張玉紅，安志剛

(東北林業(yè)大學森林植物生態(tài)學教育部重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150040)

H+-ATPase廣泛存在于幾乎所有的細胞中?，F(xiàn)已知生物膜H+-ATPase有三大類：P型H+-ATPase、F型H+-ATPase和V型H+-ATPase。其中，V型H+-ATPase結(jié)構(gòu)復雜，功能多樣，種類豐富，已成為H+-ATPase研究的新熱點[1]。V型H+-ATPase在植物細胞內(nèi)離子平衡的調(diào)節(jié)中具有關鍵作用，能把質(zhì)子從胞漿中泵入液泡內(nèi)使之酸化，產(chǎn)生質(zhì)子電化學梯度，因此，該酶可為其他各種離子及代謝產(chǎn)物的次級轉(zhuǎn)運提供動力。

V-H+-ATP酶對細胞膜內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定起著重要作用。然而，對ATP結(jié)合膜蛋白所形成的聚合體的研究和認識在基因?qū)W上還剛剛起步，例如：底物的結(jié)合機制、對膜內(nèi)外環(huán)境穩(wěn)定的制約功能以及對不同脅迫強度的基本應答等，但對它的一些基本特質(zhì)以及調(diào)控功能已經(jīng)有了初步的認識。目前，對部分植物V-H+-ATP酶不同亞基基因克隆的實現(xiàn)提供了對其潛在功能和特質(zhì)的新的認識和研究基礎[2-3]。本研究著重論述V-H+-ATP酶在脅迫應答方面的一些基本分子調(diào)控機制，以期了解植物細胞抵抗不良環(huán)境的內(nèi)在應答機制并分析利用分子生物學技術(shù)手段增強植物抗脅迫能力的可能性。

1 V-H+-ATP酶的結(jié)構(gòu)、分布與酶動力學

V-H+-ATP酶是一個至少由11個不同亞基構(gòu)成聚合體，分別組成鑲?cè)肽?nèi)部分和膜外游離的頭部，前者是與H+轉(zhuǎn)運相關的亞基，后者是與ATP的結(jié)合及水解相關聯(lián)的亞基(圖1)。V-H+-ATP酶的分子量通常都大于700 kDa。在這11個亞基中，僅有3個亞基在整個聚合體中占有固定位置，即A、B、c亞基，交替排列的A和B亞基各自3個拷貝形成游離的頭部，6個c亞基(或更多)拷貝圍成圈狀根植于膜內(nèi)[4-5]，上述模型的建立是基于對煙草(Nicotianatabacum)和酵母等V-H+-ATP酶多年研究[6-9]的結(jié)果。除了A、B、c亞基外，V-H+-ATP酶的其他亞基在外界條件發(fā)生變化時在結(jié)構(gòu)和數(shù)量上會有改變，一般是出現(xiàn)新的亞基。免疫和生化研究表明，V-H+-ATP酶并不完全限制在液胞膜上，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、前液胞、細胞膜和其他類囊體分泌系統(tǒng)中均有發(fā)現(xiàn)，但在這些膜上的分布及功能處于推測和驗證階段[10-11]。

圖1 V-H+-ATP酶模型[6-9]Fig.1 Model of V-H+-ATPase[6-9]

