不同類型鹽生植物適應鹽脅迫的生理生長機制及Na+逆向轉(zhuǎn)運研究進展

劉佳欣 張會龍 鄒榮松 楊秀艷 朱建峰 張華新

（1.中國林業(yè)科學研究院生態(tài)保護與修復研究所 國家林業(yè)和草原局鹽堿地研究中心，北京 100091；2.中國林業(yè)科學研究院天津林業(yè)科學研究所，天津 300457；3.中國林業(yè)科學研究院黃河三角洲綜合試驗中心，東營 257500）

鹽漬土是一系列受土體中鹽堿成分作用的土壤，是各種鹽土和堿土以及其他不同程度鹽化和堿化的各種類型土壤的統(tǒng)稱，也稱鹽堿土［1］。據(jù)統(tǒng)計，世界鹽漬土面積約為9.543 8×109hm2，廣泛分布于100 多個國家和地區(qū)。我國是世界鹽漬土面積第三大國，鹽漬土面積達9.913 3×108hm2，約占全國土地面積的10%，分布在23 個省、市、自治區(qū)，其中，西北、華北、東北及沿海地區(qū)是我國鹽漬土的主要集中分布地區(qū)［2］。在世界范圍內(nèi)，鹽漬土帶來了人口、資源、環(huán)境等諸多問題。鹽漬土環(huán)境不利于植物的生長，鹽漬土中過量礦質(zhì)元素如Na+或Cl-對植物產(chǎn)生的不利影響，稱為鹽脅迫［3］。鹽脅迫通過滲透脅迫和離子脅迫在整個植物和細胞水平上影響植物生理［4-5］，如過量Na+會干擾K+的吸收和代謝，K+參與酶的活化、蛋白質(zhì)的合成、滲透調(diào)節(jié)、光合作用等生理過程［6］，K+缺乏會引起呼吸速率和離子毒性增加，植物生長變化，礦物分布改變，以及光合作用速率降低［7］，還會引起枯萎病，繼而導致植物葉片壞死；此外Na+取代Ca2+造成膜不穩(wěn)定［8］，膜通透性改變［9］，導致植物減產(chǎn)甚至死亡［10］。鹽漬土中存在一種特有的鹽生植物生態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)中的鹽生植物不僅能夠在鹽漬土中生長，還能夠改善鹽漬土環(huán)境［11］。

大多數(shù)植物不能適應鹽漬土環(huán)境，但鹽生植物（halophytes）能在離子濃度至少200 mmol/L 以上的生境中生長和完成生活史［12］。例如唐古特白刺（Nitraria tangutorum）、中國檉柳（Tamarix chinensis）、芨芨草（Achnatherum splendens）和黃花補血草（Limonium aureum）［13］等。Brekle 根據(jù)鹽生植物體內(nèi)離子運輸和積累的特點，將其分成稀鹽鹽生植物（euhalophytes）、泌鹽鹽生植物（recretohalophytes）和拒鹽鹽生植物（pseudohalophytes）3 種。

離子區(qū)隔化（ion compartmentalization）利用特定轉(zhuǎn)運蛋白對有毒離子進行細胞分隔，是鹽生植物維持細胞內(nèi)適度的Na+/K+比的一種關(guān)鍵模式［5］。鹽生植物通過調(diào)節(jié)離子的吸收和將離子區(qū)隔化來抵抗或減輕鹽脅迫造成的傷害，主要是通過將過量Na+區(qū)隔在植物組織器官的局部或細胞的局部，甚至排出體外，從而避免或降低Na+對植物正常生長和生理代謝的影響。本文重點討論了3 類鹽生植物的生長形態(tài)特征，并按植物體內(nèi)對Na+運輸和積累特點對3 種鹽生植物的典型耐鹽機制研究進展進行了闡述，旨在為今后鹽生植物及其耐鹽機制研究提供相關(guān)依據(jù)，為植物耐鹽分子育種奠定基礎。

