抗逆模式灌木沙冬青的研究進(jìn)展

張黨權(quán)，宋志丹，田曄林，韓 欣，谷振軍

(1a.長沙市經(jīng)濟林工程技術(shù)研究中心；1b.林業(yè)生物技術(shù)湖南省重點實驗室；1c.經(jīng)濟林育種與栽培國家林業(yè)局重點實驗室，湖南 長沙 410004；2. 北京農(nóng)學(xué)院園林學(xué)院，北京 102206)

抗逆模式灌木沙冬青的研究進(jìn)展

張黨權(quán)1a,b,c，宋志丹1a,b,c，田曄林2，韓 欣1b,c，谷振軍1a,b,c

(1a.長沙市經(jīng)濟林工程技術(shù)研究中心；1b.林業(yè)生物技術(shù)湖南省重點實驗室；1c.經(jīng)濟林育種與栽培國家林業(yè)局重點實驗室，湖南 長沙 410004；2. 北京農(nóng)學(xué)院園林學(xué)院，北京 102206)

沙冬青是我國西北特有的高抗逆性灌木，是第三代古地中海沿岸植物中幸存的殘遺物種，為我國荒漠地區(qū)唯一的超旱生常綠闊葉灌木樹種，集抗旱、抗高溫、抗凍、耐鹽堿、耐腐蝕等多種抗逆性于一身，在林木抗逆性研究領(lǐng)域具有極其重要的科研價值。本文重點從抗凍性、遺傳多樣性、分子遺傳學(xué)、提取物這些方面分析了沙冬青的研究特色，探討了建立沙冬青抗逆模式灌木的潛力及應(yīng)用。

沙冬青；綜述；抗逆性；模式灌木；荒漠地區(qū)

沙冬青Ammopiptanthus為豆科沙冬青屬常綠闊葉灌木，僅有兩種，即蒙古沙冬青A.monggolicus和新疆沙冬青(A. nanus，又名矮沙冬青或小沙冬青)。沙冬青是第三代古地中海沿岸的植物，在古地中海退縮、氣候旱化過程中幸存的殘遺物種之一，是古老的第三紀(jì)殘遺種，現(xiàn)已列為國家二級瀕危保護植物。沙冬青因抗旱能力強，對高溫、嚴(yán)寒、霜凍、風(fēng)蝕沙埋具有特殊的忍耐力，因此適生于固定沙地、沙質(zhì)和石質(zhì)山坡網(wǎng)，成為荒漠區(qū)惟一分布的常綠闊葉灌木，能有效防風(fēng)固沙，是目前人類用于改造荒漠的優(yōu)良灌木。

沙冬青因其超強的抗逆性而受生物學(xué)家的長期研究關(guān)注，從結(jié)構(gòu)特性、抗逆生理、調(diào)節(jié)物質(zhì)的研究，到抗逆蛋白、基因的克隆、鑒定及功能分析均有涉及。沙冬青也是少有的中藥藥材，《中華草本》中記錄沙冬青嫩枝和葉中所含生物堿可入藥，主治凍瘡，慢性風(fēng)濕性關(guān)節(jié)痛，具有祛風(fēng)除濕、舒筋散瘀等功效。近年對沙冬青的化學(xué)成份及其藥性研究也逐漸受到關(guān)注。另外，沙冬青植株較矮、葉片肥厚、四季常青、春季開花，即可叢生為綠籬，又可單株配景，因此研究沙冬青的習(xí)性、增殖特性、品種優(yōu)化改良，還能進(jìn)一步開發(fā)其觀賞價值。

