土壤盐渍化是我国西北地区土壤的典型特征,严重制约西北地区农业发展。我国盐渍土占国土面积的10%,主要集中在西北内陆区,少部分分布在东北、华北和沿海地区,并具有逐渐扩展的趋势[1]。许多农田因盐渍化的影响被迫弃耕,这些弃置的农田盐分随着水分的蒸发迅速上行集聚,导致土壤盐渍化现象进一步加剧。盐生植物多具有很强的抗盐性,是很好的研究植物抗盐的材料,对于深入揭示植物耐盐机理,筛选高效、高质量耐盐植物品种资源有重要意义。不同的盐生植物在盐生环境下,可以通过不同避盐方式来达到适应性,如吸收大量离子的同时使其茎或叶肉不断肉质化,即稀盐;叶或茎表皮细胞形成盐腺,将胞内盐分分泌到胞外的盐腺,即泌盐;通过阻止外界盐分进入植物体或进入植物体后贮存在根部而不向地上部分运输或只运输一部分,从而降低整体或地上部分的盐浓度,即拒盐。还能以各种对盐的耐受性来减少或免受渗透和离子胁迫产生的毒害。例如,木本盐生植物红树(mang-rove plants)除具有旱生结构外,还具有拒盐的生理特性以及盐腺等泌盐结构,并通过形成各种形状的呼吸根很好地适应海湾河口盐生淤泥质滩涂湿地[2]任何植物的耐盐性,并非取决于某一种单一的过程,而是取决于全部过程的一般方向。研究表明,植物自身结构、细胞内离子区域化、渗透调节和活性氧清除、内源激素等均与植物对盐胁迫的适应性及生理机制密切相关[3-5]。
针对一些具有经济利用价值的盐生植物,在个体的表型、生理、分子等不同水平深入研究其抗旱耐盐相关特性,筛选和挖掘有耐盐潜力的木本植物种质,并筛选和聚合优质、抗旱、耐盐碱等优良基因,选育出优质、抗旱耐盐的优良品种,最终将其引入到非分布区和生长地,是改善我国盐碱地状况的主要途径。有研究表明盐生植物在适应环境胁迫的同时,也对于土壤含盐量的改善具有一定作用[6]。在重盐渍土上种植盐生植物,如盐角草和盐地碱蓬可以使重盐渍土达到很好的脱盐效果[7]。王静娅等[8]对新疆准噶尔盆地南缘典型盐漠带天然生长的典型盐生植被如柽柳等的抗盐胁迫指标及影响植物生长的土壤因素进行了相关性分析,揭示了在植被恢复过程中,土壤盐分降低,土壤理化性质得以改善,从而促进了草本植被大量生长。崔德宝和刘彬[9]对新疆盐生药用植物资源调查表明,以荒漠盐土为生境的盐生药用植物占48.3%。因此,加快新疆盐生药用植物的栽培利用,发展盐生药用植物将有利于解决新疆植被重建问题。
黑果枸杞(Lycium ruthenicum Murr)属于茄科、枸杞属多年生灌木,为枸杞属7个种之一,具有很强的耐旱、耐盐碱性,为西北地区原生植物资源,具有防风固沙、保持水土的重要生态效应,是具有发展潜力的抗逆优良树种。黑果枸杞在藏药中称“旁玛”,可用于治疗心热病、心脏病、月经不调、停经等病症[10, 11],其干果中花青素的含量最高达到3 690 mg/100 g,超过蓝莓,是迄今为止发现花青素含量最高的天然野生果实[12],因此兼具极高的商品开发价值。但黑果枸杞目前只在西北个别地区分布较为密集,并且大部分仍处于野生状态,缺乏优良栽培种。因此,将获得黑果枸杞栽培种和致力于将其引入非分布区或扩大其适生范围两项工作结合起来,两者相互辅助,这将为西北荒漠治理带来巨大的生态效益和可能的经济效益。
本文针对黑果枸杞耐盐特性、育种基础研究进行综述,并对黑果枸杞亟待深入研究的问题做出展望,旨为进一步探究黑果枸杞的抗逆性,扩大引种栽培,培育优良品种,解决我国生态环境难题,促进黑果枸杞产业奠定理论基础。
