植物對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)及耐鹽調(diào)控的研究進(jìn)展

王康君，樊繼偉，陳 鳳，李 強(qiáng)，孫中偉，郭明明，張廣旭，鄭國(guó)良

(連云港市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，江蘇 連云港 222000)

我國(guó)鹽漬化土壤面積約3600萬(wàn)hm2，鹽堿化的耕地約760萬(wàn)hm2，占全國(guó)可利用土地總面積的4.88%[1]。土壤鹽漬化嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)，是自然界的非生物脅迫之一[2]。土壤中的高濃度Na+會(huì)引起鹽脅迫，影響植物體內(nèi)的水分循環(huán)系統(tǒng)，積累有毒離子，引起植物毒害[3]。鹽脅迫對(duì)植物的影響最直觀的表現(xiàn)為抑制種子萌發(fā)[4-7]、降低光合作用、阻礙植株生長(zhǎng)[4,6,8]等，這些影響在植物生長(zhǎng)的不同時(shí)期表現(xiàn)有所差異[9]，不同植物種類也會(huì)對(duì)鹽脅迫表現(xiàn)出不同的敏感性[10]。前人研究表明，植物通過(guò)各種生理及分子機(jī)制來(lái)適應(yīng)鹽脅迫環(huán)境，這些機(jī)制包括滲透調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等[11-12]。因此，通過(guò)研究植物響應(yīng)鹽脅迫的生理及分子機(jī)制，培育耐鹽品種，研發(fā)提高植物耐鹽能力的調(diào)控措施，對(duì)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力意義重大。本文綜述了鹽脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生的影響，植物對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)機(jī)制以及調(diào)控植物耐鹽性的途徑，并展望了提高植物耐鹽能力的研究，旨在為植物耐鹽性研究及相關(guān)耐鹽育種工作提供理論依據(jù)。

1 鹽脅迫對(duì)植物的危害

1.1 鹽脅迫對(duì)植物產(chǎn)生危害的形態(tài)表現(xiàn)

根系是植物最先感知鹽環(huán)境的器官，鹽脅迫會(huì)導(dǎo)致植物根系發(fā)生一系列的變化，比如單株平均根數(shù)減少、幼苗主根變短、側(cè)根數(shù)變少、根系鮮重下降、根總面積減小[13-15]；莖是輸送水分、無(wú)機(jī)鹽等養(yǎng)分的器官，土壤鹽分過(guò)高會(huì)對(duì)植物莖的生長(zhǎng)造成影響，主要表現(xiàn)為株高變矮、分蘗減少、生物量的降低等[16-17]；葉片是植物進(jìn)行光合作用及蒸騰作用的主要器官，受到鹽脅迫時(shí)，植物葉片的外部形態(tài)會(huì)發(fā)生變化，如有的植物葉片會(huì)發(fā)育出鹽腺，把體內(nèi)過(guò)多的鹽分排出體外以降低鹽脅迫危害[18-19]；還有的植物通過(guò)增厚葉片及表皮細(xì)胞角質(zhì)層，使葉片儲(chǔ)水能力增強(qiáng)，從而減少蒸騰[20-21]。

1.2 鹽脅迫對(duì)植物產(chǎn)生危害的生理表現(xiàn)

鹽脅迫首先引起植物遭受滲透脅迫，然后造成離子失調(diào)，繼而導(dǎo)致離子毒害，并引起營(yíng)養(yǎng)元素的虧缺，最后引起氧化脅迫導(dǎo)致膜透性改變、生理生化代謝紊亂及有毒物質(zhì)積累，最終影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育及形態(tài)建成[22]。

1.2.1 滲透脅迫 土壤鹽分過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致植株根系周?chē)寥乐兴畡?shì)降低，當(dāng)細(xì)胞外的水勢(shì)低于細(xì)胞內(nèi)的水勢(shì)時(shí)，會(huì)造成植物吸水被抑制，使得細(xì)胞內(nèi)的水分向外倒流，引起生理干旱[23]。土壤鹽濃度過(guò)高還會(huì)引起植物細(xì)胞的滲透勢(shì)增加、氣孔導(dǎo)度下降及葉綠體受損，影響植物的蒸騰作用，導(dǎo)致其生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制，甚至死亡。