1 沙冬青的抗逆特性

沙冬青屬多漿旱生植物，其根、莖、葉演化成旱生結(jié)構(gòu)，通過這些特有的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)抗旱、抗脫水、提高水分的利用，以忍耐大氣干旱。除了超旱生結(jié)構(gòu)，沙冬青體內(nèi)的可溶性糖、游離氨基酸(如脯氨酸、天冬門氨酸等)、保護酶等系統(tǒng)在抗旱方面也發(fā)揮了一定的作用[1]。ZHAO Chang-Ming等還發(fā)現(xiàn)，在正常條件下沙冬青葉片依賴于葉黃素循環(huán)的熱耗散機制防御光的破壞，而在干旱脅迫下則還要再啟用PSⅡ反應(yīng)中心的可逆反應(yīng)機制以提高沙冬青的抗旱性能[2]。

沙冬青的耐熱性在40～45℃之間，在這個溫度區(qū)間光合反應(yīng)正常，直到50℃才出現(xiàn)高溫脅迫狀況：高溫使光合反應(yīng)中的電子傳遞受阻，引起反應(yīng)中心的活性下降，但即使在50℃時光合反應(yīng)中心也沒有被破壞，且在脅迫解除后還可恢復(fù)其原有活性，這說明沙冬青具有極強的耐熱性[3]。

沙冬青幼苗的單鹽脅迫耐受性較強，在0.7%以下均可正常生長，但復(fù)鹽脅迫耐受性較差，濃度為0.6%時死亡率就達(dá)到了93.3%。適量磷肥可以明顯提高沙冬青幼苗對單鹽的耐受性[4]，一定濃度的水楊酸也可有效緩解鹽脅迫對沙冬青幼苗的傷害，但當(dāng)水楊酸濃度達(dá)到2.0 mmol/L時則起到相反作用。沙冬青體內(nèi)的內(nèi)源激素(如IAA、GA3等)會隨著鹽濃度的變化而變化以適應(yīng)適應(yīng)鹽脅迫[5]，這都說明沙冬青的耐鹽性很強。

沙冬青莖干萌芽能力強、生命力旺盛，能有效防御風(fēng)蝕、沙打的損傷，發(fā)達(dá)的根系也是沙冬青抗蝕性的主要條件。沙冬青根系深，根莖長之比極大，不但能有效抗風(fēng)蝕，而且能從深沙層吸收水分和養(yǎng)分供地上部分蒸騰與生長發(fā)育需要。沙冬青主根粗，根系與莖基部連接處也很粗，可抵御沙地晝夜大溫差、減輕沙粒對根的機械損傷起到保護根的作用。另外，沙冬青根部有根瘤菌，內(nèi)生根菌即能固定空氣中的氮為主體提供養(yǎng)分，又可以有效抗堿蝕[6]。

沙冬青種子時期抗蟲性不高，不過成株抗蟲性很好。蒙古沙冬青種子受蟲害不多，但新疆沙冬青種子成熟前受蟲害嚴(yán)重，平均蟲蛀率達(dá)33%。待沙冬青長成成株時期，其葉和嫩枝中含有生物堿，性溫有毒(甚至可作殺蟲劑用)，因此沙冬青的枝葉很少受蟲子及牲畜的啃食[6]，因此在荒漠中能以常綠植物形式得以保存。

2 沙冬青的抗凍分子生物學(xué)研究

2.1 抗凍生理機制

在冬季，沙冬青葉肉細(xì)胞的線粒體含量比其他季節(jié)豐富，且多分布在葉綠體出芽及分裂處和液泡周圍，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)附近也有，有時甚至被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)不同程度的包圍。沙冬青葉肉細(xì)胞中的線粒體為橢圓形、被膜清晰完整、嵴豐富、基質(zhì)電子度較高。嚴(yán)寒環(huán)境中，與其他抗寒性一般的植物相比，沙冬青葉肉細(xì)胞的絕大部分線粒體形態(tài)仍保持正常，未有腫脹變圓、被膜斷裂或嵴明顯減少的現(xiàn)象，說明沙冬青線粒體對低溫非常穩(wěn)定，具有高度的抗寒性[7]。另外，韓善華等用透射電鏡觀察到在冬季沙冬青葉肉細(xì)胞的中央液泡中有一種電子密度很高的內(nèi)含物，它只大量出現(xiàn)在冬季的沙冬青葉肉細(xì)胞中，說明它的出現(xiàn)可能與增強沙冬青的抗凍性有關(guān)。