1 黑果枸杞资源分布调查野生枸杞主要分布在我国甘肃、青海、内蒙古、新疆、宁夏、西藏和陕西北部黄土高原等西北地区,以青海、甘肃、新疆和宁夏最为集中。此外,中亚、高加索和欧洲亦有分布。野生枸杞环境适应性极强,从高原高寒草甸、荒漠到低山丘陵的丛林都有分布[13]。在我国,黑果枸杞的分布以柴达木盆地和塔里木盆地分布最广,资源量最大。位于柴达木盆地的野生黑果枸杞资源分布范围在北纬35°-39°,东经98°-103°之间,海拔2 900-3 500 m,年降雨量30-80 mm,年均温4.6-4.8℃的地区,如都兰、香日德、诺木洪、德令哈及格尔木等地区的戈壁荒滩、湖泊盆地、冲积扇、河流沿岸、风积沙丘边缘和山间盐土平原上,自然生境条件较为严酷[14]。诺木洪广泛分布着黑果枸杞等6种枸杞属植物种,这里存在有至今堪称国内树龄最长的天然野生枸杞树群,在都兰县乌龙沟分布有迄今发现的国内面积最大、最为集中的天然枸杞群落[15],黑果枸杞在诺木洪分布约667-1 333 hm2[16]。
冯建森和刘志虎[17]介绍,东经92°20'-100°20',北纬38°09'-42°48',海拔1 050-3 100 m,甘肃酒泉市祁连山北麓有野生黑枸杞分布,主要分布在疏勒河流域、苏干湖流域、黑河流域的非灌溉荒漠戈壁和干旱沙区,涉及阿克塞、敦煌、金塔、玉门、瓜州5个县,土壤为盐渍化程度高的盐化荒漠草甸土、棕漠土、灰漠土、风沙土,对于植被分布情况,在疏勒河流域的赤金、花海、踏实、西湖盆地和玉门镇、布隆吉、敦煌平原等,黑果枸杞植被密度相对较高,生长健壮,株高可达80 cm,果个较大,但单株产量较低,而在分布面积最大的苏干湖下游阿克塞县境内,黑果枸杞植被密度相对较低,生长较弱,株高20-50 cm,果个较小,但丰产性好。何文革等[18]对黑果枸杞在新疆焉耆盆地主要草地类型中的自然分布和在农区中的自然分布进行调查,发现黑果枸杞在焉耆盆地农区的大部分地域都有广泛分布,它的自然分布涵盖了焉耆盆地2类8个亚类的草地类型,占盆地10个亚类草地类型的80%,为焉耆盆地的广布种,其生长土壤性状涵盖了壤土、砾质土、沙土、盐碱土,具有可在盐碱、干旱、瘠薄、高地下水位等严酷的自然生境及农区大部分地域自然生长分布,并可形成较为稳定群落等分布特点。
2 黑果枸杞抗逆研究进展 2.1 黑果枸杞苗期抗旱研究耿生莲[19]的研究表明黑果枸杞为较耐旱树种,土壤含水量在5%时为其正常生理代谢的胁迫点,土壤含水量控制在17%-19%时,幼苗生长最佳,最适宜其进行光合作用、蒸腾作用和对水分的利用。干旱胁迫下黑果枸杞幼苗能通过以调整生长和生物量分配,增加根系物质积累的策略来吸收更多的水分,实现对生境资源的最大利用率,且可溶性糖、脯氨酸是黑果枸杞幼苗体内重要的渗透调节物质,它们的含量在一定程度上可以反映出植物体内水分状况,累积可溶性糖和脯氨酸是黑果枸杞幼苗在干旱胁迫下的适应对策,该结论在李永洁[20]的研究中得到证明,从而揭示了黑果枸杞在干旱胁迫下的生理防御机制,丰富了黑果枸杞逆境生理理论。
2.2 黑果枸杞耐盐碱性研究 2.2.1 盐分胁迫对种子萌发的影响陆海葵和赵文红[21]的研究表明,在以NaCl模拟单一盐分胁迫下,NaCl浓度达到0.3%-0.4%时发芽率最高,高于0.4%时,黑果枸杞种子发芽率呈下降趋势。王桔红和陈文[22]比较了浓度梯度为0、1、2、3、6、9、14和18 g/L的三种盐溶液NaCl、MgSO4和盐渍土壤溶液对黑果枸杞种子吸胀、萌发和幼苗生长的影响,并观察胁迫解除后种子的反应,发现黑果枸杞种子吸胀速率随盐溶液浓度的增大均先升高后降低,萌发率却随3种盐浓度的增大受到不同程度的抑制,种子萌发对NaCl的反应最强烈,浓度大于9 g/L时不萌发,而土壤溶液的抑制作用最低,18 g/L浓度下萌发率还达到59%,3种盐胁迫解除后种子具有较高的发芽率;种苗组织的受损程度受3种盐胁迫程度与对种子萌发率的情况一致,两者均为受NaCl的损害程度最高,受盐渍土壤溶液的影响最小。王恩军等[23]证实黑果枸杞属于盐生植物,低浓度碱性盐(Na2CO3)促进黑果枸杞种子萌发的作用大于中性盐(NaCl),其中,适宜黑果枸杞种子萌发的中性盐和碱性盐的浓度临界值和极限值分别是50 mmol/L、300 mmol/L和2.5 mmol/L、100 mmol/L,很好地揭示了黑果枸杞更趋向于适应在碱性盐的条件生长的特性。