在植物細胞內(nèi)，液胞是細胞有毒物質(zhì)的堆積器官，酚類、酸類、有毒金屬和一系列氮化物被隔離至此處以避免對細胞原生質(zhì)的傷害。植物液胞膜上具備轉(zhuǎn)運蛋白，承擔一系列物質(zhì)(如新陳代謝產(chǎn)物)的轉(zhuǎn)運，而這些物質(zhì)轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的能量是由V-H+-ATP酶轉(zhuǎn)移H+所形成的膜內(nèi)外電化學梯度供給的。V-H+-ATP酶利用ATP水解產(chǎn)生的能量向膜內(nèi)轉(zhuǎn)運H+，建立跨膜H+電化學勢(Proton Motive Force，PMF)，這種電化學勢對物質(zhì)吸收和減少導致的細胞質(zhì)內(nèi)各種酶有害離子的積累提供核心動力源。V-H+-ATP酶將H+逆電化學勢梯度泵進液胞內(nèi)，形成跨膜的H+動力勢(即電化學勢外負內(nèi)正)，在H+動力勢的作用下通過相應載體或離子通道進行物質(zhì)的跨膜運輸[12]。V-H+-ATP酶與其它載體和離子通道的關系除V-H+-ATP酶將H+泵進液泡內(nèi)直接消耗ATP產(chǎn)生的能量外，其它物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運都依賴于這種H+向液泡內(nèi)轉(zhuǎn)運形成的電化學勢(圖2)。

圖2 植物液胞的簡單模式圖[12]Fig.2 Simple schema graph of plant vacuole [12]

V-H+-ATP酶與F-ATP合成酶是兩個相關的酶，它們被認為是來自于同源進化的產(chǎn)物[13]。F-ATP合成酶常被作為一種參照酶與V-H+-ATP酶進行對比分析，雖然二者在結(jié)構(gòu)、活性調(diào)控和抑制特性方面有不同，但在分子結(jié)構(gòu)上卻很相似。F-ATP合成酶的工作模型是由V0傳遞H+到V1進行ATP的合成，該模型像一個轉(zhuǎn)子鑲嵌到一個定子上，其轉(zhuǎn)子部分由每個帶有3個拷貝的β和α亞基構(gòu)成，每次催化合成過程伴隨著轉(zhuǎn)子的120°旋轉(zhuǎn)，3次旋轉(zhuǎn)回到原位。V-H+-ATP酶在水解ATP的過程中是由連續(xù)旋轉(zhuǎn)360°的A亞基完成，每次泵入H+與ATP的消耗比值在1.7～3.3范圍內(nèi)。V-H+-ATP酶主要行使H+轉(zhuǎn)運通道的為16 kDa 的c亞基有至少6個拷貝，依次圍成圈狀鑲嵌于膜內(nèi)[13]。

2 V-H+-ATP酶在植物逆境脅迫中的重要功能

V-H+-ATP酶的基本功能以及在植物生長、發(fā)育和對外環(huán)境的適應過程中的重要作用已得到預見和證明，其中，在鹽脅迫過程中V-H+-ATP酶的應答功能研究較多[14-17]。