1 稀鹽鹽生植物耐鹽機制

稀鹽鹽生植物，也叫真鹽鹽生植物，是將鹽離子區(qū)隔在肉質(zhì)化組織和液泡中的一類鹽生植物［14］。稀鹽鹽生植物是鹽生植物中耐鹽性最強的一類植物，多能在200-400 mmol/L 的鹽漬土環(huán)境中生長［1］。稀鹽鹽生植物絕大部分是藜科植物，例如鹽地堿蓬（Suaeda salsa）、鹽爪爪（Kalidium foliatum）、鹽穗木（Halostachys caspica）等。

1.1 稀鹽鹽生植物耐鹽形態(tài)特征

稀鹽鹽生植物的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和外觀形態(tài)在一定程度上適應鹽脅迫，其形態(tài)上最突出的特征是莖葉肉質(zhì)化。肉質(zhì)化組織含水量高，可以將體內(nèi)鹽分稀釋，使植物體不受高鹽環(huán)境的傷害［15］。莖肉質(zhì)化稀鹽鹽生植物，皮層分化為內(nèi)部皮層和外部皮層兩部分，內(nèi)部皮層發(fā)育成貯水組織，細胞呈球形或橢圓形，外部皮層發(fā)育成柵欄組織，細胞內(nèi)含大量葉綠體。鹽節(jié)木（Halocnemum strobilaceum）、鹽穗木［16］等植物都是莖肉質(zhì)化的稀鹽鹽生植物，其形態(tài)存在以上特點。葉肉質(zhì)化的稀鹽鹽生植物，葉肉質(zhì)且無柄，呈圓柱狀或半圓柱狀，氣孔少，葉表皮細胞排列緊密，幾乎全部由貯水細胞組成，表皮外被角質(zhì)層。Gao等［17］研究表明假木賊（Halocnemum strobilaceum）在鹽溶液濃度為0.9%-5.4%時，葉肉質(zhì)化程度增加。劉彧等［18］研究表明鹽地堿蓬葉片對Na+和Cl-的積累是葉片肉質(zhì)化的主要原因，在鹽脅迫下，葉片肉質(zhì)化，細胞數(shù)目增多。另外，堿蓬屬（Suaeda）、鹽爪爪屬（Kalidium）、假木賊屬（Anabasis）的植物，也是葉肉質(zhì)化的稀鹽鹽生植物。

1.2 稀鹽鹽生植物耐鹽生理機制

稀鹽鹽生植物除憑莖葉肉質(zhì)化稀釋植物體內(nèi)鹽分外，主要是通過離子區(qū)隔化作用，將離子運輸?shù)郊毎奶囟ú课?，從而降低鹽離子對胞質(zhì)中的細胞器、酶等的毒害，且伴隨著細胞濃度的增大，水勢降低，細胞吸水及抗?jié)B透脅迫能力增強［19］。劉彧等［18］發(fā)現(xiàn)鹽地堿蓬葉片細胞將Na+區(qū)隔到液泡中，以減少Na+對植物造成的滲透脅迫及離子脅迫，有利于鹽地堿蓬在高鹽條件下生存。西伯利亞白刺（Nitraria sibirica）通過Na+液泡區(qū)隔化增強葉片組織的耐鹽性，保持胞質(zhì)溶液中較低Na+含量，提高滲透調(diào)節(jié)能力，從而在鹽脅迫下維持正常生理活動［20］。1.3 稀鹽鹽生植物耐鹽分子機制