以不同渗透势的PEG-6000溶液模拟水分胁迫,不同钠盐(NaCl、Na2SO4、NaHCO3和复合钠盐)模拟盐分胁迫,刘克彪等[24]的研究表明,随着单一干旱胁迫程度加剧,黑果枸杞种子各项萌发抗旱指数均减小,单一盐分胁迫下,只有低浓度的Na2SO4溶液(0.2%-0.4%)处理能提高黑果枸杞种子的发芽率,其他钠盐均使其各项发芽指标呈不同幅度的降低趋势,相同浓度不同钠盐处理对黑果枸杞种子萌发盐害率的影响由大到小依次为NaHCO3、NaCl、复合盐、Na2SO4,其中以复合钠盐溶液处理的黑果枸杞种子发芽率、发芽势、发芽指数均呈十分弱的“S”型降低。另有研究发现,黑果枸杞种子萌发率随盐溶液(NaCl)或水分胁迫(PEG-6000)渗透势的降低均呈下降趋势,并未有低浓度盐分或水分胁迫促进种子萌发的现象,这与上述研究结果相似,且盐分胁迫下的萌发率高于等渗干旱胁迫处理下的萌发率,但两者交叉胁迫下,发芽率又显著高于同一水平下的盐分胁迫。可能是在同一水势条件下,发芽抑制主要是源于渗透胁迫而非离子毒害作用,交叉胁迫下干旱又对盐分胁迫有一定的补偿作用[25]。李永洁等[26]认为,盐旱交叉胁迫下的黑果枸杞种子萌发表现出交叉适应性,单一盐、旱胁迫对于黑果枸杞种子的萌发抑制影响更大,低浓度SA处理能提高黑果枸杞种子萌发耐旱及耐盐性,0.05 mmol/L SA浸种对盐旱交叉胁迫下黑果枸杞种子萌发促进效果最佳。
2.2.2 盐分胁迫对黑果枸杞幼苗生理特性的影响研究表明,黑果枸杞叶片中脯氨酸对盐分胁迫较为敏感,在盐分胁迫下含量急剧上升,是其适应逆境环境的一种有效方式[27]。在盐分胁迫下,黑果枸杞各器官中Na +和Cl-相对含量增加,以叶片中积累最多,K+/Na+比均下降,在根中比值比地上部分高。但与宁夏枸杞相比,盐分胁迫下黑果枸杞各器官积累相对较少的Na+和Cl-,K+含量下降也少,高盐(450 mmol/L)胁迫下,各器官中K+/Na+下降的幅度远小于宁夏枸杞,叶片组织中K+/Na+比值显著高于同浓度胁迫下的宁夏枸杞,由此表明,黑果枸杞比宁夏枸杞有更强的耐盐能力[28]。姜霞等[29]在研究中认为,黑果枸杞叶片和茎具有较强的耐盐性,根部对盐胁迫的耐受能力相对较弱,随着盐分胁迫程度的加剧和处理时间的延长,根的质膜透性明显增大,NaCl浓度达400 mmol/L时,黑果枸杞幼苗的根明显不再分化和增长,但盐分胁迫并未对幼苗的抗氧化能力造成明显影响,不同器官中MDA的含量均未随胁迫程度加深或胁迫时间的延长而发生明显变化,说明黑果枸杞具有较强的抗氧化性。
已有研究表明,加入某些外源物质一定程度上可缓解盐分胁迫对植物的伤害[30-34]。盐分胁迫下,黑果枸杞叶片中积累大量脯氨酸和可溶性糖,近年来有研究结果显示,加入外源硅可显著降低黑果枸杞幼苗体内二者的水平,对盐害起到缓解作用,且适宜的高浓度比低浓度缓解效应更为明显[35]。另有研究对盐分胁迫下黑果枸杞幼苗对外源甜菜碱的生理响应进行研究也发现,盐分胁迫下黑果枸杞叶片可通过主动增加脯氨酸、可溶性糖、有机酸等有机小分子和无机盐离子来而维持细胞较高的渗透压,表现出一定的抗盐性,但外源甜菜碱的加入可促进幼苗体内游离脯氨酸和可溶性糖的进一步积累,在NaCl浓度为300 mmol/L时,不同浓度甜菜碱均能不同程度地降低对其细胞质膜的伤害和膜脂过氧化程度,维持质膜的稳定性和完整性[36]。该研究证明了适宜浓度的甜菜碱可改善黑果枸杞幼苗的耐盐能力,提高对盐胁迫的适应性,但与上述研究结论不一致性在于,外源甜菜碱是通过进一步提高黑果枸杞幼苗中脯氨酸等有机小分子的浓度、增加细胞渗透势来增强抗盐性,而外源硅却使幼苗体内脯氨酸含量降低。因此,脯氨酸作为抗性指标,还是仅为黑果枸杞受盐害程度大小的一种反应,有待进一步验证。
