均能抑制老芒麥種子的萌發(fā)，低溫+滲透脅迫處理的抑制更為明顯。然而關(guān)于披堿草屬響應(yīng)多重復(fù)合脅迫的機(jī)制幾乎沒有涉及。

表1 已報(bào)道的披堿草屬抗逆性相關(guān)機(jī)制Table 1 The mechanisms reported to be involved in the abiotic stresses resistance of Elymus species

5 存在問題及展望

5.1 缺少抗逆機(jī)制的深入研究

盡管近年來針對(duì)披堿草屬植物抗逆性方面開展的相關(guān)研究越來越多，然而絕大多數(shù)研究集中在對(duì)屬內(nèi)不同種和(或)不同品種的抗逆性評(píng)價(jià)方面，涉及到機(jī)理研究的極少，關(guān)于該屬抗逆分子機(jī)制的研究幾乎沒有。盡管個(gè)別的文章對(duì)這方面有所涉及(表1)，大多并沒有得出確切的結(jié)論，因此，對(duì)披堿草屬植物如何適應(yīng)各種逆境脅迫的機(jī)制方面幾乎還是空白。目前已知該屬中老芒麥為同源四倍體，其余的優(yōu)勢種均為六倍體[12-13]，且由于遺傳背景復(fù)雜，重復(fù)序列多，基因組尚無法解析，對(duì)后續(xù)分子機(jī)制的研究帶來了很大困難。同時(shí)，披堿草屬分類上的混亂也限制了對(duì)其優(yōu)良抗性的深入探索。

5.2 評(píng)價(jià)體系不夠合理

近年來關(guān)于披堿草屬抗逆性評(píng)價(jià)的研究，一方面由于供試品種或種質(zhì)資源不同，得到的結(jié)果也不盡相同，甚至部分研究關(guān)注的是不同種質(zhì)資源在抗性方面的差別，卻并沒有提供這些種質(zhì)的來源、采集地的氣候條件和海拔等信息，對(duì)后續(xù)工作的指導(dǎo)意義不大。另一方面，過往的研究在抗逆性綜合評(píng)價(jià)的方法上也存在許多差異，有些以膜透性或葉綠素含量為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，另一些研究則通過隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，其中大多數(shù)以抗氧化酶活性和有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量作為主要評(píng)價(jià)依據(jù)，這些研究多以生理指標(biāo)作為評(píng)價(jià)依據(jù)，卻大多忽視了表型，導(dǎo)致許多研究得出的結(jié)論存在一定的問題，因此認(rèn)為，現(xiàn)有評(píng)價(jià)體系在一定程度上存在不科學(xué)性。首先，不同脅迫對(duì)植物造成的傷害有共性也有特殊性，比如鹽脅迫不僅帶來滲透脅迫、膜脂過氧化，還有Na+本身的毒害效應(yīng)[42,85]；干旱脅迫的主要誘因是水分虧缺，與滲透脅迫并不完全一致。因此，對(duì)不同脅迫類型應(yīng)采用不同的評(píng)價(jià)體系。其次，不同種或不同品種對(duì)脅迫的耐受程度不同，在特定脅迫條件下對(duì)逆境的抵御策略也不同，而抗氧化酶和滲透調(diào)節(jié)在植物響應(yīng)脅迫過程中屬于較早期的事件，并不是植物對(duì)刺激的最終反應(yīng)。此外，這兩類指標(biāo)在脅迫下的增加為非線性的。因此，抗氧化酶活性和有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量這兩類指標(biāo)具有一定的參考價(jià)值，卻并不能作為主要的評(píng)判指標(biāo)。

以干旱脅迫為例，植物在遭受水分脅迫時(shí)，會(huì)出現(xiàn)游離脯氨酸的大量積累，所以很多研究者主張可將Pro積累的數(shù)量作為植物抗旱性的指標(biāo)。但是，也有些研究表明，不同植物品種在水分脅迫時(shí)，Pro的積累有很大差異，有些抗旱品種在輕度干旱脅迫時(shí)Pro含量并不高，而一些不抗旱品種，器官組織內(nèi)部水勢下降快，游離Pro積累也快。因此，用Pro積累作為抗旱鑒定指標(biāo)時(shí)，應(yīng)結(jié)合其他抗旱鑒定指標(biāo)一起評(píng)價(jià)。Pro不僅作為植物滲透調(diào)節(jié)物參與調(diào)節(jié), 其親水性還可以防止脅迫時(shí)組織細(xì)胞的脫水。脯氨酸的存在可以消除蛋白質(zhì)分解初期產(chǎn)生的氨, 防止其他有毒物質(zhì)的積累。游離脯氨酸積累的作用有：一是可作為細(xì)胞的有效滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)；二是保護(hù)膜和酶的結(jié)構(gòu)；三是作為可直接利用的無毒形式的氮源，作為能源和呼吸底物，參與葉綠素的合成等；四是從游離脯氨酸在逆境條件下積累的途徑來看，它既可能有適應(yīng)性的意義，也可能是細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能受損傷的表現(xiàn), 是一種傷害反應(yīng)[61]。因此認(rèn)為，通過脅迫下葉片滲透勢與水勢的測定，分析植株的水分狀況，相比游離脯氨酸、甜菜堿等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累更為直接準(zhǔn)確。

