王潔 孟秋峰 任錫亮

摘要? ? 鹽脅迫是嚴重影響作物生長發(fā)育的主要非生物脅迫之一。植物在鹽脅迫下會產(chǎn)生一系列生理生化變化，創(chuàng)制改良耐鹽種質(zhì)、培育耐鹽品種是提高農(nóng)作物耐鹽性的有效手段。十字花科作物是重要的蔬菜和經(jīng)濟作物。本文系統(tǒng)總結了近年來國內(nèi)外十字花科作物耐鹽性研究的相關進展，主要包括耐鹽種質(zhì)鑒定方法及技術、耐鹽種質(zhì)篩選、耐鹽分子機理等，以期為十字花科作物耐鹽種質(zhì)創(chuàng)制和新品種遺傳選育提供有益的參考。

關鍵詞? ? 十字花科作物;耐鹽性;種質(zhì)篩選;耐鹽分子機理

中圖分類號? ? S637? ? ? ? 文獻標識碼? ? A? ? ? ? 文章編號? ?1007-5739（2019）12-0060-02

Abstract? ? Salt stress is one of an abiotic stresses that affects severely the growth and development of the crops.Under salts tress，a series of physiological and biochemical changes can occur in plants.Breeding improved salt-tolerance germplasms and varieties is an effective means to improve the salt tolerance of crops.Brassicaceae crops are important vegetables and cash crops.In this article，we systematically summarized the recent advances of salt tolerance in Brassicaceae crops at home and abroad，including the techniques of salt-tolerance germplasms identification，the screening of salt-tolerance germplasms and the molecular mechanism of salt tolerant，in order to provide valuable references for developing salt-tolerance germplasms and genetic breeding in Brassicaceae crops.

Key words? ? Brassicaceae crops;salt tolerance;germplasm screening;molecular mechanism of salt-tolerance identification

土壤鹽堿化嚴重影響作物生產(chǎn)、環(huán)境健康和經(jīng)濟發(fā)展，是制約現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一。鹽堿地在世界范圍內(nèi)分布很廣，據(jù)聯(lián)合國教科文組織（United Nations Educational，Scientific and Cultural Organization）與聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations）不完全統(tǒng)計，全球鹽堿化土地總面積約9.5億hm2，約占世界陸地總面積的10%。我國鹽堿（漬）地面積約為9 913萬hm2，是世界鹽堿地大國之一，其中嚴重鹽漬化土壤大約3 666.7萬hm2，主要分布在包括東北、西北、華北和濱海地區(qū)在內(nèi)的17個省份[1]。浙江省作為我國東部沿海的省份，共有灘涂資源26.067萬hm2，其中絕大部分仍未脫鹽，甚至還不斷遭受鹽漬危害[2]。

十字花科作物廣泛分布于全世界，主產(chǎn)于北溫帶，特別是地中海地區(qū)，我國也有廣泛的種植。該科主產(chǎn)蔬菜和油料作物，少數(shù)供藥用、觀賞和作飼料。十字花科蔬菜種類很多，主要有白菜類、甘藍類、芥菜類、蘿卜類等;油料作物主要為油菜。十字花科植物富含芥子苷、脂肪酸、生物堿、硫苷類等成分，具有重要的營養(yǎng)價值和藥用價值。

面對日益增長的人口數(shù)量和鹽堿地面積，十字花科作物耐鹽育種研究已成為該科作物遺傳育種研究的重要方向之一。本文就國內(nèi)外開展的十字花科作物種質(zhì)耐鹽性鑒定方法和技術、耐鹽種質(zhì)篩選、耐鹽性的遺傳和分子機理以及未來研究的展望等進行綜述，以期為進一步開展十字花科作物的耐鹽育種研究提供參考。

1? ? 十字花科作物種質(zhì)耐鹽性評價體系

1.1? ? 評價時期

植物生長周期主要包括萌發(fā)期、營養(yǎng)生長期和生殖生長期。鹽害會對植物生長發(fā)育造成不利影響，而植物的耐鹽程度也因不同發(fā)育階段而存在差異。在植物生長發(fā)育過程中，最脆弱的時期是萌發(fā)期和幼苗期。植物在鹽脅迫環(huán)境下能否順利萌發(fā)以及幼苗期能否能順利生長，在一定程度上能反映其耐鹽性。徐芬芬等[3]用不同濃度的NaCl脅迫處理萌發(fā)期的蘿卜種子，在一定程度上探明了鹽脅迫對蘿卜種子萌發(fā)的影響。梅? 燚等[4]研究了不同強度的鹽脅迫對蘿卜幼苗的影響，發(fā)現(xiàn)隨鹽分的升高，葉片鮮重、地上部鮮重等7個指標出現(xiàn)明顯下降。楊? 飛等[5]以13個不結球白菜品種與6個結球白菜品種種子為試驗材料，研究了不同濃度NaCl脅迫處理對種子發(fā)芽和幼苗生長的影響，發(fā)現(xiàn)低濃度NaCl脅迫對白菜種子萌發(fā)和幼苗生長存在一定的促進作用，隨著NaCl脅迫濃度的升高，種子發(fā)芽時間推遲，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢及幼苗生長情況等呈顯著下降趨勢。劉自剛等[6]采用NaCl模擬脅迫法研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫對白菜型冬油菜種子萌發(fā)和幼苗的生理特征、離子穩(wěn)態(tài)、光合特性等都產(chǎn)生了嚴重的影響。大量研究表明，種子萌發(fā)及幼苗期是十字花科作物耐鹽性評價的常用時期。