2.1鹽脅迫 鹽是植物生長和產(chǎn)量的主要限制因素之一。在鹽脅迫條件下，Na+主要趨于在老葉片內(nèi)積累，然后依次是新生長的葉內(nèi)、主根和次生根。有效地排出細胞質(zhì)內(nèi)的Na+到細胞外或液泡內(nèi)是植物適應過量NaCl的主要機制，而向液泡內(nèi)轉(zhuǎn)運Na+的能量源自于V-H+-ATP酶建立的跨膜電化學梯度(ΔΨ)，是經(jīng)過位于液胞膜中Na+/H+的逆向轉(zhuǎn)運通道來完成[14]。對V-H+-ATP酶活性調(diào)節(jié)的研究是基于對一些耐鹽植物在鹽脅迫過程中轉(zhuǎn)錄和翻譯ATP酶亞基的基本應答關系。研究[15-18]表明，上述植物的ATP酶活性在一定范圍內(nèi)隨著脅迫強度的增加而提高。V-H+-ATP酶c亞基在鹽脅迫條件下，在生長6周的耐鹽植物的葉和根部表現(xiàn)出大量mRNA的表達，但與A和B亞基的表達不一致，說明V-H+-ATP酶中各個亞基的表達過程在鹽脅迫初期并非是同步完成的[15]；相反，在嫩葉中其同步性則要高得多；在相對長期鹽脅迫的耐鹽植物葉片中觀察到各亞基的轉(zhuǎn)錄趨于同步[17]。根據(jù)上述結(jié)果推測，耐鹽植物V-H+-ATP酶各亞基表達的不同步性可能是各亞基的更新轉(zhuǎn)換率不同或轉(zhuǎn)錄信息渠道不一致導致的。但相比較于非耐鹽植物，耐鹽植物V-H+-ATP酶各亞基的轉(zhuǎn)錄還是相對同步的。原位雜交和組織學研究表明，耐鹽植物V-H+-ATP酶對鹽脅迫的應答在不同的葉片和組織中其亞基的轉(zhuǎn)錄表現(xiàn)各異，這種組織細胞的特異性可能反映了各種細胞對鹽脅迫的應答和離子轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)特異性。V-H+-ATP酶中A亞基的高水平轉(zhuǎn)錄和其他亞基轉(zhuǎn)錄的不一致性在經(jīng)鹽脅迫后的煙草懸浮細胞內(nèi)也可以觀察到，而耐鹽植物甜菜(Betavulgaris)在鹽脅迫條件下，其V-H+-ATP酶的A和c亞基表現(xiàn)出同步性[15]。耐鹽植物V-H+-ATP酶的表達表現(xiàn)出與鹽脅迫的相關性，如甜菜懸浮細胞V-H+-ATP酶A和c亞基的啟動子活性在鹽脅迫過程中大大提高[19]；而許多非鹽地生長的植物并不能表現(xiàn)出V-H+-ATP酶活性與鹽的相關性，如西紅柿(Lycopersiconesculentum)V-H+-ATP酶A亞基的表達水平在鹽脅迫條件下只是瞬間發(fā)生，此后則表現(xiàn)出非應答狀態(tài)[20]且這種現(xiàn)象同樣可以在擬南芥(Arabidopsisthaliana)[21]等植物中觀察到。但是，有些耐鹽植物在幼苗期是非抗鹽性的，其V-H+-ATP酶各亞基的表達不受鹽脅迫的影響，這也可能影響結(jié)論。遺憾的是，目前的許多研究多注重于對V-H+-ATP酶的轉(zhuǎn)錄和表達而忽略了對其活性的分析。在NaCl脅迫條件下，耐鹽植物的V-H+-ATP酶活性、數(shù)量和質(zhì)子轉(zhuǎn)運能力都有大幅度的提高[20-22]，有些耐鹽植物如堿蓬(Suaedasalsa)，其V-H+-ATP酶活性和數(shù)量由Ca2+濃度決定，在一定的Ca2+濃度范圍內(nèi)與之呈正相關[23-24]。因為細胞本身需要增加高滲物質(zhì)的含量，消耗ATP能量，相對的營養(yǎng)生長顯得緩慢，細胞壁增厚，氣體交換時間縮短等，這一系列生理過程形成的組織結(jié)構(gòu)和細胞膜的特異性在脅迫減緩時并不能逆向發(fā)展。這就是耐鹽植物在獨特環(huán)境中的適應性進化。所以，當耐鹽基因(指在鹽脅迫過程中在植物中大量表達的基因)轉(zhuǎn)入非耐鹽植物時，并不能使非耐鹽植物在組織細胞和結(jié)構(gòu)形態(tài)上與耐鹽植物一致，其結(jié)果是導致生命組織系統(tǒng)的不協(xié)調(diào)性。

2.2干旱脅迫 對于V-H+-ATP酶在干旱條件下的功能研究到目前為止還很少。因為液胞對于維持細胞膨壓、保證細胞內(nèi)的離子和代謝產(chǎn)物的濃度起著至關重要的作用，所以對水分脅迫與V-H+-ATP酶活性的變化需要進行細致的研究。旱生植物的葉片為了應對環(huán)境，除了在夜間進行呼吸外，其相適應的結(jié)構(gòu)變化最為明顯，如形成具有發(fā)達儲水組織的肉質(zhì)化葉片等。這種儲水組織通常由大型的細胞組成，其中含有大液泡，滲透壓較高。植物對干旱的應答表現(xiàn)在兩個方面：1)V-H+-ATP酶的活性在氣孔開張期明顯降低，以減少能量消耗；2)低pH值保持高滲物質(zhì)，以維持足夠的膨壓?？梢钥闯?，V-H+-ATP酶活性的應答變化直接與干旱植物所處環(huán)境相適應。另外一些研究表明，當西紅柿處于缺水條件下，V-H+-ATP酶A亞基mRNA沒有明顯的表達而在補充ABA條件下其活性有所提高，同樣的現(xiàn)象在長春花(Catharanthusroseus)細胞中也觀察得到[25-27]。顯然，V-H+-ATP酶活性的應答與外源激素也有關。