周宜君、劉春等認(rèn)為沙冬青的超旱生結(jié)構(gòu)也是其抗嚴(yán)寒的主要方式之一，其根、莖、葉中存在著抗凍蛋白及脯氨酸在抗凍時也起了重要的作用[1]。除了形態(tài)、生理上的抗凍習(xí)性外，近年來發(fā)現(xiàn)沙冬青的強抗凍性能還與低溫誘導(dǎo)基因和抗凍蛋白基因有直接的關(guān)系。

2.2 低溫誘導(dǎo)基因

目前研究低溫誘導(dǎo)基因方法主要有三種：一是現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，包括基因芯片技術(shù)、DNA標(biāo)簽法、差別篩選法等直接分離、馴化相關(guān)的基因；二是傳統(tǒng)或正向、反向遺傳學(xué)方法，包括T-DNA的定向插入、反義RNA和共抑制技術(shù)以及基因沉默技術(shù)，篩選并研究大量突變?nèi)后w中的低溫脅迫基因作用位點和功能；三是分子探針分析，如CAPS、RFLP和QTL譜，確定低溫誘導(dǎo)基因遺傳圖[8]。

Liu M等克隆到經(jīng)冷凍脅迫誘導(dǎo)的沙冬青cDNA，對比后發(fā)現(xiàn)了兩個新序列[9]，其他9個均能在GenBank中找到同源序列，其中AmCIP基因經(jīng)序列分析和蛋白質(zhì)功能鑒定后被認(rèn)為可以保護細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以提高低溫耐受性。宋健以cDNA-AFLP的方法克隆得到在沙冬青體內(nèi)冬季上調(diào)表達(dá)的肌醇半乳糖苷合成酶基因(AmGolS)，AmGolS不僅受到冷凍脅迫的誘導(dǎo)，其上游調(diào)控序列還有多種冷凍脅迫誘導(dǎo)相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的順式作用元件。宋健又將AmGolS基因分別轉(zhuǎn)化到大腸桿菌和擬南芥中，結(jié)果顯示成功轉(zhuǎn)化的菌株和擬南芥植株的抗寒性及抗凍性均明顯增強。因此可以推測轉(zhuǎn)AmGolS基因植株抗寒性與抗凍性增強的原因是AmGolS催化合成了蜜三糖家族寡聚糖(RFOs)和肌醇半乳糖苷，在植株中起到了滲透保護的作用[10]。Cao P用同樣的方法鑒定了沙冬青的AmEBP1基因是通過加速核糖體合成來增強植物體耐寒性的[11]。

采用RACE策略，張晗克隆并鑒定了一個沙冬青CBF全長基因(AmCBF)，經(jīng)分析該基因?qū)儆贏P2/EREBP類轉(zhuǎn)錄因子家族中的CBF家族，半定量RT-PCR實驗證明該基因受低溫誘導(dǎo)，4℃處理1h后有可檢測劍的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，2h后達(dá)到最高，4h以后逐漸下降，24h后表達(dá)產(chǎn)物達(dá)最低[12]。

2.3 抗凍蛋白基因

雖然發(fā)現(xiàn)了較多低溫誘導(dǎo)基因，但還不能有效解析沙冬青強抗凍性的分子機理。然而，隨著抗凍蛋白(Antifreeze Proteins, AFPs；也叫熱滯蛋白或溫度遲滯蛋白, THPs)的發(fā)現(xiàn)，對沙冬青的強抗凍性能又有進(jìn)一步的解析。