細胞內(nèi)Na+/K+濃度的平衡是保證植物在鹽漬環(huán)境下進行正常生理代謝的關(guān)鍵。稀鹽鹽生植物在鹽脅迫條件下，通過鹽誘導Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運體將Na+從胞質(zhì)中排出或在液泡中分隔［21］，其中質(zhì)膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白SOS1（plasma membrane Na+/H+exchanger 1）能夠?qū)|(zhì)中過量的Na+排出到胞外；液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白NHX（vacuolar Na+/H+antiporter）如NHX1 和NHX2 能夠?qū)|(zhì)中過量的Na+逆濃度梯度轉(zhuǎn)運至液泡中，SOS1 和NHX 均可減少胞質(zhì)內(nèi)Na+的累積，維持細胞的離子穩(wěn)態(tài)，抵御鹽脅迫［22］。植物分泌途徑的細胞膜上同時存在兩類致電H+泵，液泡膜H+-腺苷三磷酸酶（vacuolar H+-ATPase，簡稱液泡膜H+-ATPase）、液泡膜焦磷酸酶（vacuolar H+-pyrophosphatase，簡稱液泡膜H+-PPase）［23］和質(zhì)膜H+- 腺苷三磷酸酶（plasma membrane H+-ATPase，簡稱質(zhì)膜H+-ATPase），它們?yōu)殡x子區(qū)隔化作用提供能量，并催化H+由胞質(zhì)向液泡和胞質(zhì)向胞外的運輸［24］。鹽脅迫下，鹽地堿蓬質(zhì)膜H+-ATP 酶和液泡膜H+-ATP 酶的表達和活性顯著升高［25］。Liu 等［26］用不同濃度的NaCl（100、200、300 和400 mmol/L） 和Ca2+（0、5、10、15、20 mmol/L）處理唐古特白刺幼苗時發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫（NaCl濃度為300 mmol/L）顯著促進液泡膜H+-ATP 酶和H+-PPase 酶活性。一定濃度的外源Ca2+有效增強了唐古特白刺液泡膜和質(zhì)膜的離子泵活性，促進細胞內(nèi)Na+區(qū)隔化，從而提高唐古特白刺的耐鹽性。

Qiu 等［27］從擬南芥（Arabidopsis thaliana）中分離鑒定了位于質(zhì)膜的Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白SOS1和位于液泡膜的Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白NHX1，認為這2 個轉(zhuǎn)運蛋白共同作用使胞質(zhì)中Na+維持在較低濃度［28］。Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白依靠跨液泡膜的H+濃度梯度對Na+進行轉(zhuǎn)運，因此可以推測通過超表達液泡膜H+-ATPase，使質(zhì)子梯度增加，能夠提高NHXs 對 Na+的區(qū)隔能力。在鹽脅迫條件下，西伯利亞白刺Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白NsNHX1 和NsSOS1 的表達水平顯著上調(diào)，過表達NsSOS1 減少了轉(zhuǎn)基因植株Na+的含量，過表達NsNHX1 增加了轉(zhuǎn)基因植株Na+的含量，表明NsSOS1 介導過量Na+的外排，NsNHX1 介導過量Na+的區(qū)隔化，它們對提高轉(zhuǎn)基因植物耐鹽性有重要作用［22］。另外，有研究表明，NHX 類蛋白在K+區(qū)隔化進入液泡和維持細胞內(nèi)的pH 平衡中也起著重要作用［29］（表1）。

表1 稀鹽鹽生植物關(guān)鍵耐鹽基因Table 1 Key salt-tolerant genes in euhalophytes

2 泌鹽鹽生植物耐鹽機制

泌鹽鹽生植物是一類通過鹽腺或鹽囊泡將吸收到體內(nèi)的鹽分分泌到體外的鹽生植物。大部分泌鹽鹽生植物的耐鹽性低于稀鹽鹽生植物［1］。常見的泌鹽鹽生植物有中華檉柳（Tamarix chinensis）、二色補血草（Limonium bicolor）等。

2.1 泌鹽鹽生植物耐鹽形態(tài)特征

泌鹽鹽生植物的主要形態(tài)特征是其葉片或莖上形成了專門分泌鹽分的鹽腺或鹽囊泡，鹽腺或鹽囊泡可以分泌植物體內(nèi)過量的鹽離子，因此鹽腺和鹽囊泡對泌鹽鹽生植物適應鹽脅迫起重要作用。根據(jù)鹽離子運輸方式的不同，又可將泌鹽鹽生植物分為向內(nèi)和向外泌鹽植物。向內(nèi)泌鹽植物（endoreoretohalophytes）將體內(nèi)的鹽分分泌到葉表面的囊泡中暫時貯存，而后鹽囊泡破裂將體內(nèi)過量鹽離子排出。鹽囊泡有1 個柄和1 個膨大的泡狀細胞，柄細胞通過大量胞間連絲與泡狀細胞、葉肉細胞相連。藜（Chenopodium album）的鹽囊泡是從莖尖和腋芽處的莖葉表皮細胞分化而來，部分表皮細胞生長變大，凸起于莖葉表面，形成鹽囊泡的原始細胞，原始細胞進一步分裂分化為1 個柄細胞和1 個泡狀細胞，成熟后的鹽囊泡外被角質(zhì)層［44］。利用掃描電鏡發(fā)現(xiàn)四翅濱藜（Atriplex canescens）鹽囊泡與其它藜科植物鹽囊泡結(jié)構(gòu)相似，是由體積龐大的腎形囊泡細胞、細長的柄細胞以及基部的表皮細胞共同構(gòu)成鹽囊泡復合體，且隨著葉齡增加，鹽囊泡逐漸破裂退化［45］。