1.2.2 離子失調(diào) 土壤中的鹽分大多以離子形式存在，K+是植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的重要離子，其可作為細(xì)胞內(nèi)60多種酶的活化劑，能夠促進(jìn)蛋白質(zhì)與糖類的合成及運(yùn)輸，是形成細(xì)胞滲透勢(shì)的重要成分[24]。造成植物鹽害的主要離子是Na+，因?yàn)槠渑cK+的離子半徑及水合能相似，所以對(duì)K+表現(xiàn)出明顯的競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用，也導(dǎo)致鹽脅迫會(huì)造成植物同時(shí)受到Na+毒害與K+虧缺的傷害[25]。鈣是植物的重要營(yíng)養(yǎng)元素之一，參與植物體內(nèi)多種生理過(guò)程的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[26]，由于鹽脅迫下Na+和Cl-大量進(jìn)入細(xì)胞，使細(xì)胞質(zhì)中Ca2+水平增加，導(dǎo)致其介導(dǎo)的鈣調(diào)蛋白調(diào)節(jié)系統(tǒng)及磷酸肌醇調(diào)節(jié)系統(tǒng)失調(diào)，進(jìn)而造成細(xì)胞代謝紊亂甚至死亡[27]。此外，鹽脅迫條件下，植物對(duì)NH4+和NO3-的吸收也會(huì)受到抑制[28]。

1.2.3 生理代謝紊亂 鹽脅迫會(huì)抑制植物的生長(zhǎng)發(fā)育，引起一系列的代謝失調(diào)。過(guò)高的鹽濃度會(huì)降低PEP羧化酶和RuBP羧化酶的活性，使葉綠體分解，進(jìn)而干擾到葉綠素和類胡蘿卜素的生物合成，氣孔關(guān)閉，光合作用受到抑制[29]。鹽脅迫引起植物氣孔關(guān)閉，導(dǎo)致胞間CO2濃度降低，會(huì)產(chǎn)生單線態(tài)氧(1O2)，其是一種活性氧，性質(zhì)比氧氣更活躍，氧化能力也更強(qiáng)，活性氧會(huì)破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，引起線粒體DNA突變，造成細(xì)胞衰老，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膨脹、液泡膜破碎等[22]；鹽分過(guò)多還會(huì)降低植物蛋白質(zhì)的合成，加速蛋白質(zhì)的分解，并在植物體內(nèi)積累有毒代謝產(chǎn)物[30]。

1.3 不同植物的耐鹽能力存在差異

在禾谷類作物中，大麥的耐鹽性最強(qiáng)，水稻耐鹽性最差，小麥屬于中等耐鹽作物；高冰草與小麥同源性較高，是最耐鹽的單子葉植物之一。相較單子葉植物而言，雙子葉植物的耐鹽性差異更為顯著，例如豆科植物對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)較水稻更為敏感，而苜蓿及濱藜等表現(xiàn)出極強(qiáng)的耐鹽性[10]。同樣是沉水植物，川蔓藻在70 g/L以下的鹽度環(huán)境下都能存活，篦齒眼子菜可以生長(zhǎng)在鹽度低于18 g/L的水體中，狐尾藻通常分布在鹽度低于10 g/L的水體中，角果藻只能生長(zhǎng)在低于5 g/L的水體中[31]。有研究者對(duì)6種濕地常見(jiàn)植物進(jìn)行耐鹽性研究，發(fā)現(xiàn)蘆葦、香根草、香蒲和美人蕉相較水蔥和黃花鳶尾耐鹽能力更強(qiáng)，它們分別通過(guò)減少Na+的吸收，并增加K+的吸收以平衡整體滲透壓，進(jìn)而降低鹽離子的毒性；或是在吸收鹽離子的同時(shí)，增加體內(nèi)薄壁細(xì)胞和細(xì)胞液以稀釋體內(nèi)鹽濃度；蘆葦和香蒲則是將吸收的Na+積累在莖和葉中以提高對(duì)高鹽環(huán)境的適應(yīng)性[32]。大紅花、狗牙花、鵝掌藤及花葉假連翹是南方海濱沙地常見(jiàn)的園林植物，其在耐鹽試驗(yàn)中表現(xiàn)出明顯的耐鹽性差異：花葉假連翹和狗牙花相對(duì)另外2種植物的耐鹽能力更強(qiáng)[33]。此外，還有諸多研究指出，多倍體化可以增強(qiáng)植物的抗逆能力，同源多倍體的耐鹽性要優(yōu)于其同源二倍體，如在鹽脅迫條件下，四倍體的水稻、馬鈴薯、柑橘、刺槐等的細(xì)胞膜與葉綠體受損傷程度相比其同源二倍體輕得多[34-37]。四倍體植物既是優(yōu)良的種質(zhì)資源，同時(shí)又為三倍體和高倍性資源育種提供了基礎(chǔ)，在遺傳改良中具有重要的價(jià)值[38]。

