葡萄砧木耐鹽堿性研究進展

魯倩君，劉迎，趙寶龍，孫軍利

（石河子大學農學院/特色果蔬栽培生理與種質資源利用兵團重點實驗室，新疆石河子 832000）

土壤鹽漬化是世界范圍內農作物生產的主要非生物脅迫之一[1]。全球約20%的農業用地遭受鹽堿脅迫[2]，其中，我國約有9900萬 hm2的鹽堿地，主要分布在西北、華北、長江中下游等地區[3-4]。在鹽堿脅迫下，植株外部形態發生改變[5]。在受到高pH脅迫、滲透脅迫后，隨著鹽分的積累，離子毒害隨之發生[6-8]。當植株體內的離子平衡被打破，植株受到活性氧脅迫[9-10]，其光合作用、生長發育被抑制，甚至死亡[11-12]。

葡萄是世界上廣受歡迎的水果。截至2019年，我國葡萄總產量為1419.5萬 t，居世界首位[13]。但我國葡萄主要栽培區土壤大多為鹽堿土[14]，對葡萄生長發育及果品品質產生巨大影響，制約著葡萄產業的發展[12]。優良砧木品種的選用是葡萄耐鹽堿栽培中獲得優質豐產的基礎[15]。良好的砧木可改變接穗內源物質，影響植株內部生理，從而提高品種的抗逆性，增產增質[16]。開展葡萄砧木耐鹽堿性研究，可了解其耐鹽堿機理、開發葡萄砧木耐鹽堿資源、提高鹽堿土利用率等，并能擴大葡萄優良品種的栽培區域。本文就鹽堿脅迫對葡萄砧木生長的影響、不同葡萄砧木的耐鹽堿性、葡萄砧木對鹽堿脅迫的生理響應及分子應答等研究進展進行綜述，以期為葡萄耐鹽堿砧木的研究與發展提供理論依據。

1 鹽堿脅迫對葡萄砧木生長的影響

葡萄是鹽敏感的非鹽生植物，生長最適pH在5.8～7.5之間[17]。鹽堿脅迫下，植株生長受到抑制，以葉片最為明顯，不同品種的葡萄砧木會出現葉片失綠、干枯、脫落等不同癥狀[18]。為明確各品種遭受鹽堿脅迫程度，王業遴等[19]根據葉片狀態在國內最早提出鹽害等級分類，后又經修改得出堿害等級分類標準[20]。隨著脅迫濃度增大，葡萄葉片表皮細胞、海綿組織以及柵欄組織變厚，且細胞間隙變大，葉綠體、類囊體腫脹，內含淀粉粒和嗜鋨顆粒變大、增多[21-22]。新梢生長量、株高、根長、根系表面積、根系體積等也會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間的延長而下降[25-26]。

2 不同葡萄砧木的耐鹽堿性

目前，關于葡萄砧木的耐鹽堿性鑒定的研究，主要從外觀形態、生物量、生理生化、分子生物學、遺傳學等方面開展。袁軍偉等[27]以鹽害指數為指標，通過聚類分析發現，在耐鹽砧木育種中，選擇耐鹽性強的香檳尼（V. champini）、沙地葡萄（V. rupetris）和河岸葡萄（V. riparia）作為母本進行雜交育種可得到耐鹽堿性較好的品種。樊秀彩等[28]對30份葡萄砧木進行了耐受性鑒定認為，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；我國廣泛使用的砧木‘貝達’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，測定砧木各部位鉀素以及葉片中丙二醛（MDA）含量后發現，‘3309C’‘貝達’耐鹽堿性強，‘5BB’‘140R’耐鹽堿性中等，‘110R’耐鹽堿性較弱。通過對生理生化指標及生長表現型的測定，利用隸屬函數對5個葡萄品種進行耐鹽性評價，耐鹽性由強到弱依次為：峰光＞188-08＞101-14＞玫瑰香＞1103P[26]。牛銳敏等[31]研究發現，‘110R’‘SO4’耐鹽性較強，‘5BB’‘1103P’耐鹽性中等，‘140R’‘貝達’耐鹽性弱。曹建東[32]通過對‘SO4’‘5A2’‘225’‘通化-3’‘420’‘5BB’‘山河系’等7個葡萄砧木的耐鹽性研究發現，‘5BB’表現最優，具有較強的耐鹽性；山河系、‘SO4’的耐鹽性居中。吳夢曉等[24]發現，‘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制，結果表明，‘520A’‘LDP-191’‘LDP-294’較‘貝達’‘LN33’‘101-14’和‘SO4’的耐鹽性好。孫茜[7]通過測定不同鹽濃度下葡萄砧木葉片的生理生化指標得出各品種的耐鹽性強弱順序為：1103P＞5BB＞SO4＞3309C，耐堿性強弱順序為：1103P＞3309C＞5BB＞SO4。