向外泌鹽植物（exo-reoretohalophytes）利用鹽腺和分泌細胞將鹽離子分泌到體外。鹽腺分為單細胞鹽腺、雙細胞鹽腺和多細胞鹽腺［46］。單細胞鹽腺有大液泡和很少的細胞器，具分泌細胞鹽腺。目前對單細胞鹽腺鹽生植物研究較少。雙細胞鹽腺由1個基細胞和1 個帽細胞組成，兩個細胞通過胞間連絲相連［47］，細胞質(zhì)稠密，有一個明顯細胞核，沒有中央液泡，且腺體細胞壁角質(zhì)化或栓質(zhì)化。Kuster等［48］通過對報春花（Jacquinia armillaris）葉片腺狀毛的解剖和組織化學研究發(fā)現(xiàn)，其葉片鹽腺是由一個收集細胞和一個單柄細胞組成，其頂端有多個分泌細胞。非洲虎尾草（Chloris gayana）是具有雙細胞鹽腺的泌鹽鹽生植物［49］。另外，禾本科的獐毛屬（Aeluropus）、鼠尾粟屬（Sporobolus）、大米草屬（Spartina）、結(jié)縷草屬（Zoysia）等9 個屬也存在雙細胞鹽腺［50］。雙子葉泌鹽鹽生植物的鹽腺均為多細胞鹽腺，多細胞鹽腺呈球形或盤狀結(jié)構(gòu)，由基底收集細胞和遠端分泌細胞構(gòu)成，整個結(jié)構(gòu)常陷入表皮中［46］。馮中濤［51］研究發(fā)現(xiàn)二色補血草鹽腺由16個細胞組成，中央為4 個長的分泌細胞，每個分泌細胞外側(cè)均有1 個毗鄰細胞，再向外依次包圍著4個內(nèi)杯狀細胞和4 個外杯狀細胞，鄰近的細胞稱為收集細胞；細胞核較大，富含線粒體、高爾基體和小囊泡，但缺少中央大液泡，也沒有葉綠體；細胞之間通過胞間連絲連接，鹽腺外被角質(zhì)層。不同的鹽生植物其鹽腺呈現(xiàn)不同的形狀。

2.2 泌鹽鹽生植物耐鹽生理機制

泌鹽鹽生植物通過鹽腺或鹽囊泡向體外分泌植物體內(nèi)過多的鹽分，避免鹽分在體內(nèi)過量積累，從而應對鹽脅迫對植物的傷害［52］。關(guān)于泌鹽鹽生植物分泌鹽的機制，前人經(jīng)過大量研究，從組織化學和超微結(jié)構(gòu)的角度提出了3 個假說：（1）1955年Arisz等［53］提出滲透機制假說，認為鹽腺的泌鹽是一個物理過程，鹽腺中離子的主動積累使分泌細胞滲透壓降低，從而導致靜水壓力的顯著增加。當鹽腺內(nèi)壓力達到最高時，分泌細胞通過分泌孔周期性地形成液滴，釋放靜水壓力，將離子排出鹽腺外［54］。鹽草（Distichlis spicata）的超微結(jié)構(gòu)證實了這一假說，其鹽腺只有一層薄膜，類似于一個瓣膜，將細胞質(zhì)壁層隔開［55］。滲透機制假說還受到了一些研究結(jié)果的挑戰(zhàn)，鹽腺泌鹽存在離子選擇性和主動運輸?shù)奶卣鳎贷}腺泌鹽不是簡單的物理過程［56］。（2）1967年Ziegler 和Luttge［57］提出胞飲反向活動假說，認為鹽腺的分泌作用是通過貯存在小細胞質(zhì)囊泡中的鹽液向細胞外表面排出的過程。通過使用電子顯微鏡對二色補血草［58］和檉柳［59］鹽腺進行掃描，觀察到電子密度物質(zhì)主要聚集在囊泡中，特別是在鹽處理的植物中，大量的囊泡與質(zhì)膜融合，從而證明了這一假說。（3）1971年Levering 和Thomson［60］提出鹽腺的分泌作用類似于動物液流運輸系統(tǒng)假說，研究者假設大米草屬基底細胞形成了廣泛的膜系統(tǒng)，鹽腺通過膜上的離子通道分泌離子，類似于動物組織上皮細胞的吸收和分泌［52］。