2 植物對(duì)鹽脅迫響應(yīng)機(jī)制

植物對(duì)鹽脅迫響應(yīng)機(jī)制主要包括滲透調(diào)節(jié)與離子分布、鹽分的外排和細(xì)胞內(nèi)區(qū)隔化、活性氧清除及基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)等幾個(gè)方面。

2.1 滲透調(diào)節(jié)與離子分布

在鹽脅迫條件下，為了保持細(xì)胞內(nèi)的水分可以維持正常的生理代謝，細(xì)胞會(huì)進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)以降低細(xì)胞內(nèi)的水勢(shì)，促使水分的跨膜運(yùn)輸朝著有利于細(xì)胞生長(zhǎng)的方向移動(dòng)，即滲透調(diào)節(jié)是植物耐鹽的主要機(jī)理。鹽脅迫下參與植物滲透調(diào)節(jié)的物質(zhì)主要分為2類：一是主要從外界環(huán)境中吸收的無(wú)機(jī)離子；二是由細(xì)胞內(nèi)合成的有機(jī)溶質(zhì)。

在鹽脅迫環(huán)境下，植物會(huì)從土壤及細(xì)胞外界溶液中吸收Na+、K+、Cl-等不至于造成極高濃度或表現(xiàn)出毒性的離子，以提高細(xì)胞內(nèi)的鹽分濃度，提高滲透勢(shì)。然而，無(wú)機(jī)離子的積累雖然可以幫助細(xì)胞獲得一定的水分，但離子濃度過(guò)高卻會(huì)傷害細(xì)胞內(nèi)的生理系統(tǒng)，因此，為了與細(xì)胞質(zhì)隔離，無(wú)機(jī)離子進(jìn)入細(xì)胞后往往會(huì)被運(yùn)往液泡。細(xì)胞質(zhì)則受到外界環(huán)境與內(nèi)部液泡的雙重脅迫，其會(huì)通過(guò)合成一些小分子有機(jī)物進(jìn)行內(nèi)外滲透勢(shì)的平衡，用以降低水勢(shì)從而維持植物體內(nèi)的水分平衡，保證正常生長(zhǎng)。參與滲透調(diào)節(jié)的有機(jī)物質(zhì)主要包括氨基酸及其衍生物(甜菜堿、脯氨酸、甘氨酸等)[39-40]、糖類及其衍生物(如甘油、甘露糖醇及赤蘚糖等)[41]、叔硫?；衔?如β-二甲基硫代丙酸)[42]等，這些物質(zhì)對(duì)細(xì)胞無(wú)害，不會(huì)抑制代謝。

通過(guò)吸收離子進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)有利于緩解滲透脅迫，為了避免離子毒害，植物往往通過(guò)對(duì)離子的選擇性吸收、外排和區(qū)域化來(lái)維持細(xì)胞內(nèi)生理代謝所要求的動(dòng)態(tài)平衡，進(jìn)而表現(xiàn)出不同程度的耐鹽性。

2.2 鹽分的外排和細(xì)胞內(nèi)區(qū)隔化

植物對(duì)鹽脅迫響應(yīng)的另一重要機(jī)理是鹽分的外排及在細(xì)胞內(nèi)的區(qū)域化分配。液泡是植物成熟細(xì)胞內(nèi)的最大細(xì)胞器，其在膨壓調(diào)節(jié)、代謝產(chǎn)物儲(chǔ)存、有毒物質(zhì)積累和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等方面起著重要作用。液泡膜上存在的H+-ATPase和H+-PPase兩類質(zhì)子泵分別通過(guò)水解ATP和PPi向液泡內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)質(zhì)子，并在膜兩側(cè)形成質(zhì)子梯度，然后以此作為驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將細(xì)胞質(zhì)中的Na+泵入液泡內(nèi)，以減輕細(xì)胞質(zhì)中Na+對(duì)蛋白質(zhì)的毒害作用，并起到滲透調(diào)節(jié)作用，緩解水分脅迫(圖1)[12,43](在Deinlein[12]及Taiz[43]等基礎(chǔ)上修訂)。此外，進(jìn)入根細(xì)胞的Na+在液泡中積累后，減少了向地上部的運(yùn)輸，減輕了對(duì)地上部光合作用的影響，因此，液泡膜上的Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)是細(xì)胞鹽分區(qū)域化的基礎(chǔ)。