抗凍蛋白是對那些直接與冰晶核相互作用，抑制冰晶核的形成和生長，從而降低溶液冰點的，這類抗凍蛋白物質(zhì)的統(tǒng)稱。AFPs有三大效應(yīng)，一是熱滯效應(yīng)，即能降低溶液冰點；二是冰晶形態(tài)效應(yīng)，在有冰晶的情況下抑制冰晶生長并使冰晶形態(tài)改變；三是重結(jié)晶抑制效應(yīng)，即在冰晶生成時抑制重結(jié)晶的發(fā)生，令形成的晶粒小而均勻。低溫導(dǎo)致結(jié)晶生成時令A(yù)FPs活化，AFPs通過吸附作用降低溶液的冰點抑制冰晶的生長速度，保護細(xì)胞膜免受冷凍損傷，但一旦溫度回升，或是酸堿度降低時，AFPs又會失去活性。而這種由AFPs引起的溶液熔點與冰點之間的差值，就稱為熱滯活性(Thermal Hysteresis Activity, THA)。

抗凍蛋白20世紀(jì)60年代首先在在極區(qū)海魚血清中發(fā)現(xiàn)；隨后在昆蟲中也相繼發(fā)現(xiàn)；1992年加拿大Griffith等首次在植物中提取到內(nèi)生AFPs。之后，美國圣母大學(xué)Duman實驗室又在多種植物中發(fā)現(xiàn)了該類蛋白，1996年費云標(biāo)等首次在沙冬青葉片分離到了抗凍蛋白(沙冬青AFPs的詳細(xì)分離純化方法，可參考Wang W[13]2003)。

2000年費云標(biāo)等對從冬季沙冬青葉片分離純化的分子約為 50 kD 的AFPs進(jìn)行了理化特性分析，經(jīng)Shiff試劑檢驗，鑒定該蛋白為含糖的AFGP；用DSC(差示掃描量熱法) 測得其THA在5 mg/mL時約為0.35；CD分析(圓二色性分析)顯示, 該AFGP中α-螺旋為11%，反平行β-折疊為34%，無規(guī)則線團為55%[14]。經(jīng)進(jìn)一步分析沙冬青中提取的其他AFPs發(fā)現(xiàn)，沙冬青AFPs與動物AFPs具有結(jié)構(gòu)上差異。2009年詹彬在研究新疆沙冬青AFPs的二級結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)無規(guī)則卷曲(占72.9%)和β-折疊結(jié)構(gòu)(占19.21%)明顯高于α-螺旋(7.88%)，說明這些無規(guī)則卷曲與β-折疊結(jié)構(gòu)很可能與該蛋白的抗凍性能有關(guān)[15]。說明植物AFPs與一些魚類AFPs具有一定的相似性，也存在一定的區(qū)別，抗凍過程中植物AFPs與更多其他抗寒凍因子協(xié)同作用。

2001年周曉蕾、陳滔滔等人對從沙冬青葉片提取的6種成分進(jìn)行了分析，其中P3S1蛋白經(jīng)DSC測得具有明顯的熱滯活性，P3S1蛋白溶液的熔融過程明顯由高低兩個吸熱峰疊加組成，其凍結(jié)峰也表現(xiàn)出雙峰疊加的特征，這種現(xiàn)象說明P3S1與水和冰晶的相互作用是兩種不同的方式，那么很有可能它就是AFPs的一個重要成分。而另外五種成分(P2S2, P2S3, P2S4, P3S4, P4S5)因過冷點低，超出了儀器的測量范圍，無法得到有效的數(shù)據(jù)[16]。

2004年王維香從沙冬青冬季葉中分離純化到兩個抗凍蛋白：amAFP28和amAFP37。amAFP37分子量為37.1 kDa，THA在5 mg/mL蛋白濃度時為0.24℃。amAFP28。amAFP28的pI為6.68，分子量為28 kDa，不含碳水化合物，紫外吸收值在250 nm～278 nm之間，THA在10 mg/mL蛋白濃度時為0.15℃，二硫鍵不是amAFP28抗凍活性所必需的。另外amAFP28富含Asp、Thr、Glu這些親水性氨基酸殘基及Ser、Ala、Val這類小分子量氨基酸殘基[17]。