3 葡萄砧木對鹽堿脅迫的生理響應

3.1 細胞膜透性

細胞膜在細胞防御鹽離子進入中起著重要作用，是植物抵抗鹽堿脅迫的第一道屏障[34]。遭受鹽堿脅迫時，植物細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，細胞內積累大量的活性氧，加劇膜脂過氧化，影響細胞的代謝及生理功能[35-36]。MDA是膜脂過氧化作用的最終產物，其含量可反映細胞膜的損傷程度。隨鹽脅迫濃度的增大與時間的延長，砧木葉片MDA含量和細胞膜透性表現出增高趨勢[37]。除此以外，不同葡萄砧木的相對電導率在堿脅迫后也都有所上升，但耐鹽堿性越強的砧木品種，其細胞膜受到的損害越小，MDA含量以及相對電導率增加的越少[7,38]。

3.2 保護酶系統

鹽堿脅迫下，植株體內產生并積累大量超氧陰離子自由基（O2·-）、過氧化氫（H2O2）等活性氧，它們具有很強的氧化能力，可對植物造成不可逆的傷害[39]。植物為減輕或避免活性氧對細胞造成的傷害，進化形成了酶促和非酶促兩大類活性氧清除系統。參與酶促機制的酶主要有超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）等；參與非酶促抗氧化系統主要包括抗壞血酸（AsA）和谷胱甘肽（GSH）等[40-41]。而在葡萄耐鹽堿鑒定中，一般是測定酶促機制中的相關酶[42]。在鹽堿脅迫后，植物活性氧的產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3個葡萄砧木進行鹽脅迫處理，發現‘1103P’葉片中O2·-產生速率和H2O2含量高于耐鹽性較強的‘A15’‘A17’，且‘1103P’葉片中SOD、CAT和POD活性低于耐鹽性較強的‘A15’‘A17’。而李會云等[44]對4個葡萄砧木進行鹽脅迫處理后發現，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一定值后，酶活性下降。

3.3 滲透調節

植物響應滲透脅迫的方式是進行滲透調節[45]。滲透調節有兩種模式，一種是無機滲透調節，通過選擇性吸收Na+、K+、Ca2+、Cl-等無機離子，使植株細胞內K+/Na+比值保持在≥1的狀態；第二種是有機滲透調節，合成脯氨酸（Pro）、可溶性糖、甜菜堿等滲透物質保持細胞滲透平衡[1]。葡萄砧木主要以K+和有機滲透調節物質為主要滲透調節劑[46]，在鹽堿脅迫下，葡萄植株體內合成與積累一些有機物質，以降低細胞滲透勢。周萬海[47]在鹽處理‘3309C’‘520A’‘5BB’‘圣喬治’‘貝達’‘SO4’等葡萄砧木后發現，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]研究發現，‘抗砧5號’依靠合成大量的游離脯氨酸和可溶性糖來適應鹽脅迫，且在一定范圍內葡萄砧木耐鹽性越好，Pro、可溶性糖等有機滲透物質含量越高[33]。

3.4 光合作用

鹽堿等生態脅迫極易影響植物光合作用，主要通過水分脅迫、離子毒害、滲透脅迫以及光合產物積累等途徑反饋抑制植物的光合作用[49]。鹽堿脅迫導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PSⅡ反應中心受到嚴重損傷[50-51]。尹勇剛等[52]研究鹽脅迫對葡萄砧木光合特性與葉綠素熒光參數的影響發現，隨著鹽濃度升高，葡萄砧木葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2（Ci）和蒸騰速率（Tr）等顯著下降，同時最大熒光產量（Fm）、最大光化學效率（PSⅡ）、PSⅡ實際光化學效率（Yield）和光化學淬滅系數（qP）也呈下降趨勢，初始熒光產量（Fo）、非光化學淬滅系數（NPQ）和葉綠素（Chl）含量表現為先升高后降低。王振興等[53]也發現，長時間高濃度鹽堿脅迫可抑制葡萄砧木氣孔導度（Gs）、光合電子傳遞、碳同化關鍵酶活性，以此降低葡萄植株凈光合速率。

3.5 內源激素

植物常見的內源激素有細胞分裂素（CTK）、生長素（IAA）、乙烯（Eth）、赤霉素（GA）、脫落酸（ABA）、玉米素（ZT）等[54]。在鹽堿脅迫下，植物內源激素含量會發生改變，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 葡萄砧木對鹽堿脅迫的分子應答

