植物生长发育过程中，由于外界环境变化的多样性，经常受到多种逆境胁迫的影响。影响植物正常生长的逆境胁迫主要包括盐度、干旱、低温等。随着自然环境问题的日益严重，对植物逆境胁迫的研究成为人们研究的重点，然而目前关于植物应对逆境胁迫的研究主要还是以草本植物为主，木本植物的研究还相对较少。与草本植物相比，木本植物具有坚固的结构、高的冠幅、多年生，在抵御多种逆境胁迫和改善土壤等方面具有草本植物无法比拟的优势。

木本植物是指根和茎因增粗生长形成大量的木质部，而细胞壁也多数木质化的坚固的植物。木本植物依形态不同，分为乔木、灌木和半灌木三类。近年来，随着生物学理论的完善和生物学技术手段的发展，科学家们将研究的对象转向木本植物。通过对木本植物的研究发现，某些木本植物可以在复杂多变的环境中正常生长，对逆境胁迫具有耐受性的木本植物成为目前研究的焦点。蒙古柳是杨柳科柳属落叶灌木或小乔木，是东北松嫩平原盐碱地区唯一具有群落分布的一种珍贵的耐盐碱木本植物资源(柳参奎,2006,东北林业大学出版社,pp.323)。本综述对木本植物盐度、干旱和低温胁迫的主要研究进展和响应机制进行了概括总结，并着重对木本植物蒙古柳逆境响应基因的挖掘和逆境耐受性的研究进行了介绍。

1、木本植物对盐等逆境的应答

1.1木本植物对盐逆境的应答

为了适应盐逆境胁迫，木本植物自身蕴含丰富的适应胁迫的功能基因、蛋白和转录因子。通过高通量测序在毛白杨中发现了对盐胁迫具有响应的。毛果杨中miroRNA靶标的功能分析表明它们参与转录因子的调节，应激反应和脂质代谢(Shuaietal.,2013)等生命活动。从毛果杨中分离并鉴定出小热休克蛋白PtHSP17.8和PtHSP17.8可以被各种非生物胁迫诱导并且通过热应激显著激活，PtHSP17.8的过表达增强了拟南芥对热和盐胁迫的耐受性(Lietal.,2016)。在盐胁迫下的胡杨中，发现大量新的miroRNA，并且已知的和新的miroRNA在功能上都能切割成它们的靶mRNA，盐胁迫相应地诱导miroRNA和靶标的表达(Lietal.,2013)。胡杨中还发现了大量的对盐胁迫具有响应的蛋白，如：ABC转运蛋白，钙调蛋白，Pop3肽和水通道蛋白等，可以帮助植物从盐胁迫中恢复。除此之外，刚毛柽柳的ERF转录因子ThCRF1通过增强海藻糖和脯氨酸生物合成来调节渗透势，并通过改善SOD和POD活性来提高活性氧清除能力，从而提高刚毛柽柳对盐胁迫的耐受性(Qinetal.,2017)。

在高等植物中，盐过敏感(SOS)信号通路是目前研究最为清楚的耐盐途径之一。其在维持盐度条件下的离子稳态和赋予盐耐受性方面起着至关重要的作用。木本植物毛果杨中鉴定出三种SOS成分，命名为PtSOS1、PtSOS2和PtSOS3，其中SOS1和SOS2在转录水平上对盐度胁迫有响应。在杨树叶肉原生质体中，PtSOS1特异性地定位于质膜中，PtSOS2分布在整个细胞中，PtSOS3主要靶向质膜，PtSOS1、PtSOS2和PtSOS3的异源表达可以改变相应的拟南芥SOS突变体的盐敏感表型，证明PtSOS蛋白是其拟南芥SOS蛋白的功能同源物，同时在酵母细胞中重建杨树SOS途径揭示了PtSOS2和PtSOS3协同作用以激活PtSOS1(Tangetal.,2010)。通过对水稻、番茄和杨树在内的几个物种的研究表明，SOS途径在高等植物中是功能保守的(Martinez-Atienzaetal.,2007)。这些结果表明SOS途径的强功能保守性负责从草本植物到木本植物的盐胁迫信号传导(Tangetal.,2010)。