ABA：脫落酸；ATP：三磷酸腺苷；ADP：二磷酸腺苷；CBLs：鈣調(diào)磷酸酶B類蛋白；CDPKs：鈣依賴蛋白激酶；CIPKs：CBL互作蛋白激酶；HKT：高親和性K+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；KORC：K+外向整流電導(dǎo)；NORC：非選擇性外向整流電導(dǎo)；NSCC：非選擇性陽(yáng)離子通道；ROS：活性氧；SOS1：質(zhì)膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；AtHKT1：Na+通道；AKT1：K+通道；ACA：液泡膜/質(zhì)膜Ca2+-ATP酶異構(gòu)體;KUP1/TRH1：K+-H+高親和協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；AtNHX1,2,5：液泡膜逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；CAX1,2：Ca2+/H+反向轉(zhuǎn)運(yùn)體；VP：液泡膜H+磷酸化酶；NAC、WRKY、bHLH、AP2/ERF、bZIP：位于細(xì)胞核的轉(zhuǎn)錄因子，其中AP2/ERF和bZIP負(fù)調(diào)控HKT基因的表達(dá)。

2.3 活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)清除

ROS是植物有氧代謝的副產(chǎn)物，但其也是參與調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育及各種脅迫反應(yīng)的重要信號(hào)分子。在正常狀態(tài)下，ROS的產(chǎn)生與清除是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，鹽脅迫會(huì)使植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與清除系統(tǒng)失去平衡，積累大量ROS，如H2O2、O2-、OH-等，若不及時(shí)清除，則會(huì)對(duì)植物細(xì)胞造成氧化損傷，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、膜系統(tǒng)及光合作用等受到直接破壞[44]。為避免傷害，植物體進(jìn)化出酶促和非酶促2個(gè)活性氧清除系統(tǒng)，抗氧化酶主要包括超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)、過(guò)氧化氫酶(Catalase，CAT)、過(guò)氧化物酶(Peroxidase，POD)、抗壞血酸過(guò)氧化物酶(Ascorbate peroxidase，APX)、谷胱甘肽還原酶(Glutathione reductase，GR)等[45]。SOD能夠?qū)2-反應(yīng)生成H2O2和O2，在活性氧清除過(guò)程中發(fā)揮著重要作用；CAT和POD主要存在于植物的過(guò)氧化物體中，它們的主要作用是清除H2O2等；APX主要存在于植物葉綠體和胞漿中，以抗壞血酸為電子供體，與H2O2的親和力相對(duì)于CAT弱許多。研究表明，APX可能是調(diào)節(jié)起信號(hào)作用的活性氧含量，CAT主要負(fù)責(zé)清除過(guò)量活性氧，而POD可能主要負(fù)責(zé)清除低濃度H2O2。諸多研究者對(duì)鹽脅迫下植物幼苗抗氧化酶活性的變化進(jìn)行了大量的研究，但由于試驗(yàn)條件及操作方法不同，研究結(jié)果也不甚一致[46-48]。非酶促的抗氧化劑有抗壞血酸(AsA)、半胱氨酸(CyS)、類胡蘿卜素(CAR)、生物堿(ALK)、α-生育酚(VE)、類黃酮(FLA)及還原性谷胱甘肽(GSH)等，可以有效協(xié)助抵抗脅迫所產(chǎn)生的傷害[49]。

2.4 基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)

耐鹽性是由多個(gè)基因共同控制的數(shù)量遺傳性狀，在鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)自身表達(dá)的變化調(diào)控著各種基因的表達(dá)水平，進(jìn)而影響植物的耐鹽性。報(bào)道指出的幾個(gè)核心轉(zhuǎn)錄因子家族包括bZIP轉(zhuǎn)錄因子、WRKY、AP2/ERF類、MYB類、DREB類、bHLH類及NAC類，其中bZIP轉(zhuǎn)錄因子是數(shù)目最多、多樣性最廣泛的基因家族之一。Johnson等[50]通過(guò)觀察長(zhǎng)期處于鹽脅迫下小麥的生長(zhǎng)發(fā)育發(fā)現(xiàn)，對(duì)鹽脅迫較敏感的品種，其bZIP基因表達(dá)上調(diào)，而較為耐鹽的品種bZIP基因表達(dá)下調(diào)。陳成等[51]通過(guò)對(duì)擬南芥野生型及Hira-1突變體進(jìn)行鹽脅迫處理，發(fā)現(xiàn)Hira-1突變體對(duì)高濃度鹽脅迫處理更加敏感，因而認(rèn)為擬南芥中AtHIRA很可能在鹽脅迫響應(yīng)方面起著一定作用。蘇瑩等[52]利用RT-PCR和RACE技術(shù)，通過(guò)基因克隆研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫會(huì)使轉(zhuǎn)基因棉花中GhWRKY41基因表達(dá)量顯著上升，該基因的過(guò)表達(dá)又可以提高轉(zhuǎn)基因棉花的衣分，因而認(rèn)為GhWRKY41參與了棉花響應(yīng)鹽脅迫的應(yīng)答過(guò)程，且過(guò)表達(dá)可以提高轉(zhuǎn)基因棉花的耐鹽性。