王鹏[37]采用iTRAQ技术研究不同盐浓度、不同时间处理下黑果枸杞愈伤组织中木质素含量的变化,并初步探讨了黑果枸杞在苯丙代谢途径对盐胁迫的响应机制,结果表明,黑果枸杞愈伤组织在盐分胁迫下木质素含量呈下降趋势,盐浓度越高及胁迫时间越长,下降幅度越大,这是通过苯丙代谢途径上的选择性表达而实现的,即增加PAL、POD的表达,增加黄酮的积累,C3H表达降低,从而导致木质素含量的减少。汪亚娟[38]采用生理学与蛋白质组学相结合的方法,同样运用iTRAQ技术对不同浓度NaCl处理下黑果枸杞蛋白质的表达进行了研究,共鉴定出黑果枸杞蛋白质862个,其中100 mmol/L盐处理7 d黑果枸杞表现差异的蛋白质共计165个,其中上调蛋白72个,下调蛋白93个,并了解到盐胁迫主要影响了黑果枸杞的能量代谢与离子运输,本研究鉴定出的一些有价值的蛋白质,也为进一步研究盐生植物耐盐机理和为作物耐盐驯化提供了新的依据。
2.3 黑果枸杞与盐渍土壤的相互关系盐生植物具有如避盐、稀盐、拒盐、耐盐等多种适应盐渍化环境的策略,因而能在含盐量高的土壤上生长。在盐分胁迫下,一方面植物为了存活,在生理、形态等方面发生了相应的适应性改变,出现盐生植物的形态特征;另一方面,盐生植物的根际有积累盐分的趋势,从而有利于土壤质地的改善,减少地面蒸发作用。两者相互影响,达到一种自然界相对平衡的状态。
2.3.1 盐渍环境对黑果枸杞形态特征的影响有研究表明,在土壤全盐含量分别为0.4%和0.1%的两种天然土壤环境中的黑果枸杞叶片同时具备了旱生植物形态结构以及盐生植物的典型特征,如叶片肉质化、叶脉维管束和机械组织均不发达等,但土壤含盐量的高低与肉质性之间存在着明显的相关性,两种环境中叶部表现出显著的性状差异,高浓度盐离子使叶片明显变厚并高度肉质化,呈现绿、红色或浅红色等更为明显的盐生植物特征,叶片内部栅栏组织厚度增加,海绵组织衍化为含少量叶绿体的贮水组织。此外,作为贮盐植物的黑果枸杞叶肉细胞无多糖和蛋白质积累,其细胞中主要积累大量易溶性盐,主要是氯化物盐,其次为硫酸盐[39, 40]。卢文晋等[41]对野生状态和人工栽培条件下青海黑果枸杞果实、叶片、枝条的形态特征进行了对比,发现环境条件不同,3个指标存在明显差异,人工栽培的黑果枸杞叶长、叶宽、叶面积明显增大,叶形指数和叶面积也增加,果实在纵径、横径、单果鲜质量方面与野生状态的黑果枸杞均有显著差异,并更加饱满,平均单果鲜质量增加0.12 g,是野生状态下的1.86倍,野生条件下黑果枸杞枝条短粗,刺多而密,人工栽培使枝条生长加快,棘刺减少,易于果实采收。常彦莉和谭雅茹[42]也进行了相关研究,结果表明,经过人工栽培驯化后,由于水肥条件的变化,黑果枸杞棘刺明显减少,叶片簇生数量明显增多,果柄变长,果实变大,更加易于采摘果实,这与上述研究结果一致。
2.3.2 黑果枸杞对盐渍土的影响自然条件下黑果枸杞等盐生植物根区土壤盐分含量大于背景土壤盐分含量,对土壤盐分起到调节作用,但这与盐生灌木的生长势有密切关系,生长旺盛的灌木,根际土壤盐分有降低趋势,随着生长势的衰弱,根冠区盐分开始积聚,积聚的重点在树冠边缘一带,并有形成以树体为中心的“盐分岛”的迹象,盐生灌木有生物积盐作用,通过种植盐生植物并加以收获可以起到生物改良盐渍土的效果[43]。