楊杞和白肖飛等利用了RT-PCR和RACE技術(shù)克隆了沙冬青CBF／DREBl基因cDNA序列，并對其DNA和氨基酸序列進(jìn)行了分析，結(jié)果表明沙冬青CBF／DREBl基因?qū)儆贑BF家族，為AFPs基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子[18]。Shang G等則通過突變令沙冬青中的CBL1過量表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)突變植株中晶體衍射并不好，這說明CBL1基因的表達(dá)影響了AFPs的表達(dá)[19]。沙冬青CBF／DREBl轉(zhuǎn)錄因子的克隆及CBL1基因表達(dá)的研究為進(jìn)一步研究植物抗逆和獲得抗性基因提供了新的候選基因。

2.4 遺傳多樣性

魏巖、石慶華對兩種沙冬青的酯酶同工酶酶譜進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，兩種沙冬青作為獨立的種有其遺傳學(xué)基礎(chǔ)，但屬內(nèi)種間親緣關(guān)系很近，遺傳相似度為0.67，這一結(jié)果與Ge XL等的研究結(jié)論一致[20]。詹彬在研究小沙冬青抗凍蛋白基因時利用RTPCR及RACE技術(shù)從小沙冬青幼苗的AFPs基因獲得ORF(Accession Number: GQ200581)，序列全長609 bp，編碼203個氨基酸。同源性分析表明，該ORF與同屬蒙古沙冬青AFPs基因序列同源性為65.7%，氨基酸序列同源性為76.68%。另外她還將以新疆沙冬青幼苗基因組設(shè)計出擴增AFPs基因的ORF引物序列，與利用其cDNA為模板獲得的ORF序列進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩序列完全一致，說明新疆沙冬青AFPs基因是連續(xù)的無內(nèi)含子，也說明該基因在植物進(jìn)化過程中高度保守[15]。尹林克、張娟也認(rèn)為沙冬青屬內(nèi)種遺傳相一致，原因是兩種沙冬青種子中9種主要結(jié)合氨基酸含量之和占總氨基酸的含量均在73.71%～76.07%之間[21]。

為進(jìn)一步研究沙冬青的遺傳多樣性，詹彬等再次提取新疆沙冬青總RNA，克隆出新疆沙冬青AFPs基因的保守區(qū)域。序列分析表明，對比于蒙古沙冬青冷誘導(dǎo)因子序列，兩者同源性達(dá)98.15%，同時又有一定的種間異質(zhì)性(1.85%)，反應(yīng)了屬間的差異及生物多樣性，符合分類學(xué)和遺傳學(xué)規(guī)律。

2.5 分子遺傳學(xué)

2003年余艷、陳海山等以沙冬青基因組DNA為ISSR-PCR模板，不斷優(yōu)化反應(yīng)體系，最終得到沙冬青ISSR-PCR最優(yōu)20 μL反應(yīng)體系：DNA模 板 20 ng/μL，10 mmol/L Tris-HCl(pH 9.0)，50 mmol/L KCl，0.1% Triton×100，2.75 mmol/L MgCl2，0.15 mmol/L dNTP，2% formamide，200 nmol/L primer，1.5 u Taq 酶。并從100個ISSR引物中篩選出15個適合沙冬青ISSR分析的引物[22]。

郭九峰、孫國琴等用pBluescript II SK(+) 載體構(gòu)建了沙冬青越冬葉片cDNA文庫，該文庫共有542條表達(dá)序列標(biāo)簽，經(jīng)BlastN和BlastX分析，有313條為已知功能基因的標(biāo)簽，其中有48條被確定與沙冬青的抗逆性相關(guān)，這些研究可用于進(jìn)一步研究沙冬青的抗逆分子機理[23]。