1.2木本植物对干旱逆境的应答

由于CO2等温室气体的过度排放，全球气候变化加剧了许多地区的干旱，使大量植物面临干旱的胁迫。研究植物的抗旱机制和提高植物的抗旱能力成为现代植物研究急需解决的问题。目前有关木本植物耐旱性的研究主要集中在渗透调节、抗氧化酶系统、内源激素和干旱诱导蛋白等方面。参与木本植物耐旱性渗透调节的物质主要有脯氨酸、可溶性糖和甜菜碱。干旱胁迫下，胡杨抗旱能力增强与脯氨酸的积累有关(孙宪芝等,2007)。干旱胁迫会促进梭梭幼苗体内甜菜碱的积累，甜菜碱含量与干旱胁迫程度呈正相关(陈鹏和潘晓玲,2001)。但有关梭梭同化只在受到干旱胁迫时的研究显示，其体内脯氨酸含量只有小幅度的增加(李洪山等,1995,干旱区研究,(2):15-17)。因此，目前干旱胁迫与体内脯氨酸变化的关系还有待进一步研究。

干旱胁迫会引起植物体内活性氧自由基的增加，使植物受到氧化胁迫。当活性氧过多，活性氧清除系统不能及时清除活性氧，植物体会因活性氧积累而产生氧化伤害。丙二醛(MDA)、SOD、POD是参与氧化调节过程的三种重要物质。MDA含量与膜脂过氧化程度有关，当植物膜系统遭到破坏时，植物体内MDA含量会显著升高。对干旱胁迫下刺槐中MDA含量测定发现，MDA含量是先升后降的(曹帮华等,2005,浙江林学院学报,22(2):161-165)。干旱胁迫下，油松幼苗SOD活性增加、荆条幼苗POD活性增加，臭椿、侧柏、紫穗槐幼苗SOD、POD活性均明显增加(张蓉蓉,2015)。由此可以看出，植物通过增加体内SOD和POD活性来清除体内大量积累的活性氧从而抵御干旱胁迫。

除此之外，一些内源激素和诱导蛋白也在木本植物耐旱中起关键的作用。干旱胁迫下植物根系会合成ABA和CTK，它们之间的配比平衡和拮抗作用对植物的光合作用、形态建成和气孔行为等方面有重要影响，使植物对水分的吸收和同化产物利用效率提高，在干旱逆境中正常生长(ZhangandDavies,1989)。在对干旱诱导蛋白的研究中，发现了大量与干旱相关的功能蛋白和调节蛋白如离子通道蛋白、蛋白激酶、转录因子和一些信号因子等，它们直接或间接参与耐旱相关基因的表达和调控，减轻干旱胁迫对植物造成的伤害。综上所述，目前关于木本植物耐旱机理的研究还主要停留在生理水平上，代谢水平和一些复杂的调控途径方面还有待研究。

1.3木本植物对低温逆境的应答

有关植物低温(LT)胁迫耐受性的研究已经有100多年的历史，人们研究的重点大部分集中在草本植物上，如谷类草、马铃薯、苜蓿和模式生物拟南芥，对木本植物的研究较为有限，仅在水果、观赏植物以及一些重要的森林物种上有所报道。植物在极端或变化的温度状态下生长时，低温胁迫可能会对其造成压力，伤害或死亡。因此，了解低温胁迫耐受的遗传和机制，可以为通过育种或基因工程等手段提高植物抗逆性和生产力提供可靠的依据。植物低温(LT)胁迫可以分为冷胁迫、冷冻胁迫、中等低温(MLT)、中低温(ILT)和极冷胁迫(ELT)。目前可以通过观察整株植物死亡，特定组织和器官的可见坏死和通过活体染色，渗透反应性，叶绿素荧光或相对电解质渗漏的实验方法检测低温应激对植物造成的损伤症状。

在对木本植物低温耐受的研究中发现，植物体内的糖类如棉子糖和水苏糖的浓度与最低存活温度强烈相关。寡糖在木本植物MLT对ELT耐受中起着重要的作用。植物低温胁迫和其他非生物胁迫的另一种一致反应是氨基酸和多胺的增加，脯氨酸和各种其他氨基酸在木本植物的抗冻过程中增加，鸟氨酸及其多胺衍生物腐胺和亚精胺被发现在应激反应中增加(KrasenskyandJonak,2012)。在樟子松抗冻训练中观察到鸟氨酸和腐胺的增加(Angelchevaetal.,2014)。在对低温胁迫敏感的拟南芥中也观察到许多相同的变化(Kaplanetal.,2004)。还有一些具有信号、调节、保护或恢复功能的蛋白质，化学过程的酶和调节蛋白也在耐受和恢复低温应激以及其他冬季应激中起作用，如脱水蛋白、LEA蛋白、热休克蛋(HSPs)、早期光诱导蛋白等。除此之外还检测到许多未知蛋白质，其中一些可能在低温胁迫适应和耐受中发挥重要作用。