Jalali等[44]通过对比自然生长的黑果枸杞植株地下土壤和邻近无植被土地土壤性质,如土壤pH、EC、CEC以及可提取N、K、Mg、Na等矿质元素浓度,评价黑果枸杞对改善退化的盐碱地土壤肥力的潜力,结果表明,黑果枸杞密度显著改变了一些重要的土壤性质,对0-20 cm土层的影响最为明显,随着土层深度增加影响减少;与无植被生长土样相比,在黑果枸杞植株密度大的土样里,Mg和K的浓度、土壤pH以及全氮含量都最高,但黑果枸杞灌木对0-20 cm深的土壤中EC,Na和CEC均无显著影响,说明黑果枸杞不仅耐盐耐干旱,而且其通过生产足够的生物量来增加干旱背景下的表层土壤中的营养成分以及有机物质。另有田间试验结果表明,黑果枸杞可以降低冠幅外土壤含盐量,但是增加了根际和冠幅下土壤的含盐量,试验样地的背景盐分浓度越低,黑果枸杞使土壤盐分向冠幅下运移的幅度越大,黑果枸杞对盐碱地的改良作用越明显[45]。
3 黑果枸杞栽培育种研究进展目前枸杞育种主要针对的是红枸杞(Lycium barbarum L.),已经利用杂交育种、系统育种、辐射育种等方法培育出了宁夏枸杞自己的品牌良种,如中宁一号-八号等果用枸杞系列品种和茶用无果枸杞品种。对黑果枸杞的研究还处于起步阶段,目前相关报道多集中在育种理论基础研究上。
3.1 黑果枸杞种子贮藏方法及萌发特性研究黑果枸杞为硬实种子,种子在适宜的条件下萌发、在不利的环境中休眠,这种休眠形式对黑果枸杞种的延续和传播极为有利,使种子能在较长时期内保持生活力。研究黑果枸杞种子硬实问题在生产实践上对控制其种子的休眠萌发和延长种子寿命均具有重要的指导意义,这也是未来黑果枸杞育种栽培工作中极为重要的一个环节。因此,对黑果枸杞早期的种子贮藏和萌发条件进行研究,了解其特有的萌发机制,对指导栽培具有重要的实践意义。
王桔红等[46]对在常规的冰箱、冬季湿润冷屋贮藏和室温干燥贮藏3种不同贮藏条件下河西走廊黑果枸杞种子萌发情况进行比较,认为黑果枸杞具有非深度生理休眠,低温层积(-5℃和4℃)是打破黑果枸杞种子休眠的有效方法之一。室温、冬季枯落物表层、枯落物覆盖、冬季浅层覆土4种不同贮藏方式对河西走廊黑果枸杞种子萌发影响的结果表明,经冬季浅层覆土(1 cm)和枯落物覆盖的种子萌发率显著提高,萌发速率加快,未萌发的种子也均保持较高活性,经冬季枯落物表层和室温存放后萌发率降低,未萌发种子活性丢失率也较高,说明冬季的湿冷环境能够打破黑果枸杞种子休眠并保持种子活性,而冬季干燥寒冷环境可使部分种子失活,不利于种群的建植和自然更新[47]。刘荣丽等[48]比较了浸种浓度依次为吲哚乙酸(IAA)500 mg/L,吲哚丁酸(IBA)100 mg/L,萘乙酸(NAA)300 mg/L,赤霉素(GA)150 mg/L,生根粉GGR 550 mg/L的5种植物生长调节剂对黑果枸杞种子萌发及幼苗生长的影响,浸泡时间均为24 h,发现赤霉素(GA)150 mg/L和吲哚乙酸(IAA)500 mg/L都对黑果枸杞幼苗生长有极显著的促进作用,而清水的促进作用最小,其中以赤霉素(GA)150 mg/L的促进效果最为显著,因此,可应用150 mg/L赤霉素(GA)进行种子处理,做到加快种子萌发速度。刘克彪和李爱德[49]比较了不同温度(20℃、40℃和60℃)的蒸馏水、不同浓度(5%、10%和15%)的吲哚丁酸(IBA)、0.5% NaCl和不同时间(1 min、3 min、5 min)浓H2SO4处理5种方式对黑果枸杞种子发芽指标的影响。结果表明,浓H2SO4腐蚀种皮,是加快水分渗入种子,大幅度提高种子的发芽率和发芽势的有效方法,,用浓H2SO4腐蚀种皮3 min效果最好,不同浓度IBA、0.5% NaCl以及20℃和60℃水浸泡种子都抑制了种子发芽,最差为20℃水浸泡种子。这也为今后常规育苗中解决种子发芽率问题奠定了基础。