2.3重金屬脅迫 雖然一系列植物細胞排毒機制與植物螯合素和金屬硫蛋白的存在有關，但有害物質(zhì)的轉(zhuǎn)運與膜相關[28-29]。植物對金屬的耐性和敏感性與植物種密切相關，并且與膜的性質(zhì)有關，這包括液胞膜及膜中的轉(zhuǎn)運通道等。因此，有理由認為在重金屬存在的條件下，V-H+-ATP酶活性和質(zhì)子轉(zhuǎn)運會有相應的變化。V-H+-ATP酶活性的變化可能對重金屬膜轉(zhuǎn)運產(chǎn)生影響，雖然所有的重金屬在過量情況下可能造成毒害，但植物需要一些特定金屬離子，如Fe、Zn和Ni等[30]?；趯湍附饘匐x子轉(zhuǎn)運通道研究，學者普遍認為，任何種類的金屬都有相應的細胞膜受體轉(zhuǎn)運機制，而這種轉(zhuǎn)運又取決于離子的濃度。這使得不易了解膜轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定性，尤其是某些植物在自然環(huán)境條件下形成的細胞甚至液泡對高濃度金屬離子的適應機制。涉及到金屬的膜轉(zhuǎn)運，必須提到的是要區(qū)別細胞自身的膜轉(zhuǎn)運機制和其對重金屬的耐受機制，因為這些涉及到不同的膜蛋白對底物的競爭從而相互影響原有的活性[31-32]。更為重要的是，一些特定的金屬離子底物在離體細胞研究上可能被轉(zhuǎn)入膜內(nèi)，但這并不意味著在體內(nèi)也是必需的轉(zhuǎn)運離子。因此，要了解轉(zhuǎn)運系統(tǒng)所面臨的離子濃度從而確定底物的轉(zhuǎn)移性?；谏鲜隹紤]，依賴于H+濃度梯度促進金屬離子通過液泡膜中的逆向轉(zhuǎn)運系統(tǒng)就顯得尤為重要，而這個逆向轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的工作動力源就是V-H+-ATP酶。目前，雖然對金屬/H+的逆向轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的研究有些報道，如Cd、Zn和Mn等，但仍需要重復測定其穩(wěn)定性[33-34]。非必需離子，例如Cd的轉(zhuǎn)運通道，很有可能利用了必需離子的通道。但這一結(jié)論仍受限于對其他植物種的試驗。逆向轉(zhuǎn)運需要H+梯度的跨膜電位，而這種跨膜電位則取決于V-H+-ATP酶的活性。因此，可以簡單地假設Cd的轉(zhuǎn)運能量來自于V-H+-ATP酶建立的跨膜電化學梯度[35]。但必須要提出的是，雖然許多試驗證明了金屬離子的存在與H+濃度梯度的相關性，但還沒有數(shù)據(jù)證明金屬離子的轉(zhuǎn)運直接與H+濃度梯度有關。V-H+-ATP酶對硝酸鹽敏感，在巴佛洛霉素(Bafilomycin)濃度為微摩爾濃度水平下其活性即受到抑制[36]。所以，逆向轉(zhuǎn)運在上述抑制劑存在條件下，其活性受到抑制或降低。由于多種轉(zhuǎn)運系統(tǒng)并存于細胞膜上，它們相互制約和影響及不同底物對轉(zhuǎn)運系統(tǒng)本身的作用使得這類研究變得復雜但極具吸引力。如果給定這樣一個事實，即：許多金屬離子的跨膜運轉(zhuǎn)依賴于V-H+-ATP酶所建立的濃度梯度，那么，這對研究植物對重金屬脅迫的適應性機制提供了最直接的切入點。