鹽囊泡的泌鹽方式不同于鹽腺，鹽腺直接將鹽分分泌至體外，而鹽囊泡則是通過積累大量鹽分并膨脹，最終破裂，將鹽分釋放到植物體外［61］，具體過程主要包括：Na+從葉肉細胞排出，經(jīng)柄細胞轉(zhuǎn)運至鹽囊泡，最后被區(qū)隔在鹽囊泡液泡［62］。研究表明，四翅濱藜鹽囊泡Na+積累過程是Na+沿表皮細胞-柄細胞-鹽囊泡復合體（EC-SC-EBC complex）逆著其濃度梯度的單向極性跨膜轉(zhuǎn)運［63］。Barkla 等［64］通過對冰葉日中花（Mesembryanthemum crystallinum）鹽囊泡中的離子組成分析發(fā)現(xiàn)，其中含有大量Na+和Cl-，并進一步證明離子區(qū)隔化提高了該植物的耐鹽性。

2.3 泌鹽鹽生植物耐鹽分子機制

泌鹽鹽生植物鹽的分泌是植物活躍的生理過程。在鹽脅迫條件下，H+-ATPase 的表達隨著鹽分泌的增加而增加［65］。張春蕊等［66］在剛毛檉柳（Tamarix hispida）中鑒定獲得液泡膜H+-PPase 基因ThVP1，發(fā)現(xiàn)在NaCl 脅迫下，剛毛檉柳根和葉中的ThVP1基因表達明顯上調(diào)。在對二色補血草的鹽腺結(jié)構(gòu)觀察時發(fā)現(xiàn)其鹽腺中不存在葉綠體，且鹽腺中的線粒體比葉肉細胞的線粒體大，證明線粒體能夠為鹽腺分泌鹽分提供能量［56］。Panda 等［67］指出通過三羧酸循環(huán)的上調(diào)來持續(xù)提供能量，同時不間斷地合成蛋白質(zhì)和維持光合機制的結(jié)構(gòu)完整性，是柳枝梭梭（Haloxylon Sal Icornicum）耐鹽的主要機制。

Hamada 等［68］從鹽生植物北濱藜（Atriplex gmelini）中分離出一個Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白基因，并將其命名為AgNHX1，發(fā)現(xiàn)AgNHX1的遷移模式與液泡膜H+-ATPase 相關(guān)，而與液泡膜H+-PPase 無關(guān)，AgNHX1定位于液泡膜，鹽脅迫下，在mRNA和蛋白水平上均上調(diào)表達。通過AlNHX轉(zhuǎn)化的鹽生植物小獐毛（Aeluropus littoralis）表現(xiàn)出較高的耐鹽性（400 mmol/L NaCl）［69］，由此可以看出AgNHX1產(chǎn)物在耐鹽性中具有重要作用［70］。Dang［71］和Yuan等［56，72］陸續(xù)在紅砂（Reaumuria trigyna）和補血草屬（Limonium）植物中進行了轉(zhuǎn)錄組測序，獲得了參與鹽腺分泌的一系列候選基因，為提高植物耐鹽性提供可能（表2）。

表2 泌鹽鹽生植物關(guān)鍵耐鹽基因Table 2 Key salt-tolerant genes in recretohalophytes

3 拒鹽鹽生植物耐鹽機制

拒鹽鹽生植物，又稱假鹽鹽生植物，拒絕或少吸收外界鹽分，能夠?qū)Ⅺ}離子積累在皮層細胞液泡和根部木質(zhì)部的薄壁細胞中，減少向上部莖葉運輸鹽離子［14］，降低鹽分對植物的脅迫作用。沙棗（Elaeagnus angustifolia）［85］、蘆葦（Phragmites australis）［86］、莎草（Cyperus rotundus）等是較為常見的拒鹽鹽生植物。拒鹽鹽生植物種類較稀鹽鹽生植物和泌鹽鹽生植物少［1］。