SOS信號(hào)(Salt Overly Sensitive)傳導(dǎo)途徑主要負(fù)責(zé)將根系細(xì)胞中的Na+排出，其參與維持植物離子的動(dòng)態(tài)平衡，與植物的耐鹽能力有著密切的關(guān)聯(lián)。有研究者通過(guò)對(duì)擬南芥突變體進(jìn)行篩選，獲得了5個(gè)基因位點(diǎn)的突變，其中SOS1、SOS2、SOS3三個(gè)基因參與了介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)離子平衡的信號(hào)傳導(dǎo)途徑[53]。當(dāng)植物處于高濃度鹽分脅迫時(shí)，SOS2和SOS3共同參與并調(diào)控SOS1 mRNA蛋白的含量和磷酸化過(guò)程，通過(guò)V-ATPase的催化調(diào)節(jié)，SOS3-SOS2蛋白激酶復(fù)合體調(diào)控質(zhì)膜上SOS1的表達(dá)，進(jìn)而將Na+排出植株體外，維持細(xì)胞內(nèi)Na+與K+的平衡，使植物可以忍受較高濃度的鹽脅迫[2,54-55]。

耐鹽相關(guān)基因的表達(dá)受到多種途徑的調(diào)控，如DNA甲基化[56-57]、Ca2+信號(hào)傳導(dǎo)[58]等。DNA甲基化直接影響鹽脅迫相關(guān)基因的表達(dá)，植物主要通過(guò)去甲基化酶基因Ros1(Repressor of Silencing 1)介導(dǎo)的堿基切除修復(fù)實(shí)現(xiàn)DNA去甲基化。鹽脅迫會(huì)促進(jìn)Ros1的表達(dá)，降低基因組DNA的甲基化水平，提高植物耐鹽性。介導(dǎo)SOS途徑的SOS1離子轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)與活性受到Ca2+應(yīng)答的SOS3-SOS2蛋白激酶復(fù)合體的調(diào)控。

3 植物耐鹽性的調(diào)控研究

3.1 耐鹽鍛煉

植物受到鹽脅迫時(shí)會(huì)誘導(dǎo)一些鹽相關(guān)蛋白表達(dá)量的增加或下降，有研究對(duì)小麥幼苗進(jìn)行耐鹽處理(耐鹽鍛煉)時(shí)發(fā)現(xiàn)，某些耐鹽相關(guān)基因特異表達(dá)，使抗鹽蛋白表達(dá)量增高，當(dāng)其再次受到高鹽脅迫時(shí)，幼苗體內(nèi)殘存的代謝產(chǎn)物會(huì)對(duì)脅迫應(yīng)答產(chǎn)生影響，某些相關(guān)蛋白會(huì)更快速地表達(dá)，從而提高耐鹽性[59]。劉曉忠等[60]對(duì)水稻進(jìn)行幼苗期低鹽鍛煉發(fā)現(xiàn)，低鹽(0.1% NaCl)鍛煉可以刺激葉片中SOD及CAT等酶活性升高，增強(qiáng)植物地上部組織活性氧的清除能力，減輕活性氧誘導(dǎo)的脂質(zhì)過(guò)氧化作用所造成的傷害，增強(qiáng)水稻的耐鹽能力。

3.2 外源化學(xué)物質(zhì)調(diào)控

對(duì)于逆境脅迫，植物往往會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)源激素水平來(lái)緩解脅迫傷害。諸多研究也指出，外源化學(xué)物質(zhì)對(duì)緩解作物逆境脅迫有顯著作用[61-62]，主要有以下幾種調(diào)控方式。

3.2.1 激素調(diào)控 激素調(diào)控是植物在應(yīng)對(duì)各種脅迫環(huán)境下的基本調(diào)控途徑，且不同激素間存在著相互作用[63]。調(diào)控鹽脅迫報(bào)道較多的主要有以下幾種植物激素。