功能基因组和群体遗传研究已经确定了拟南芥中CBF调控光周期和温度敏感的低温胁迫途径。ICE和CBF，转录因子(CBF表达诱导因子和CRT结合因子)已被证明在冷诱导基因表达调控中起重要的作用。低温使冷冻耐受性植物产生生物化学和生理学变化。这些变化主要与冷响应(COR)基因家族的表达有关。在拟南芥中，两个或三个CBF通常与其他转录因子共同调节超过三分之二的COR基因(Shietal.,2017)。有报告表明拟南芥CBF2和CBF3在指导冷反应中发挥更重要的作用(Jiaetal.,2016)，以便植物更好地适应低温。而且，草本植物和树种中的CBF过表达也可以减少植物生长并诱导休眠(Wisniewskietal.,2014)。CBF2过表达植物中上调的主要基因与脂质定位、淀粉代谢过程、光刺激反应和转录调控有关，CBF3调控的基因主要与氧化应激反应有关，多年生木本植物(如杨树,苹果,葡萄,李属植物和桉树)中存在类似的途径(Lietal.,2017a)。而且多年生木本植物还具有类似于拟南芥的CBF途径，甚至包括生长和冷胁迫耐受性之间的调节作用(Benedictetal.,2006)。但是关于木本植物中CBF调控的细节研究仍然非常有限。

1.4蒙古柳对盐等逆境胁迫的组织变化特性

蒙古柳所处的生长环境及其恶劣，土壤pH值在9以上，蒙古柳能在该地区正常生长繁殖，说明其对该生境有较好的适应性。蒙古柳是杨属灌木或小乔木，种子与其他乔木杨柳相比要小，在恶劣生境中种子存活要面临更大的挑战。种子萌发过程是植物自然定植的关键环节之一，已有研究显示蒙古柳种子在萌发阶段对NaCl耐受的极限浓度为176.10mmol/L，种子半致死盐浓度为94.13mmol/L，耐盐浓度为12.16mmol/L(钱璐,2015)。这组数据说明，蒙古柳对盐胁迫具有一定的耐受性。而在NaHCO3胁迫处理下，蒙古柳在低浓度下表现出良好的适应性，具有较高的耐碱能力。通过对盐、干旱、氧化三种胁迫处理的蒙古柳幼苗叶片中丙二醛含量和电导率测定，发现蒙古柳幼苗对盐胁迫有一定的抗逆性，对干旱和氧化胁迫有较强的抗逆性。由此可以看出蒙古柳对多种逆境胁迫具有耐受性。

蒙古柳为了能在松嫩平原盐碱地复杂恶劣的自然条件下正常生长，自身逐渐演化出特殊的形态结构以适应盐碱环境。在植物生长发育过程中，根系是进行水分和养分传导的重要器官。通过对蒙古柳根系石蜡切片解剖结构观察发现，蒙古柳根部结构由外到内依次是：表皮、皮层和维管束(钱璐,2015)。皮层薄壁细胞破裂会形成通气组织，通气组织的形成保证了蒙古柳在盐碱地板结、空隙少的土壤环境中仍可以正常进行呼吸作用。观察蒙古柳的皮层结构发现，根部皮层随着盐碱胁迫浓度的增强或时间增加逐渐加厚。皮层结构的加厚可以有效阻止环境中有害或对植物不利的离子进入，防止植物受到离子毒害(王振猛,2006)。蒙古柳叶片石蜡解剖结构观察发现蒙古柳叶片表皮上具有丰富的气孔，当受到盐碱胁迫时，叶片上、下表皮的气孔逐渐关闭(钱璐,2015)。这是因为受到高浓度盐碱胁迫时，植物自身很难从外界环境中吸收水分，气孔关闭可以有效防止植物体内水分的蒸发，用以维持正常的生命活动。综上所述，关于蒙古柳耐盐特性的研究还主要集中于形态及生理水平，更深层的耐盐机理还有待揭示。