王丹丹、尹偉等以3種逆境處理的沙冬青為材料，用Trizol法和改良CTAB法提取到高質(zhì)量總RNA，采用EcoRI/Msel酶切體系，從64對選擇性擴增引物中選出35對適合用于沙冬青cDNAAFLP分析的引物，建立了適合于沙冬青cDNAAFLP的反應(yīng)體系，為利用cDNA-AFLP標(biāo)記對沙冬青抗逆基因進(jìn)行深入研究奠定了基礎(chǔ)[24]。喬慧蕾、王瑞剛等成功克隆了沙冬青中的脫水素基因并構(gòu)建成植物表達(dá)載體，再通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)成功導(dǎo)入煙草中，為研究沙冬青脫水素基因的功能及表達(dá)奠定了基礎(chǔ)[25]。李曉東、白晨等為進(jìn)一步研究沙冬青脫水素的功能，對克隆到的脫水素基因內(nèi)部的一個堿基進(jìn)行定點突變，成功連接到pCAMBIA3301載體后，用凍融法將該表達(dá)載體質(zhì)粒導(dǎo)入根癌農(nóng)桿菌菌株LBA4404中，再通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)遺傳轉(zhuǎn)化到糖用甜菜中，獲得了Km抗性的甜菜植株并能移栽到花盆中[26]。

3 沙冬青提取物研究

沙冬青是傳統(tǒng)蒙藥之一，如沙冬青的莖、葉的煎煮液對凍傷具有明顯療效。沙冬青的化學(xué)成分復(fù)雜，研究工作已經(jīng)有40多年，其中關(guān)于生物堿類研究的工作報道較多，其次是關(guān)于黃酮類化合物的研究，而其他成分報道較少。近年來，對沙冬青的化學(xué)成分的功能研究正日益受到重視，這一資源的開掘可更好的造福人類。

3.1 枝葉提取物

2004年邵志宇首次在蒙古沙冬青地上部分提取到5種非生物堿：β-谷甾醇、白藜蘆醇5,7,4’-三羥基異黃酮、maackiain和7,3’-二羥基-4’-甲氧基異黃酮。2008年Tian XM等人應(yīng)用硅膠和Sephadeх LH-20凝膠柱色譜法以及高效液相色譜法，從蒙古沙冬青地上部分分離出10種化合物，經(jīng)NMR和MS等方法鑒這有9種化合物是首次在沙冬青屬植物中發(fā)現(xiàn)，分別是：間羥基苯甲酸、對羥基苯乙酮、(－)-丁香脂素、(+)-落葉松脂醇、blumenol A、blumenol B、β-胡蘿卜苷、松柏苷和丁香苷[27]。2010年張興群、楊曉霞等再次在蒙古沙冬青地上部分得到另2種非生物堿類化合物，通過波譜學(xué)方法及與文獻(xiàn)對照的方法鑒定為：芒柄花素和trifolirhizin。

2008年雷雪靜、賀達(dá)漢等研究了沙冬青莖桿甲醇提取物對小菜蛾幼蟲生長發(fā)育的抑制作用，了現(xiàn)該提取物對小菜蛾幼蟲歷期影響不明顯，但是使蛹期延長、幼蟲死亡率升高，且隨著提取物濃度的提高這種作用越明顯[28]。2009年在高雯芳、朱閣等發(fā)表的論文中，他們以采自內(nèi)蒙古的沙冬青為材科，研究其不同濃度提取物對松材線蟲的生物活性，結(jié)果顯示，沙冬青提取濃度在1 g/L及以上都有殺蟲效果，殺蟲活性好于駱駝篷[29]。這些研究說明沙冬青提取物在農(nóng)藥方面具有廣闊的開發(fā)前景。