2.4冷凍脅迫 許多熱帶和亞熱帶植物都無法抵御低溫。除了對寒冷敏感的植物外，大多數(shù)植物包括來自較溫和氣候地區(qū)的植物通常為增加其對低而發(fā)育成具有堅硬的樹干。植物發(fā)育為具備堅硬的表面意味著其應對了低溫造成的對V-H+-ATP酶活性的抑制；pH梯度的形成受到抑制從而使營養(yǎng)物質(zhì)和離子在細胞內(nèi)的分配隔離可能破壞；流質(zhì)膜的特性發(fā)生了變化，不飽和脂肪酸的含量提高[37]。早期的觀察發(fā)現(xiàn)，V-H+-ATP酶的游離亞基與膜內(nèi)亞基在冷凍條件下會分離進而使得V-H+-ATP酶降解[38]，在V-H+-ATP酶失去功能后的細胞中，胞質(zhì)內(nèi)的pH值降低引起酸化，這種結(jié)果可以從其他離體植物細胞中觀察到[39]。V-H+-ATP酶結(jié)構(gòu)的破壞與細胞質(zhì)內(nèi)的酸化直接與植物對低溫的敏感性和耐受性有關[40]。研究指出，V-H+-ATP酶低溫解體的因素還取決于物種來源，如耐寒植物和低溫敏感植物的V-H+-ATP酶在同樣低溫條件下，后者的酶結(jié)構(gòu)更易遭受解體。耐低溫植物在應對低溫的策略上可能采取了啟動P-ATPase活性進而提供補償。PMF的功能對于保持適當?shù)募毎麉^(qū)域化可能對植物適應低溫很有意義。由H+泵建立的PMF可以向逆向轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)提供能量源進而給細胞傳送糖和蛋白，而這些物質(zhì)可以保護細胞抵御低溫帶來的破壞。低溫對V-H+-ATP酶結(jié)構(gòu)的影響以及PMF的減弱可能對細胞攝入物質(zhì)的區(qū)域化分配產(chǎn)生影響。

3 V-H+-ATP的表達調(diào)節(jié)與活性修飾

大麥(Hordeumvulgare)E亞基的mRNA在嫩葉的基部表達量最大，而在其較老部分，例如葉的尖部則較少，老葉的mRNA表達則更少；棉花(Anemonevitifolia)A亞基在快速生長的纖維素細胞有最大量的表達；耐鹽植物在鹽脅迫下可以刺激大量V型ATPase的表達。有趣的是，冰葉日中花(Mesembryanthemumcrystallinum)的c和E亞基的修飾表達并不受高滲物質(zhì)甘露醇參與的影響，這表明了V-H+-ATP酶的表達調(diào)節(jié)主要來自于離子。冰葉日中花中的E亞基的表達不會受到強光照射的影響，但表達受到高熱的影響而停止，低溫則可以刺激其表達[41]。某些植物的V-H+-ATP酶亞基的表達調(diào)節(jié)可能受到植物激素的影響，例如，脫落酸和細胞分裂素對V-H+-ATP酶的活性沒有影響。在赤霉素缺陷型的西紅柿中，c和A、B亞基的表達可以隨著外源赤霉素的使用而提高。因而，V-H+-ATP酶的表達可能受到赤霉素的控制調(diào)節(jié)，但目前其在正常環(huán)境中的意義尚不明確。