1.5蒙古柳对盐等逆境应答

随着基因组学、生物信息学的发展和测序手段的进步，模式生物拟南芥和水稻的全基因组测序完成，许多植物基因组己经被确定。2006年首个木本植物毛果杨的全基因组测序完成。同时，一种可以检测单个基因功能的新型技术FOXhuntingsystem被创立(耿微等,2010)。这些成果让挖掘蒙古柳的耐盐等逆境胁迫基因成为了可能，从对逆境胁迫具有耐受性的植物中挖掘其耐逆境基因将会为分子水平上研究植物耐盐机理提供重要的资源。

目前挖掘蒙古柳中NaCl胁迫相关基因主要采用FOXhuntingsystem和RNA-Seq技术。Nan等(2016)对盐胁迫诱导下的蒙古柳进行了转录组学分析。使用RNA-Seq技术获得了盐胁迫(SLH处理)和对照(SLH-对照)蒙古柳样品的转录谱。通过比对分析发现，拟南芥中的许多耐盐基因在蒙古柳中存在。拟南芥中MIOX1(肌醇加氧酶)的同源基因在蒙古柳中发现，MIOX存在于拟南芥抗坏血酸合成途径，抗坏血酸在植物抵御盐度、干旱、低温等逆境胁迫中发挥重要作用。植物体内主要代谢途径的相关酶谷氨酸脱氨酶(GDH)、乙酰辅酶A羧化酶1、酰基辅酶A氧化酶在蒙古柳中也发现了同源基因。葡萄囊泡运输V-SNARE蛋白对水分胁迫具有响应作用，并可以调节气孔闭合，有研究显示，蒙古柳中存在囊泡运输V-SNARE蛋白的同源基因，除此之外，一些在渗透调节和活性氧清除中发挥作用的蛋白酶基因如丝裂原活化蛋白激酶3(MPK3)、小麦的丝氨酸苏氨酸蛋激酶SAPK7、热击蛋白(Hsp70)的同源基因也在蒙古柳中被发现(Nanetal.,2016)。植物在盐等逆境胁迫中基因表达受到多种复杂机制的调控，其中WRKY转录因子家族(白雪等,2018)发挥着重要作用。通过对蒙古柳与盐碱逆境响应相关的WRKY转录因子基因WRKY28的研究发现，WRKY28基因与抗盐碱性有关(汪振娟,2016)。综上所述，作者发现目前关于蒙古柳耐盐性机理研究主要集中于耐盐基因挖掘和少数耐盐基因功能解析，还没有发现关于蒙古柳耐盐性机理揭示的研究报道。

2、木本植物的应用价值

木本植物种类繁多，分布广泛，在经济、药用、生态等多方面都具有重要的应用价值。经济方面，木本植物是生产纸张，木材和其他木质产品的重要资源。药用方面，中国特有木本植物喜树，其体内含有的喜树碱具有抗癌的功效。厚朴、杜仲、黄柏3种木本植物还有“三大木本植物药”的美称。生态方面，木本植物在植被保护、抵御恶劣自然环境，防风固沙等方面也发挥着至关重要的作用。黄若之(2012)对水生木本植物的研究表明，水生木本植物种类繁多，在景观效果和生态效益等方面发挥重要作用。金裕华等(2018,湖北理工学院学报,34(6):15-19)对木本植物研究指出，木本植物可以通过提高土壤微生物群落功能的多样性、增加土壤中微生物活性、种类和数量来修复被重金属污染的土壤。

许多木本植物本身就具有耐盐碱、干旱、冷害等自然胁迫的特性。胡杨因其具有耐旱耐盐的特性被选择与其他品种进行杂交以培育具有耐盐性的树木，然而，由于不同物种之间的生殖隔离，特别是木本物种，结果并不理想。测序技术的发展，毛果杨的全基因组测序完成，推动了其他木本植物基因功能的研究。结合组织培养技术，杨树、柳树等木本植物再生体系的建立(Yangetal.,2013;Lietal.,2017b)。虽然植物耐盐等逆境胁迫的机理很复杂，但引入一个单一的关键基因，特别是一些参与多种信号通路的调控基因，已经成功地提高了转基因植物的耐盐性(Pardo,2010)。

蒙古柳有很强的耐盐碱性，对蒙古柳的研究具有非常重要的意义。蒙古柳属于灌木类，树高、冠幅、根系特点适宜形成密集的地被层，可以作为防护林的首选树种。通过对野生的蒙古柳根下土壤的pH值测定发现，蒙古柳根下pH值低于当地平均pH值，蒙古柳对改良土壤pH值，维持土壤环境稳态具有重要作用(Ishidaetal.,2009)。蒙古柳种子萌发需要充足的水分，但种子萌发期与当地雨季错位使自然条件下蒙古柳种群数量稀少，因此蒙古柳主要以扦插和人工引种进行繁殖。材料稀少制约了蒙古柳的研究，快速大量地获得蒙古柳植株成为人们急需解决的问题。目前汪振娟(2016)利用蒙古柳无菌幼苗叶片进行愈伤诱导，通过组织培养和快速繁殖，获得了生长健康，根系发达，生根率极高的蒙古柳再生植株。