又如在輕度干旱脅迫下，植物受到生長抑制但不致死，強(qiáng)抗旱品種體內(nèi)產(chǎn)生活性氧類(ROS)較少，因此SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性相比干旱敏感品種較低，而在重度干旱脅迫下，抗旱品種積累了更多的抗氧化酶以清除ROS，而干旱敏感品種膜脂過氧化加劇，ROS清除系統(tǒng)紊亂，抗氧化酶活性反而降低。因此，抗氧化酶活性的高低不能始終反映供試材料的抗性強(qiáng)弱。如要作為抗性評(píng)價(jià)指標(biāo)，其在隸屬函數(shù)計(jì)算時(shí)作為正相關(guān)指標(biāo)還是負(fù)相關(guān)指標(biāo)須結(jié)合表型去分析，但不易界定，容易引起混淆。此外，ROS的種類多種多樣，植物清除ROS的途徑也很多，如細(xì)胞通過水-水循環(huán)清除超氧陰離子和H2O2，水-水循環(huán)無法清除的ROS和葉綠體基質(zhì)中產(chǎn)生的ROS又可被SOD和基質(zhì)抗壞血酸-谷胱甘肽(ascorbic acid-glutathione, ASA-GSH)循環(huán)所清除。基質(zhì)中，過氧化物還原酶(peroxiredoxin, Prx)和谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase, GPX)也參與H2O2的清除。在過氧化物酶體中，因脂肪酸氧化、光呼吸或其他反應(yīng)而產(chǎn)生的ROS可以被SOD、CAT和抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase, APX)所清除。而ROS也是一柄雙刃劍，既可以抵御生物/非生物脅迫反應(yīng)和調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育，又是一類損傷植物細(xì)胞的毒性分子[42]。因此，不建議將這類反饋調(diào)節(jié)物質(zhì)作為抗旱評(píng)價(jià)的指標(biāo)。相對(duì)而言，細(xì)胞質(zhì)膜透性(即相對(duì)電導(dǎo)率)等線性指標(biāo)以及植物生長發(fā)育抑制的表型作為植物響應(yīng)脅迫刺激的最下游事件，能較真實(shí)地反映植物受傷害的程度，應(yīng)適當(dāng)增加在隸屬函數(shù)分析時(shí)所占權(quán)重。

5.3 缺乏穩(wěn)定的遺傳轉(zhuǎn)化體系

分子生物學(xué)中對(duì)基因功能的研究越來越多的傾向于在真核生物活體中的功能驗(yàn)證，主要分為功能獲得(gain of function)和功能缺失(loss of function)兩大類，而后者對(duì)結(jié)果的真實(shí)性更為可靠，但無論是經(jīng)典的RNA干擾(RNA interference, RNAi)還是近年來的熱點(diǎn)CRISPR-Cas9基因組精準(zhǔn)編輯技術(shù)，都無疑需要有穩(wěn)定的遺傳轉(zhuǎn)化體系。而披堿草屬近年來關(guān)于組織培養(yǎng)方面的研究極少，這將嚴(yán)重阻礙對(duì)其抗逆基因資源的挖掘與利用。近兩年關(guān)于毛狀根在許多草類植物遺傳轉(zhuǎn)化體系建立中的研究越來越多，或許能為披堿草屬的研究提供借鑒作用。

5.4 展望

近些年，對(duì)于披堿草屬植物抗逆性的研究陸續(xù)展開，但截至目前，研究的深度亟待提高。隨著分子生物學(xué)和生物信息學(xué)的快速發(fā)展，今后在這一領(lǐng)域的研究應(yīng)以解析其抗逆機(jī)制為主，今后的重點(diǎn)應(yīng)逐步開展老芒麥和垂穗披堿草基因組測序工作，同時(shí)建立高效穩(wěn)定的遺傳轉(zhuǎn)化體系，為通過CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)挖掘重要抗逆基因奠定基礎(chǔ)。