3.2 黑果枸杞开花繁育特征研究对宁夏、青海野生分布的黑果枸杞硬枝扦插苗的开花动态与花部形态特征及繁育系统的研究结果表明,黑果枸杞5-9月开花,单花持续期2-3 d,花粉活力在花药开裂时处于最强的状态,开花当日黑果枸杞柱头都具有可授性,在散粉后0-36 h内为传粉受精的最佳时间,杂交指数OCI为3或4,P/O(花粉量与胚珠比)为8 750-10 652,黑果枸杞不存在无融合生殖现象,繁育系统以异交为主,但其仍保留着一定的自交花部综合特征[50]。
3.3 黑果枸杞核型及遗传多样性研究黑果枸杞染色体数为2n=24,总体积为127.58 μm3,核型公式是2n=24=20 m+2 sm +2 m(sat),全组染色体总长度为86.88 μm,长臂总长为49.44 μm,核型不对称系数(AS.K %)为56.9%[51]。这为将来进一步探索枸杞属物种遗传机制、亲缘关系与进化、远缘杂种的鉴定等产生重要价值。
对15份枸杞种质(包括7个种及3个变种,5个品种品系)的DNA-AFLP分子标记进行遗传多样性和亲缘关系的研究结果表明,在分子水平上枸杞种间的遗传多样性十分丰富,15份枸杞种质的遗传相似系数在0.50-0.92,平均值为0.71,黄果枸杞与黑果枸杞聚在一起,黄果枸杞与新疆枸杞间相似性系数最小[52]。尹跃[53]基于SRAP和SSR两种分子标记技术对包括黑果枸杞在内的35个枸杞品种(系)进行鉴定及其亲缘关系分析,SRAP标记聚类结果为,在遗传相似系数以0.82为阈值时,分为6大类群,黄果枸杞与黑果枸杞聚类在第Ⅰ大类群;以遗传相似系数0.68为阈值时,SSR标记聚类结果也分为6大类群,黑果枸杞和黄果枸杞同样聚在第Ⅰ大类群,该结果与上述AFLP分子标记的研究结果一致。
ISSR分子标记结果显示,目前新疆南部黑果枸杞居群仍维持着较高的遗传多样性水平,居群间的遗传分化较小[54]。王锦楠等[55]利用AFLP分子标记技术对青海省柴达木地区5个野生黑果枸杞种群的120份样品的遗传多样性和遗传结构也进行了研究,结果表明,地理距离在柴达木地区野生黑果枸杞种群的遗传分化中的作用不明显,种群内的遗传多样性远高于种群间的遗传多样性,种群间的遗传变异仅占总变异的8%,而种群内的遗传变异占总变异的92%,诺木洪奥斯勒草场种源内部的遗传变异更为丰富,本研究推断诺木洪可能为柴达木地区野生黑果枸杞种质资源的中心产区,由于黑果枸杞的自交不亲和特性,再加上昆虫和风传粉方式以及鸟类和噬齿动物的种子传播方式有利于种群间基因交流,因此黑果枸杞种群间可能存在着较大的基因交流,从而导致种群间遗传分化较低。Chen等[56]利用黑果枸杞叶绿体DNA两个间隔区的序列差异,从8个自然群体的80个个体中对其遗传变异、群体结构以及系统生物地理学和进化史进行了研究,结果表明,叶绿体DNA遗传结构中,黑果枸杞这一物种的地理学结构不明显,在野生黑果枸杞中具有高的单倍型多样性和低水平的核苷酸多样性,未检测到清晰的系统地理生物学结构,与生长在中国北部的其他沙漠种相比较,黑果枸杞具有相对较低的群体内部遗传分化,不同区域或者同一区域的黑果枸杞群体,因环境变化的不同,经历了不同的进化史,中部柴达木盆地和内蒙古西部可能是冰河时期的两大生物避难所;对鉴别出的黑果枸杞10个单倍型进行分支进化树分析发现,其进化史与更新世时期的高山运动以及高原地的沙漠形成与演化相关,而其他物种的系统生物地理结构可能是第四世纪冰川时期气候波动和地貌过程共同作用的结果,这样,关于黑果枸杞叶绿体系统地理学的结论就与其他北部的沙漠物种的研究结果不一致。此外,Chen和Zhong[57]还分离得到了11个新微卫星位点引物,并结合生物素捕获技术在3个群体的24个个体中进行了描述,在这些微卫星中,每个位点鉴定出1-7个等位基因,开发出的这些微卫星标记均为独立标记,对于黑果枸杞群体遗传结构、群体遗传多样性以及进化史更深一步的研究具有重大意义。