赤霉素(Gibberellins，GA)：是一類較大的萜類化合物家族，可以緩解鹽脅迫對(duì)植物種子萌發(fā)及植株生長(zhǎng)的危害。GA對(duì)鹽脅迫下種子萌發(fā)的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)GA可以誘導(dǎo)內(nèi)聚甘露糖酶、β-1,3-葡聚糖酶等水解酶的合成，這些酶可以幫助種子打破種皮、胚乳等的機(jī)械阻力；(2)GA可激發(fā)液泡膜H+-ATPase的活性，形成跨膜電化學(xué)梯度，為各種溶質(zhì)分子跨膜運(yùn)輸提供驅(qū)動(dòng)力，增加種子萌發(fā)時(shí)的耐鹽性。

脫落酸(Abscisic Acid，ABA)：是最重要的植物激素，植物可以通過(guò)調(diào)節(jié)ABA含量來(lái)應(yīng)對(duì)凍害、干旱、鹽脅迫等各種環(huán)境脅迫[64]。高鹽脅迫下施用一定濃度的ABA可以顯著增加幼苗的株高、根長(zhǎng)、鮮(干)重等，提高植株體內(nèi)的抗氧化酶活性，保護(hù)膜系統(tǒng)的完整性，增強(qiáng)玉米、黃岑、甘薯、水稻等在高鹽條件下的適應(yīng)性[65-68]。此外，ABA由于可以誘導(dǎo)鹽脅迫相關(guān)基因的表達(dá)，如離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(H+-ATPase、Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、H+-PPase)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成相關(guān)蛋白(脯氨酸、甜菜堿合成酶等)、抗氧化酶類等，使植株代謝減緩，從而增強(qiáng)植物對(duì)鹽脅迫的忍耐能力[69-70]。

水楊酸(Salicylic Acid，SA)：作為一種植物內(nèi)源信號(hào)物質(zhì)，水楊酸影響著植物的離子吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)、光合作用及生長(zhǎng)等生理生化過(guò)程，其可以緩解植物由于鹽脅迫造成的膜脂過(guò)氧化作用[71]。Erdal等[72]通過(guò)對(duì)培養(yǎng)2周的小麥幼苗進(jìn)行葉面噴施不同濃度的水楊酸(SA)發(fā)現(xiàn)，SA處理顯著增加了鹽脅迫下小麥根系及幼苗的鮮重與干重，顯著增加了過(guò)氧化物酶及過(guò)氧化氫酶活性，降低了H2O2含量。劉亞棟等[73]的研究結(jié)果還表明，SA浸種處理顯著降低了鹽脅迫下小麥幼苗體內(nèi)的Na+含量，顯著提高了K+、K+/Na+比值，研究結(jié)果與前人一致[74]。Morad等[75]通過(guò)對(duì)鹽脅迫下小麥幼苗進(jìn)行葉面噴施SA研究發(fā)現(xiàn)，小麥的生長(zhǎng)發(fā)育相較鹽脅迫下無(wú)外源SA處理受到顯著促進(jìn)。

此外，還有乙烯(Ethylene，ET)[76-77]、生長(zhǎng)素(Auxin)[78]、茉莉酸(Jasmonate，JA)[79]等也可以調(diào)節(jié)植物的耐鹽性。

3.2.2 其他化學(xué)物質(zhì) 硝普鈉：作為外源NO供體，硝普鈉浸種可以刺激鹽脅迫下種子萌發(fā)，增加胚根、胚鞘干重，降低胚中脯氨酸含量，提高發(fā)芽率，增加鹽脅迫下植株體內(nèi)SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性及抗壞血酸、脯氨酸及總酚含量，通過(guò)調(diào)節(jié)抗氧化防御機(jī)制，有效緩解鹽脅迫造成的危害[80-82]。

硅：為地殼中第二豐富的元素，易獲得，有益于大多數(shù)高等植物的生長(zhǎng)。前人研究表明，硅能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，緩解逆境脅迫[83-84]。鄭世英等[85]在水培條件下研究了外源硅對(duì)鹽脅迫條件下小麥的影響，結(jié)果表明：施用適當(dāng)濃度的外源硅，可以增加鹽脅迫下小麥株高、次生根數(shù)量及莖、葉、根干重，增加凈光合速率與氣孔導(dǎo)度，降低細(xì)胞間隙二氧化碳濃度，顯著提高小麥的抗鹽性。外源施硅可降低O2-·及H2O2的含量，提高SOD、APX、POD的活性，增加葉綠素含量及光合速率[86]，降低植物中Na+含量，提高K+含量及K+/Na+，尤其可以提升植物根系對(duì)K+和Na+吸收的選擇性，進(jìn)而緩解鹽脅迫對(duì)植物造成的生長(zhǎng)抑制[87]。Daoud等[88]關(guān)于硅對(duì)緩解不同小麥生育階段鹽脅迫的研究結(jié)果表明，相比于其他生育期，硅對(duì)緩解孕穗期小麥?zhǔn)艿降柠}脅迫效果更顯著。