除了持續(xù)性的活性調(diào)節(jié)，V-H+-ATP酶歸屬于生物化學調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)或慢或快?？焖僬{(diào)節(jié)V-H+-ATP酶活性對于其他的離子通道給予的驅(qū)動力是非常重要的。給葉片施與高濃度CO2是一個有效的酸性脅迫方法，一項研究指出，在高濃度CO2或短期缺氧的條件下，用31P核磁共振葉片組織，發(fā)現(xiàn)有效補償?shù)腍+快速從基質(zhì)流向原生質(zhì)進入液泡中。當原生質(zhì)內(nèi)的磷酸與甘露糖結(jié)合后，正常pH值的維持將受到影響。顯然，由于甘露糖減少了原生質(zhì)內(nèi)的ATP水平,離子跨膜運輸能力降低。

3.1pH和離子 V-H+-ATP酶的活性可受到Cl-的激發(fā)并在pH中性時表現(xiàn)出最高活性。在pH值上升的條件下，例如pH值為8時，酶的活性僅達到pH值為7的一半。盡管在細胞中Cl-似乎對ATPase的活性不能起到調(diào)節(jié)作用，但理想的pH值是與ATPase的活性及細胞質(zhì)內(nèi)的離子平衡相關的[42]。雖然原生質(zhì)內(nèi)的Cl-和H+的濃度受到例如鹽和缺氧的脅迫，但仍沒有證據(jù)表明其對ATPase有調(diào)節(jié)作用。

3.2酰苷酸和磷酸 ATP是ATPase的底物(250～800 μmol·L-1)，在ATP濃度為0.5～2.0 mmol·L-1時呈上升趨勢。在植物細胞原生質(zhì)內(nèi)，上述濃度域是自然存在的，并不取決于生長條件。ATP降解后的ADP和無機磷酸是ATPase的抑制物。因此，著重于ATPase的效應：當原生質(zhì)內(nèi)的ATP濃度高時，其ADP和無機磷酸的濃度通常都低，反之也一樣，這種類型的調(diào)節(jié)可以解釋晝夜間葉片內(nèi)pH值不同的現(xiàn)象。直接影響電能對于ATPase活性可能與脅迫類型有關，如干旱或缺氧等一些已知具有抑制或積累胞內(nèi)ATP的因素。當水勢從-0.5 MPa下降到-0.8 MPa時，小麥(Triticumaestivum)葉中的ATP/ADP比例從2.8下降到0.3。雖然整個葉片中的酰苷酸水平不應該下降到由干旱引起的ATP/ADP比例變化，可能是上述變化反映了整個葉片內(nèi)的酰苷酸儲備源，因此可能降低ATPase活性并干擾細胞物質(zhì)的分配[41]。

3.3亞基組成的修飾和附加蛋白的調(diào)節(jié) 多項研究表明，在脅迫過程中V-H+-ATP酶的結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化。對具有景天酸代謝途徑(CAM)的植物進行鹽脅迫，其V-H+-ATP酶會形成Di亞基[17,43]，而亞基數(shù)量的改變有時并不直接影響酶活性，并且有可能是一種必要的修飾過程。一些特定植物種的V-H+-ATP酶固有的亞基會出現(xiàn)等位多肽，如A和B亞基在等電聚焦兩相電泳時會出現(xiàn)同樣分子量的多肽，且其氨基酸的序列與數(shù)目幾乎一樣。這種等位多肽的數(shù)目因物種和組織特異性而不同，但這種等位多肽的存在意義尚不明確[44]。另外，有些亞基在脅迫情況下會產(chǎn)生姊妹對(Chaperone)，即在亞基上附著幾乎同分子量的蛋白質(zhì)多肽。大多數(shù)研究者認為姊妹對的產(chǎn)生是脅迫條件下維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的輔助因子。許多物種在不同脅迫條件下都會產(chǎn)生姊妹對，因此可以認為，多肽的產(chǎn)生對細胞生命活動中的關鍵酶或亞基的穩(wěn)定起著非常重要的意義。