3.4 黑果枸杞花色苷等多酚化合物种质资源研究花色苷属酚类化合物中的类黄酮,黑果枸杞成熟浆果富含花色苷[58],由于黑果枸杞各主要分布区生态条件差异很大,不同地区黑果枸杞的花色苷含量可能因产地的不同存在差异。因此,比较不同生态环境条件和不同基因型黑果枸杞花色苷含量、组分状态及活性差异,可以为黑果枸杞优质资源的筛选及优良品种的初步选育、质量评价等奠定基础。
近年来,在花色苷含量测定方法上,张小敏和冉林武等[59]提出了常用分光光度法中的色价法、pH示差法、消光系数法等存在容易受溶剂以及其他多酚类物质干扰的缺陷,建立了黑果枸杞中花色苷的HPLC半定量方法,由该方法测得的黑果枸杞中花色苷含量为(399.81±12.02)mg/100 g,远远超过了一般的浆果花色苷含量,如蓝莓[60];从花色苷吸收峰推测,黑果枸杞中可能含有至少6种花色苷,含量最高的花色苷其保留时间为13.16 min,而相同的条件之下其它花色苷只有微弱的吸收峰,表明黑果枸杞中基本主要积累一种花色苷或其衍生物,但该研究中还不清楚含量最高的花色苷组分的名称。在另一项黑果枸杞与其他5种富含花色苷的果蔬(葡萄、树莓、紫甘蓝、蓝莓和紫薯)中花色苷组成、含量及体外抗氧化活性比较的研究中,分离并鉴定出黑果枸杞中花色苷主要组分是矮牵牛素-3-O-芸香糖(反式-p-coumaroyl)-5-O-葡萄糖苷,为酰化的矮牵牛素衍生物,这有别于其他果蔬花色苷构成[61-63];此外,6种果蔬中花色苷含量差异也很大,黑果枸杞花色苷含量最高,蓝莓次之,葡萄和树莓中含量最小,在黑果枸杞中花色苷的含量分别是葡萄、树莓、紫甘蓝、蓝莓和紫薯的10.72、4.91、1.91、1.75和4.45倍;DPPH自由基清除能力、FRAP值、总抗氧化活性黑果枸杞居首,表明其具有很好的抗氧化活性。
闫亚美等[64]初步对我国新疆、青海、宁夏和甘肃等黑果枸杞主要分布区不同生态条件下的26份黑果枸杞果实花色苷等多酚总含量及单体组分情况进行了比较研究,结果表明,不同的黑果枸杞资源多酚、黄酮及花色苷含量均差异很大,总体而言,青海格尔木乌图美仁、新疆甘河子、宁夏贺兰12-01等黑果枸杞的总酚、总黄酮及总花色苷很高;花色苷总量及单体含量均很高的材料为新疆巴仑台镇、青海格尔木乌图美仁、新疆甘河子、宁夏贺兰12-01等地,特别是新疆甘河子产地黑果枸杞总酚、总黄酮及总花色苷含量都很高,可作为以多酚和花色苷含量为指标的优质良种材料;各产地样品HPLC特征图谱相似,26份材料多酚共有峰面积有12个,从而共检测到12种共有酚类化合物,其中Petunidin-3-O-rutinoside(cis-p-coumaroyl)-5-O-glucoside在所有供试黑果枸杞中的含量均最高,经HPLC-MS分析鉴定,19个多酚类化合物被鉴定出,其中7个为酰化类花色苷,主要花色苷即为Petunidin-3-O-rutinoside(cis-p-coumaroyl)-5-O-glucoside。同时,闫亚美[65]建立了17份黑果枸杞种质材料的多酚HPLC指纹图谱,在所有供试黑果枸杞种质材料中共检到8种共有酚类化合物,其中矮牵牛素-3-O-芸香糖(反式-p-coumaroyl)-5-O-葡萄糖苷在所有供试黑果枸杞资源材料中的含量也为最高,进一步证实了矮牵牛素-3-O-芸香糖(反式-p-coumaroyl)-5-O-葡萄糖苷为黑果枸杞多酚及花色苷主要组分。另外,PCA图谱结果表明5,7-二羟基黄酮-衍生物类化合物、柚皮素、矮牵牛素-3-O-芸香糖(反式-p-coumaroyl)-5-O-葡萄糖苷及几个未知化合物可能是决定黑果枸杞不同种质材料之间多酚含量质量差异的主要指标。