褪黑素：有研究以獼猴桃實(shí)生苗為試驗(yàn)材料，用不同濃度褪黑素根灌預(yù)處理5 d后進(jìn)行根灌鹽脅迫處理，結(jié)果表明：褪黑素預(yù)處理可降低鹽脅迫下獼猴桃葉片的相對(duì)電導(dǎo)率及活性氧含量，緩解可溶性蛋白的降解，增加脯氨酸及可溶性糖含量，有效緩解鹽脅迫對(duì)獼猴桃幼苗的傷害，且以0.1 μmol/L的褪黑素預(yù)處理的效果最好[89]。

烯效唑：孟娜等研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴施80 mg/L烯效唑能夠有效緩解鹽脅迫對(duì)大豆的傷害[90]。金喜軍等研究證實(shí)烯效唑浸種對(duì)鹽脅迫下糜子的萌發(fā)和幼苗質(zhì)量均具有一定的調(diào)控作用，但這種調(diào)控作用受浸種濃度影響，并存在品種間差異[91]。

H2O2：一種重要的信號(hào)分子，在植物細(xì)胞受到脅迫時(shí)可以生成H2O2，并進(jìn)一步調(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)的一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[92]。研究表明，H2O2可以促進(jìn)鹽脅迫下小麥種子萌發(fā)[92]、羽衣甘藍(lán)幼苗的生長(zhǎng)[93]，低濃度H2O2能促進(jìn)植物幼苗中產(chǎn)生酶類與非酶類抗氧化劑，減少膜脂過(guò)氧化物的含量，進(jìn)而提高其耐鹽性[94]。

硫化氫(H2S)：H2S已被證實(shí)參與調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，包括種子萌發(fā)、根系形成及光合作用等，是繼NO和CO后被發(fā)現(xiàn)的又一重要?dú)怏w信號(hào)分子[95-97]。

其他見(jiàn)諸報(bào)道的調(diào)控物質(zhì)還有硒(Se)[98]、氯化鈣(CaCl2)[99]、α-生育酚[100]等。

3.3 肥料處理

除了上述外源化學(xué)物質(zhì)的調(diào)節(jié)外，合理施肥也能有效緩解鹽脅迫對(duì)植物造成的損害。有研究指出，在鹽堿地區(qū)，氮是影響植物生長(zhǎng)的主要因素，施氮能增大光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)最大光化學(xué)效率、潛在活性、實(shí)際光量子產(chǎn)量、非調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量、相對(duì)電子傳遞速率等，顯著增加植物功能葉葉綠素與類胡蘿卜素含量及葉綠素a/葉綠素b，提高PSⅡ光能利用率，進(jìn)而增強(qiáng)植物對(duì)鹽脅迫的適應(yīng)性[101]。劉愛(ài)榮等[102]對(duì)鹽脅迫下的高羊茅進(jìn)行不同水平的施氮處理，結(jié)果表明，適宜濃度的氮素處理可以改善鹽脅迫下高羊茅氮素營(yíng)養(yǎng)、抗氧化能力及蛋白質(zhì)表達(dá)量，增強(qiáng)其耐鹽性。相似的研究結(jié)論也出現(xiàn)在段德玉等的研究報(bào)道中。代建龍等[103]研究指出，鹽脅迫和施肥對(duì)影響棉花生長(zhǎng)及肥料利用方面存在顯著的互作效應(yīng)，合理施肥能提高鹽脅迫下棉花植株的肥料利用率，緩解鹽脅迫，低鹽濃度(0.15%)下的施肥效果好于中度鹽脅迫(0.3%)下的。此外，施用鈣肥也可以緩解鹽脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)造成的不利影響，如史驍龍等[104]研究指出，施用鈣肥有利于鹽脅迫下花生植株的主莖、側(cè)枝的生長(zhǎng)，促進(jìn)地上部干物質(zhì)的積累。