4 討論與展望

土壤鹽漬化是一個世界性的資源問題和生態(tài)問題。據(jù)世界環(huán)境規(guī)劃署統(tǒng)計，全球陸地面積近10%為各種鹽漬土，我國也有近3 000萬hm2的鹽漬化土壤，約占全國可耕地面積的25%。當今世界人口急劇增長，工業(yè)高速發(fā)展，耕地面積不斷減少，且不合理灌溉和超量使用化肥造成了大量可耕地的次生鹽漬化。農(nóng)作物基本上都屬于非鹽生植物，如何能使經(jīng)濟作物正常生長在鹽堿生境中并能獲得較高產(chǎn)量，是長期以來科學家研究的熱點問題之一。因此，開發(fā)和有效利用鹽堿土地以提高作物產(chǎn)量在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的現(xiàn)實意義。

相關的植物生理學研究表明，鹽生植物之所以能在鹽堿土壤生境中正常生長，是因為鹽生植物能夠把土壤生境中的以Na+為代表的無機離子吸收并在液泡中積累，避免了Na+等無機離子在細胞質(zhì)中積累過多而導致植物生理代謝紊亂。植物維持細胞質(zhì)中的低Na+水平，保持細胞的離子穩(wěn)態(tài)，使細胞免受鹽堿離子傷害是通過細胞限制Na+內(nèi)流，增加Na+外排，或者把其區(qū)隔化到液泡中[45]，這些生理活動和過程都與植物H+-ATP酶有著密不可分的關系，它們消耗大量的能量大部分都需要由ATP酶通過水解來提供。液泡作為調(diào)節(jié)細胞膨壓、代謝產(chǎn)物儲存、有毒物質(zhì)積累和信號轉(zhuǎn)導等方面起重要作用的細胞器，液泡膜上的質(zhì)子泵向液泡內(nèi)轉(zhuǎn)動質(zhì)子，在膜兩側(cè)形成質(zhì)子梯度，作為驅(qū)動力通過液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運體，將胞質(zhì)中Na+泵入液泡內(nèi)，減輕細胞質(zhì)中Na+的毒害作用，同時又起到滲透調(diào)節(jié)作用，緩解水分脅迫。進入根細胞內(nèi)的Na+在液泡內(nèi)積累后，減少向地上部運輸，減輕對地上部光合作用的影響，保持植物的正常生理活動。因此，Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運體對植物耐鹽性起重要作用。目前，已從擬南芥、水稻(Oryzasativa)、鹽芥(Thellugiellahalophila)、堿蓬等多種植物中克隆到了Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運體基因，AtNHX1是鑒定的第1個液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白基因，此基因在植物中過表達后可以提高轉(zhuǎn)基因植物的耐鹽性[46-47]。植物耐鹽性是一個復雜性狀，是多個基因相互作用的結(jié)果。過去一般認為，單一基因不能顯著提高植物的耐鹽性，但轉(zhuǎn)單一的Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運體基因能夠顯著提高植物的耐鹽性，可能是Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運體基因?qū)胫参锖螅せ盍艘幌盗心望}相關的基因，從而提高了植物耐鹽性[48]，說明轉(zhuǎn)基因和育種技術(shù)相結(jié)合培育耐鹽植物品種是可行的。但Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運體是依賴跨膜H+電化學勢的，即H+-ATP酶水解ATP產(chǎn)生的能量，所以鹽脅迫下V-H+-ATP酶與Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運體的協(xié)同作用可能對植物的抗鹽性更為重要。因此，深入了解液泡型(或質(zhì)膜型)Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運體與液泡(或質(zhì)膜)質(zhì)子泵如何協(xié)調(diào)響應鹽脅迫，然后利用分子生物學的方法和手段研究其相關基因，將其分離、克隆并導入到非抗鹽植物中，可培育出抗鹽的轉(zhuǎn)基因植物新品種。

盡管植物抗鹽性是受多基因控制的，但隨著對植物抗鹽分子機制及植物耐鹽的生理學和生物化學方面研究的深入，更多的耐鹽基因得到分離和克隆，通過基因工程等手段培育出耐鹽植物并建立與之相配套的栽培技術(shù)，也許可以達到合理、有效地利用鹽堿地的目的。

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