花色苷类化合物除了具有抗氧化清除自由基的生物活性外,在植物处于寒冷、干旱等逆境环境时也起到重要的抗逆反应功能[66]。黑果枸杞中含花色苷类的酚类化合物最高,而花色苷中矮牵牛素-3-O-芸香糖(反式-p-coumaroyl)-5-O-葡萄糖苷含量最高,为酰化类花色苷,所有的花青素均被芳香族有机酸酰化,并与小分子糖结合成为糖苷。有研究表明,花色苷酰化能够提高其稳定性和生物活性[67]。黑果枸杞中高度芳香酰化的花色苷是否与保持花色苷稳定性及维持黑果枸杞逆境生长条件有关,有待进一步研究。
4 黑果枸杞苗木繁殖及栽培技术研究刘荣丽等[68]采用75 mg/L IBA、750 mg/L IAA、750 mg/L GGR7号、300 mg/L NAA和300 mg/L GA3五种不同生长调节剂对黑果枸杞一年生插条进行处理,调查了硬枝扦插的出苗率、新生枝数量、新生根数量、新生根平均根长等指标,通过比较得出750 mg/L生根粉GGR7号对黑果枸杞硬枝扦插育苗促进作用最大。在赵爱山[69]的研究中,以黑果枸杞扦插苗生根、根长、地径、株高的生长情况为测定指标,从生根粉GGR、吲哚乙酸、2,4-D、赤霉素和萘乙酸5种生长调节剂中筛选最适生长调节剂种类,得出5种生长调节剂中萘乙酸(NAA)对黑果枸杞扦插苗的生根、株高、地径、主根长均有极显著促进作用,对黑果枸杞生根率影响最大,对株高、地径和主根长的促进作用也均位居第二,作用效果稳定,因此得出萘乙酸(NAA)为适宜黑果枸杞硬枝扦插的生长调节剂。这与上述研究结果存在不一致性,可能与两者研究中生长调节剂浓度的选择、处理时间以及观测指标的不同有关,但两者研究结果都为以后黑果枸杞大量人工硬枝扦插繁殖奠定了基础。刘克彪[70]首次研究了NAA、ABT、IBA、NAA+IBA 4种生长调节剂溶液对嫩枝扦插成活率、新枝高生长量、根系生长量、生根数的影响,结果表明,黑果枸杞嫩枝插穗对NAA敏感,NAA300 mg/L溶液处理的黑果枸杞嫩枝扦插成活率最高,其对不定根的诱导效果最好,新生枝和新生根生长量越大,新生枝数和新生根数越小。另外,不同处理条件对野生黑果枸杞枝条插穗成活率影响的研究结果表明,插穗用自来水浸泡24 h后,在不覆盖地膜的情况下,扦插于类似以蛭石和珍珠岩1:1混合的疏松透气的扦插基质上成活率最高,成活的插穗可以做覆盖地膜处理[71],有效地提高了扦插成活率。刘荣丽[48]研究了黑果枸杞天然林整形修剪研究,采用保留丛生枝1枚(Ⅰ)、3枚(Ⅱ)、5枚(Ⅲ)3种修剪方式,结果表明,与不修剪7枚(CK)相比,整形修剪使黑果枸杞短结果枝比例增大,结果枝分布均匀,其中修剪方式Ⅲ的短结果枝比例最大,单株鲜果产量明显提高,百果重增加,达到23.8 g。此整形修剪方式不仅为培养稳产高产的黑果枸杞人工改造经济林提供技术支撑,为未来黑果枸杞园成年树的有效管理奠定了很好的技术基础。
5 展望黑果枸杞作为天然盐生灌木类,自身具备了优越的药用、良好的经济价值以及巨大科学研究价值。但目前关于黑果枸杞的基础研究不足,在抗逆性研究以及育种机理研究方面还非常薄弱。黑果枸杞多糖、花青素等化学成分开发的需求很大,但由于受黑果枸杞果小、刺多、野生及无优良栽培品种等特点,其推广和利用受到很大限制。研究黑果枸杞的生物学特性、培育出黑果枸杞优良品种,不仅能够改善我国西部生态环境还能促进我国西部经济发展。为此,提出几点可重点研究的几个方面:第一、关于黑果枸杞种源分布地的调查研究及种源试验;第二、了解并掌握逆境环境中黑果枸杞的形态特征,建立其生长模型;第三、建立完善的黑果枸杞组培体系,加强黑果枸杞分子水平基础研究;第四、黑果枸杞优良品种的选育和品系鉴定。
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