3、展望

通过查阅大量文献发现，对木本植物的研究主要局限于少数的耐旱、耐盐碱植物如：柽柳(Qinetal.,2017)、梭梭(陈鹏和潘晓玲,2001)、胡杨(孙宪芝等,2007;Lietal.,2013;刘丹丹等,2013)等。杨树因生长快速、克隆繁殖难度较低、相对小的基因组和易于转化等特点成为人们研究的重点。通过转录组测序方法，大量与逆境相关的同源基因在杨树中被找到，并且随着杨树高效、快速无性繁殖体系的建立(Lietal.,2017b)和转基因技术的不断完善，杨树耐盐等逆境方面的研究取得了可喜的进展(孙宪芝等,2007;Lietal.,2013)。但目前对柳树的研究还比较少，尤其是一些具有抗性的柳树品种。

蒙古柳作为松嫩平原上唯一具有群落分布的木本植物，对其抗逆性研究具有重要的意义。目前对蒙古柳基本的形态结构及生理特性已经有了全面系统的研究结果。但关于蒙古柳耐盐性的研究相对较少，仅从蒙古柳种子、叶片、根系耐盐特点进行了研究(钱璐,2015)，蒙古柳耐盐机理还有待揭示。通过对蒙古柳耐盐基因的挖掘，初步发现了蒙古柳的一些与逆境胁迫相关的基因和转录因子(Nanetal.,2016;汪振娟,2016)，这为进一步揭示蒙古柳耐盐机制提供了帮助。蒙古柳再生体系的建立(汪振娟,2016)解决了蒙古柳种群数量少，繁殖方式单一的问题，但此方法存在耗时长，分化率低等问题。由于对蒙古柳的研究才刚刚开始，所以还有一些问题待解决。

参考文献:

[1]陈鹏,潘晓玲,2001,干旱和NaCl胁迫下梭梭幼苗中甜菜碱含量和甜菜碱醛脱氢酶活性的变化,植物生理学通讯,37(6):520-522)

[2]耿微,高野哲夫,柳参奎,2010,FOXHuntingSystem-一种新的功能基因筛选技术,分子植物育种,8(4):810-817)

[3]黄若之,2012,水湿生木本植物景观及其应用研究,硕士学位论文,浙江农林大学风景园林与建筑学院,导师:包志毅,pp.7)

[4]金裕华,邹涛,康薇,郑进,徐玲花,2018,木本植物修复对重金属污染土壤微生物多样性及土壤肥力的影响,湖北理工学院学报,34(6):15-19)

[5]刘丹丹,邓澍荣,张一南,张旋,孙健,王美娟,赵瑞,荆艳萍,沈昕,陈少良,2013,胡杨PeAPY2基因的克隆及其转化细胞的耐盐性分析,基因组学与应用生物学,32(3):276-284)

[6]钱璐,2015,环境因子对蒙古柳(Salixlinearistipularis)种子萌发的影响,硕士学位论文,东北林业大学,导师:马书荣,pp.20-44)

[7]孙宪芝,郑成淑,王秀峰,2007,木本植物抗旱机理研究进展,西北植物学报,27(3):629-634)

[8]汪振娟,2016,SmWRKY28蛋白参与蒙古柳抗NaCl､NaHCO3胁迫的调节功能研究,东北林业大学,导师:管清杰,pp.16-33)

[9]王振猛,2006,松嫩平原三种耐盐植物比较解剖研究,硕士学位论文,东北师范大学,导师:陆静梅,pp.1-6)

[10]张蓉蓉,2015,黄土高原矿区典型木本植物幼苗对干旱胁迫的生态适应性研究,硕士学位论文,山西大学自然地理学专业,导师:李素清,pp.35-40)

魏芝玲,韩元进,卜媛媛.木本植物逆境胁迫研究进展[J].分子植物育种,2020,18(07):2382-2387.

基金:国家自然科学基金项目(31500501);国家重点实验室开放基金项目(SLPY-201707)共同资助.