表1 外源物質(zhì)提高植物耐鹽性的研究

除了上述調(diào)控途徑外，還有研究者通過(guò)引入耐鹽性植物的根際促生菌(Plant Growth Promoting Rhizobacteria，PGPR)來(lái)促進(jìn)鹽脅迫下植物的生長(zhǎng)[114]，植物根際促生菌是定殖于植物根際系統(tǒng)，可以通過(guò)產(chǎn)生抗生素及誘導(dǎo)寄主植物產(chǎn)生病程相關(guān)蛋白等途徑，幫助植物抵抗逆境脅迫下的病原菌，促進(jìn)植物生長(zhǎng)[115]。有研究指出，PGPR可以通過(guò)形成生物膜增強(qiáng)植物的耐鹽性[116]。

3.4 轉(zhuǎn)基因遺傳轉(zhuǎn)化

轉(zhuǎn)基因技術(shù)的成熟使得通過(guò)控制相關(guān)基因的表達(dá)來(lái)提高植物的耐鹽性變得更加可行，很多研究結(jié)果證明：將編碼逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因過(guò)表達(dá)是一種有效提高植物耐鹽性的方法(表2)。丁林云等從晉棉19中克隆出編碼鋅指蛋白的GhSAP1，研究發(fā)現(xiàn)：過(guò)量表達(dá)GhSAP1可以提高轉(zhuǎn)基因煙草的耐鹽性[117]。還有研究者將鹽角草(SalicorniaeuropaeaL.)的液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因NHX1與榆錢(qián)菠菜(AtriplexhortensisL.)的甜菜堿合成基因BADH在煙草中共同過(guò)表達(dá)，結(jié)果表明：轉(zhuǎn)雙基因植物相對(duì)轉(zhuǎn)單基因植物耐鹽性更強(qiáng)，說(shuō)明NHX1和BADH雙基因共同轉(zhuǎn)化對(duì)耐鹽性可產(chǎn)生加性作用效果[118]。同樣的加性作用也出現(xiàn)在姜琦彥等的報(bào)道中，將TaLEA1和TaLEA2兩個(gè)基因同時(shí)過(guò)表達(dá)顯著提高了植物的抗鹽性，且雙基因過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因株系抗性更強(qiáng)[119]。相關(guān)報(bào)道還見(jiàn)諸于很多其他植物基因，如TaNHX2基因可以提高轉(zhuǎn)基因普那菊苣的耐鹽性[120]，過(guò)量表達(dá)棉花GaSus3基因可以增強(qiáng)擬南芥的耐鹽性[121]。

表2 轉(zhuǎn)基因提高植物耐鹽性的研究

4 問(wèn)題與展望

植物的耐鹽能力受到多基因控制[129]。大量耐鹽基因已被挖掘并通過(guò)轉(zhuǎn)基因方法進(jìn)行了驗(yàn)證，但非生物逆境十分復(fù)雜，涉及很多基因，不同基因之間的相互作用及其對(duì)提高植物抗逆性的機(jī)理還有待于進(jìn)一步深入研究。隨著生物技術(shù)的發(fā)展及后基因時(shí)代的到來(lái)，分子標(biāo)記技術(shù)及蛋白組學(xué)等技術(shù)手段的進(jìn)步能有效幫助我們快速準(zhǔn)確地找到與脅迫相關(guān)的靶點(diǎn)基因與蛋白，讓我們對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與代謝通路有更深入的認(rèn)識(shí)，幫助我們對(duì)植物的抗逆性狀進(jìn)行定向的改造。今后，我們應(yīng)該運(yùn)用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)對(duì)一些耐鹽新植物進(jìn)行重點(diǎn)研究，挖掘耐鹽相關(guān)基因并分離和克隆，為耐鹽品種選育提供技術(shù)支撐。

植物的耐鹽能力在一定范圍內(nèi)受栽培措施的調(diào)控，因此，開(kāi)展通過(guò)栽培調(diào)控技術(shù)來(lái)提高植物耐鹽能力的研究也是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。目前，此類研究較多集中于調(diào)控措施對(duì)鹽脅迫下植物外觀形態(tài)的影響，部分研究也涉及植物生理性狀的變化，但有關(guān)調(diào)控措施提高植物耐鹽能力的內(nèi)在機(jī)制研究報(bào)道較少。此外，目前的調(diào)控大多局限于試驗(yàn)研究，對(duì)于如何將研究結(jié)論應(yīng)用于大田生產(chǎn)尚無(wú)顯著進(jìn)展。因此，提高植物的耐鹽性需對(duì)耐鹽性相關(guān)的內(nèi)在生理生化機(jī)制進(jìn)行更深入的研究，進(jìn)而從耐鹽品種選育與有效栽培措施調(diào)節(jié)兩方面著手。