3.2 果實提取物

JA1是沙冬青種子的提取物成分之一。2005年賈寧等首次報道了JA1 對體外培養(yǎng)的人肝癌HCC細(xì)胞具有誘導(dǎo)凋亡作用，在2006年其與An LZ的報道中證實了這一作用，推斷JA1可用以治療肝癌[30]。并在2008年與方梅進(jìn)一步探索了梯度濃度JA1對體外HCC-9724的細(xì)胞周期、細(xì)胞線粒體膜電位及wt-p53蛋白表達(dá)的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)JA1處理后HCC-9724細(xì)胞周期各時相分布發(fā)生改變，細(xì)胞在G1被阻滯，細(xì)胞線粒體膜電位明顯下降，且劑量越大下降時間越短，而wt-p53蛋白陽性細(xì)胞百分率則隨時間延長而增加，說明JA1誘導(dǎo)了HCC-9724細(xì)胞線粒體膜電位的下降和細(xì)胞凋亡，而wt-p53蛋白表達(dá)的增強則是JA1誘導(dǎo)HCC-9724細(xì)胞凋亡的重要分子機制之一[31]。同年，賈寧等再次研究了JA1對體外培養(yǎng)的Hep腫瘤細(xì)胞的抑制作用，發(fā)現(xiàn)JA1對Hep也有有明顯的抑制作用且隨JA1濃度的增加抑制作用加強，體內(nèi)試驗進(jìn)一步證明，JA1對小鼠皮下移植性Hep腫瘤生長也有明顯抑制作用，抑制作用隨著JA1劑量的增大而增強[32]。賈寧的一系列研究說明JA1具有良好的抗肝癌效果，適于進(jìn)一步開發(fā)用于癌癥的治療。

肖雯等采用薄層層析和硅膠柱層析法沙冬青種子中分離得到7種生物堿，經(jīng)核磁共振和質(zhì)譜分析，確定其中5種分別為17-氧基金雀花堿、β-異金雀花堿、3α-羥基金雀花堿、金雀花堿和3β-羥基金雀花堿。其中金雀花堿是最主要的成分[27]，金雀花堿能興奮呼吸，使心跳加快、血壓急劇上升，對大腦循環(huán)有增壓作用，在臨床上可用于搶救窒息性毒劑、氰類毒劑、麻醉藥等引起的窒息，但大劑量則可以倒致死亡[33]。

4 沙冬青作為抗逆模式灌木的研究展望

4.1 抗逆基因發(fā)掘與利用

沙冬青抗干旱、抗高溫、抗凍及耐腐蝕鹽脅等聚多種抗逆性于一身的特點，使之成為人們研究抗逆基因的良好材料。若能克隆出這些抗性基因、鑒定其功能及作用機理并進(jìn)步轉(zhuǎn)化到其他作物當(dāng)中，那么沙冬青在這些研究中所起的作用是不可估量的，例如：將抗旱基因轉(zhuǎn)化到水稻中，世界糧食年產(chǎn)量將提高10個百分點[34-35]；將抗旱抗高溫基因轉(zhuǎn)化到其他生命力本就頑強的草木中，可以有效阻止土壤沙漠化進(jìn)程；將抗凍基因轉(zhuǎn)化到南方蔬菜或花卉中，則南方蔬菜或花卉引種到北方可減少建大棚的成本。這些抗逆基因有各種各樣的用途，其任一作用的應(yīng)用成功都將給人們帶來巨大的經(jīng)濟利益。

4.2 高效快繁體系與工廠化育苗

在自然條件下沙冬青成長緩慢，幼苗存活率很底，移植苗根再生力又極弱，如能減少沙冬青幼苗階段的成長時間，處理好栽植過程中存在的一些問題，沙冬青將有更廣闊的應(yīng)用前景。所以建立沙冬青高效快繁體系與工廠化育苗，不僅可以拯救一個瀕危物種，實現(xiàn)其現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的可利用價值，這個瀕危物種的潛在利用價值也將進(jìn)一步為人們所發(fā)掘利用。