3.1 拒鹽鹽生植物耐鹽形態(tài)特征

拒鹽鹽生植物根部皮層栓質(zhì)化，栓質(zhì)化的主要成分是難溶于水的脂肪類物質(zhì)，具有不透水、不透氣性，導致溶解于土壤水分中的鹽分難以進入根中；莖的表皮切向壁具有發(fā)達的角質(zhì)層，維管束近于星散分布；葉的上表皮向外延伸的表皮毛較多，氣孔下陷；葉肉組織排列疏松，胞間隙較大，葉脈維管束鞘由兩層細胞構(gòu)成［87］。在高濃度鹽脅迫下，拒鹽植物小花堿茅（Puccinellia tenuiflora）的內(nèi)皮層顯著加厚，根內(nèi)皮層細胞表面的木栓質(zhì)沉積受鹽脅迫誘導而增強［88］。經(jīng)過鹽處理的燈芯草屬（Juncus）植物，根和莖中具有發(fā)育良好的通氣組織，且根皮脫落，皮質(zhì)很厚，凱氏帶（Casparian strips）木質(zhì)化［89］，對植物抵抗鹽脅迫發(fā)揮重要作用。

3.2 拒鹽鹽生植物耐鹽生理和分子機制

拒鹽鹽生植物的拒鹽機理，不同植物不盡相同。有些拒鹽鹽生植物拒Na+或者拒Cl-，有些既拒Na+又拒Cl-［1］。蘆葦在鹽脅迫下，Na+轉(zhuǎn)運速率從根至芽依次降低，從而避免在芽中積累過量的Na+［90］。陳琳等［91］對潮灘蘆葦和河灘蘆葦?shù)哪望}性進行比較發(fā)現(xiàn)，因潮灘蘆葦?shù)母涤懈叩呐臢a+能力而耐鹽性更強。彭彥輝［92］通過觀察小花堿茅根系電鏡掃描結(jié)果發(fā)現(xiàn)，控制Na+/K+選擇性吸收是發(fā)生在根內(nèi)皮層上的。小花堿茅通過較高的Na+/K+選擇性吸收能力，能減少Na+在體內(nèi)的凈積累［93］。Abideen等［94］和王樹鳳等［95］觀察到，根系生長可以補償其吸收功能的損失，由于鹽脅迫引起的干重積累和表面積的增加，這些補償效應有利于根系對K+的吸收和Na+的貯存，由此推測根系補償性生長可能是沙棗增強耐鹽性的一種機制［96］。Liu 等［96］研究進一步證實了沙棗根Na+和Cl-貯存的可擴展能力，有效地限制Na+從莖到葉的運輸，以及根補償生長是沙棗對鹽脅迫的生理適應機制。

Perez-Jimenez 等［97］通過γ 輻射獲得具有抗鹽性的5 個柑橘（Citrus×paradisi）砧木突變體，并對突變體抵抗鹽度水平的程度進行評估，數(shù)據(jù)表明柑橘是通過積累較少Na+或 Cl-來提高耐鹽性。Zhang等［98］發(fā)現(xiàn)PtNHX1、PtSOS1 和PtHKT1；5 等轉(zhuǎn)運蛋白在小花堿茅的不同組織協(xié)同調(diào)控，使植物維持Na+穩(wěn)態(tài)，增加小花堿茅的耐鹽性。李靜［99］采用非損傷微測技術(shù)分析小花堿茅響應鹽脅迫的各種離子流動態(tài)變化機制，推測小花堿茅在高鹽脅迫初期，Ca2+的大量內(nèi)流可能在SOS 系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)導過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，從而激活SOS1 以增強Na+外流。楊升等［100］研究指出，在鹽脅迫下，沙棗幼苗根系進行Na+積累和K+外流，為減少Na+積累，通過根系Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白將Na+從體內(nèi)排出（表3）。