植物對于鹽堿脅迫的感知與反應是通過細胞受體與信號轉導反映出來的。近年來，大量學者應用分子生物學、遺傳學等手法研究植物耐鹽堿機制，相關耐鹽堿基因的分離、克隆等都有一定報道[32]。

當植物感受到鹽堿脅迫時，植株會合成一些小分子有機物質，例如脯氨酸、甜菜堿等滲透調節物質，以及一些與調節蛋白相關的酶類，從而適應或者躲避外界環境刺激[57]。如VvP5CS基因，可促進脯氨酸的合成，在鹽脅迫條件下，耐鹽葡萄VvP5CS基因轉錄水平顯著高于鹽敏感葡萄[58]。

鹽分離子吸收和轉運過程與離子通道密切相關，離子轉運相關基因在此過程中發揮重要作用，其中Na+/K+逆向轉運蛋白基因（NHX）、高親和K+轉運載體蛋白基因（HKT）具有關鍵地位[59]。Ayadi[60]等對葡萄NHX家族進行了全基因組鑒定，并對其分子表征和基因表達進行分析發現它們參與葡萄受脅迫后的應激反應。研究發現，在鹽堿脅迫下，抗性較高的葡萄砧木‘SN15’‘SN17’中VvNHXP基因，‘110R’中VvNHXl基因表達量較高[61-62]。冀小敏[63]也發現，TwMAPK9通過超表達提高了鹽脅迫下葡萄愈傷組織中清除活性氧相關基因（VvSOD，VvPOD）和離子轉運蛋白基因（VvNHXP，VvHKTl，VvHKT2）的轉錄表達，以此來提高葡萄愈傷組織的耐鹽性。質膜中也有H+-ATPase（PM H+-ATPase）基因VvPMAl和VvPMA3高表達來響應鹽脅迫[64]。劉闖[65]研究發現，鹽脅迫顯著誘導了葡萄HKT1在植株中的表達，其中VviHKT1和VviHKT1的相對表達量隨脅迫時間的延長持續上升。

MYB類轉錄因子是轉錄因子中數量最多、功能最多樣化的轉錄因子家族之一，在植物脅迫應答過程中起著重要的調控作用，現已有多個MYB轉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VvDREB基因在鹽脅迫下表達量均顯著增加[67]；王春榮等[68]在‘1103P’中篩選4個受鹽強烈誘導的R2R3-MYB基因，并發現VvMYB112能響應高鹽脅迫。WRKY轉錄因子參與植物對生物及非生物脅迫的應答，調控植物生長發育、形態建成及多種代謝途徑[69]。侯麗霞等[70]鹽處理‘左優紅’后發現，VvWRKY45和VvWRKY71應對鹽脅迫反應較快且表達量高。

由于耐鹽性為數量性狀，與耐鹽性狀相關的基因較多，還有很多的功能基因和轉錄因子還未發掘并進行機制研究。在其它果樹中有相關的功能基因已得到克隆或轉化，可以為葡萄砧木耐鹽性基因的研究提供參考。

5 鹽堿脅迫對葡萄砧木嫁接后接穗的影響

葡萄嫁接技術在生產上廣泛應用，但嫁接除了受溫度、水分、嫁接技術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]分別用耐鹽性由強到弱的砧木‘101-14’‘貝達’‘188-08’‘5C’嫁接‘赤霞珠’葡萄，結果發現：嫁接后的‘赤霞珠’耐鹽性與砧木耐鹽性相同；且耐鹽性較強的砧木受到脅迫后，根系的拒Na+能力越強，嫁接后接穗的耐鹽性越強。郭延清[33]將‘美樂’‘貴人香’‘赤霞珠’‘黑比諾’等葡萄與‘520A’嫁接，進行鹽脅迫后發現，所有品種的耐鹽性都有所提升。但Priyanka發現，在高鹽條件下生長的自根苗‘湯普森無核’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]，需要根據葡萄品種、土壤和氣候等特點因地制宜地進行砧木品種區域化研究。

6 問題與展望

（1）葡萄砧木耐鹽堿性的鑒定、篩選是葡萄抗鹽堿栽培生產的基礎，雖然已有大量相關研究，但因試驗處理手法、試驗環境、評價指標、分析方法等不同，所得結論不一。因此應建立統一的葡萄砧木耐鹽堿性研究系統，并同步葡萄砧木與嫁接后的耐鹽堿研究，為葡萄砧木的實際應用提供理論依據。

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

（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，不適應葡萄生長發育周期長的田間自然生長發育狀態，可結合植株真實生長環境狀態進行葡萄砧木耐鹽堿性鑒定。

（4）葡萄砧穗間的親和性對嫁接品種具有較大影響，對其間的物質運輸、成花機制、信號轉導以及細胞識別機制進行深入研究，以解決葡萄生產中砧穗不親和的問題。