4.3 提取物化學(xué)成分鑒定及醫(yī)藥應(yīng)用

沙冬青有消炎鎮(zhèn)痛作用，對凍傷也具有明顯療效，其莖、枝、葉內(nèi)含多種特殊的生物堿和黃酮類物質(zhì)，內(nèi)含物豐富，是提取藥物的寶貴原料[36]，目前已有多種提取物被確定有利于抗衰老及癌癥、腫瘤的治療，因此對沙冬青提取物化學(xué)成分及其功能的鑒定，不僅可以為普通藥物找到新的原材料，還能對一些疑難雜癥提供一個有效可行的辦法。沙冬青的種子是一特種工業(yè)油的提取原料，可用于油脂的開發(fā)利用。因而在生物工業(yè)研究和開發(fā)利用中也具有重要的價值。

4.4 抗逆模式灌木的建立及應(yīng)用

綜合以上分析，沙冬青作為第三代古地中海沿岸的植物中幸存的殘遺物種之一、我國荒漠地區(qū)唯一的超旱生常綠闊葉灌木樹種，集抗干旱、抗高溫、抗凍、耐腐蝕鹽脅等多種抗逆性于一身，有多種抗逆性基因可待發(fā)掘與利用，提取物中含有大量的抗腫瘤等生物活性成分，這些寶貴資源的應(yīng)用前景巨大。然而，沙冬青在我國目前卻已漸近瀕危狀態(tài)，已被列入國家二級瀕危保護植物。

因而，無論是從保護瀕危物種而言，還是從進(jìn)一步發(fā)掘該物種寶貴基因資源的潛在利用價值而言，又或是作為第三紀(jì)殘遺種而言，繼續(xù)深入、系統(tǒng)研究沙冬青的抗凍、耐高溫、耐干旱、耐鹽堿等的分子調(diào)控機制，發(fā)掘這些寶貴基因資源并進(jìn)行保護；其次，積極研究沙冬青的組培體系及轉(zhuǎn)基因體系，建立成熟的遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)，為通過基因敲除技術(shù)等研究基因功能提供技術(shù)保障；還需繼續(xù)培育大量的沙冬青突變體，以進(jìn)行功能互補研究。通過這一系列的研究，最終將沙冬青建立成抗逆模式灌木，具有重大的理論意義和科研價值，對推動灌木抗逆性研究具有重大意義。

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Research progress of adverse-resistant model shrub:Ammopiptanthus mongolicus (Maxim.)

ZHANG Dang-quan1a,b,c, SONG Zhi-dan1a,b,c, TIAN Ye-lin2, HAN Xin1b,c, GU Zheng-jun1a,b,c
(1a. Non-wood Engineering Institute of Changsha, 1b. Hunan Provincial Key Laboratory of Forestry Biotechnology,1c. Key Lab. of Non-wood Forest Products of State Forestry Administration, Changsha 410004, Hunan, China;2. School of Landscape Architecture, Beijing University of Agriculture, Beijing 102206, China)

As one of the surviving plants of third generation of ancient Mediterranean coast, Ammopiptanthus mongolicus (Maхim.) is a high stress resistance shrub endemic in northwest area of China and is the only super-dry evergreen broadleaf shrub in the desert of China, which integrates with poly drought resisting, high temperature resisting, antifreeze, alkali resistance, corrosion resistance and other resistance in one that have very important scientific research value. The research characteristics of A. mongolicus in aspects of its frost resistance, genetic diversity, molecular genetics and tree body eхtract were analyzed, and the potentiality and application prospects of developing an A. mongolicus adverse-resistant model shrub in the future were discussed.

Ammopiptanthus mongolicus (Maхim.); review; stress resistance; model shrub; desert region

S725.1

A

1673-923X（2012）02-0016-07

2011-10-13

國家自然科學(xué)基金項目(30972343，31172257)

張黨權(quán)(1976－)，男，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向為植物分子生物學(xué)與林產(chǎn)品加工利用；E-mail：zhangdangquan@163.com

[本文編校:邱德勇]