表3 拒鹽鹽生植物關(guān)鍵耐鹽基因Table 3 Key salt-tolerant genes in pseudohalophytes

4 總結(jié)與展望

通過對3 類鹽生植物耐鹽形態(tài)、生理及分子機制的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，大部分鹽生植物主要是通過兩類基因應對胞質(zhì)中過高的Na+，其中一類是離子轉(zhuǎn)運蛋白編碼基因，如液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白編碼基因NHX1和質(zhì)膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白編碼基因SOS1；另一類是提供能量的基因，如液泡膜 H+-ATPase 和H+-PPase 基因以及質(zhì)膜H+-ATPase 基因。液泡膜H+-ATPase 和H+-PPase 及質(zhì)膜H+-ATPase 產(chǎn)生H+梯度并提供能量，液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白NHX1 將胞質(zhì)中過量的Na+逆濃度梯度轉(zhuǎn)運至液泡中，質(zhì)膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白SOS1 將胞質(zhì)中過量的Na+排出到胞外，這樣就可以使植物胞質(zhì)中的Na+濃度降低到植物耐受的范圍內(nèi)。

在生理和形態(tài)上，3 類鹽生植物應對鹽脅迫的策略各有不同。稀鹽鹽生植物通過離子區(qū)隔化應對鹽脅迫，將過量Na+區(qū)隔在液泡中，并通過莖葉肉質(zhì)化將體內(nèi)鹽分進行稀釋，使植物體不受高鹽環(huán)境的傷害（圖1-a）［102-103］；泌鹽鹽生植物擁有其特有的生理結(jié)構(gòu)——鹽腺或鹽囊泡，能夠利用鹽腺和分泌細胞將鹽離子分泌到體外，或是把體內(nèi)鹽分分泌到葉表面的鹽囊泡中暫時貯存，而后鹽囊泡破裂將體內(nèi)多余鹽分釋放，從而避免鹽分在體內(nèi)過量積累以維持植物體正常生理活動（圖1-b）［104-105］；拒鹽鹽生植物通常是將鹽離子積累在皮層細胞液泡和根部木質(zhì)部薄壁細胞中，減少向上運輸鹽離子，且根外皮層栓質(zhì)化不透水透氣性，進一步實現(xiàn)不吸收或很少吸收鹽離子以適應鹽脅迫（圖1-c）［29］。經(jīng)前人大量研究，大部分的稀鹽鹽生植物耐鹽性高于泌鹽鹽生植物，高于拒鹽鹽生植物，這3 種鹽生植物耐鹽性的不同，可能與其生理生長機制的差異有關(guān)，但仍需要進行大量的實驗進行驗證。

圖1 三類鹽生植物Na+逆向轉(zhuǎn)運耐鹽機制模式圖Fig.1 Model diagram of Na+ antiport mechanisms for salt tolerance in three halophytes

除了以上研究，還有許多問題亟待進一步探究：一是離子轉(zhuǎn)運蛋白和提供能量的兩大類基因在各類鹽生及非鹽生植物中均存在，但不同植物的耐鹽性差異巨大，因此，應進一步挖掘鹽生和非鹽生植物耐鹽基因，比較不同種植物間相同基因如NHX1、SOS1的功能差異，研究相同基因在不同植物體內(nèi)的調(diào)控機制，并進行基因功能的驗證分析；二是決定及調(diào)控鹽生植物在鹽脅迫下特化出組織結(jié)構(gòu)的基因需要進一步挖掘，如稀鹽鹽生植物的肉質(zhì)化莖和葉、泌鹽鹽生植物的鹽腺和鹽囊泡、拒鹽鹽生植物栓質(zhì)化根；三是植物耐鹽是一個由多基因協(xié)調(diào)控制的復雜生物學過程，以往的研究大多是將單一目的基因轉(zhuǎn)入到植物體內(nèi)以提高植物的耐鹽性，今后可以將離子轉(zhuǎn)運蛋白和提供能量的兩類基因同時轉(zhuǎn)化到植物中，與單一基因的轉(zhuǎn)化進行比較，探索更有效的多基因轉(zhuǎn)化組合，為耐鹽植物的育種提供依據(jù)。