1.2? ? 植物材料培養(yǎng)方法

很多研究發(fā)現(xiàn)，鈉離子和氯離子在鹽漬化土壤中占有較高的比例。因此，植物耐鹽評價常常采用NaCl處理模擬鹽脅迫。在植物材料的培養(yǎng)上，有人工基質(zhì)培養(yǎng)、沙培、水培、采集鹽漬土壤盆栽、無菌苗培養(yǎng)基培養(yǎng)等。采用水培的方法可以對鹽分及其他營養(yǎng)成分進行嚴格控制，便于各試驗組之間的分析比較，是許多研究人員普遍接受的方法。但也有人對水培條件下的試驗結果存在質(zhì)疑[7]。

1.3? ? 評價指標

鹽脅迫對植物的影響主要體現(xiàn)在2個方面，一是對植物生長發(fā)育的影響，二是對植物生理生化代謝方面的影響。植物生長發(fā)育評價指標主要有種子萌發(fā)（包括發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等方面）、苗期根長、苗高、鮮重、干重、植物存活率、植物生物量等。生理生化指標主要有細胞膜通透性、光合作用參數(shù)、丙二醛含量、抗氧化物、內(nèi)源有機滲調(diào)節(jié)劑等[8]。

1.4? ? 綜合評價策略

植物耐鹽性是多種生理過程總體反應的結果，不同植物在不同生長時期的耐鹽性都存在差異，因而任何單一指標都不能有效且準確地評價其耐鹽性。因此，采用多項指標對植物耐鹽性進行綜合評價是相對比較科學合理的。植物耐鹽性綜合評價方法有很多，主要有主成分分析法、相關分析法、隸屬函數(shù)法、主成分賦分權重法、回歸分析及通經(jīng)分析法等。實際應用中大多采用多種方法進行綜合評價[9]。

2? ? 十字花科作物耐鹽種質(zhì)篩選

不同品種的十字花科作物抗鹽性差異較大，篩選和利用耐鹽種質(zhì)對耐鹽品種選育和改良鹽堿土壤環(huán)境具有重要意義。目前，關于十字花科蔬菜種質(zhì)資源耐鹽性評價方面的研究主要集中在油菜、白菜、蘿卜、芥菜等少數(shù)常見的蔬菜作物上。梅? 燚等[10]通過對比清水浸種和對應的鹽分溶液浸種發(fā)現(xiàn)，清水浸種的方式能提高高鹽分脅迫下種子的發(fā)芽指標。在發(fā)芽期對蘿卜進行不同濃度的鹽分處理（0.2%～1.0%）后，發(fā)現(xiàn)低鹽分濃度（0.2%、0.4%）對蘿卜種子生長的各個指標影響不大，在0.2%鹽分濃度下還能對蘿卜發(fā)芽生長產(chǎn)生一定的促進作用;但高鹽分嚴重抑制種子生長，并且隨著鹽分濃度增大，抑制作用逐漸增強。通過綜合比較，6個蘿卜品種發(fā)芽期耐鹽性為新夏圓白>W1029=夏圓白>南洋白荔枝=春一點紅>四季紅3號。崔世友等[11]通過實地測定灘涂上生長的葉用芥菜的根際土壤電導率，鑒定出了強耐鹽的葉用芥菜材料，其耐鹽性強于大麥等耐鹽性較強的作物，可在EC1：5值達2.366 mS/cm的濱海鹽土上生長。王治紅等[12]以6個耐鹽性不同的白菜型冬油菜種子為材料，研究不同冬油菜種子萌發(fā)時的耐鹽能力，發(fā)現(xiàn)135～180 mmol/L鹽濃度是耐鹽性鑒定的適宜范圍，發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚芽長和鮮重對鹽脅迫最為敏感。用隸屬函數(shù)法對6個品種的耐鹽性進行綜合評價，耐鹽性強弱順序依次為ky-1>ky-10-191>平油1號>ky-NDJ>10-191>NDJ。徐芬芬等[13]采用水培的方法研究了30個目前我國廣泛栽培的不結球白菜品種種子萌發(fā)期的耐鹽性，結果表明，耐鹽指數(shù)位于前3位的品種分別為四倍體矮腳黃、秦白二號和北京小雜56。從耐鹽等級分析結果可以看出，四倍體矮腳黃為高耐鹽品種，秦白二號、北京小雜56為耐鹽品種，上海雞毛菜、鄭研小包23、豐抗90等10個品種為中等耐鹽品種，鄭白小包頭、美味四季小白菜、精品四月白、新優(yōu)抗70等14個品種為鹽敏感品種，而矮抗青、改良605和日本綠寶等3個品種為高敏感品種。朱孔志等[14]通過在江蘇沿海灘涂鹽堿地中低產(chǎn)田種植5個雙低油菜品種，比較不同油菜品種間的生物學特性、越冬特性以及產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀，篩選出適合在鹽堿地高產(chǎn)栽培且適合機械化作業(yè)的3個油菜品種，分別是滬油39、蘇油6號和浙油51。同時研究發(fā)現(xiàn)，二次分枝數(shù)與產(chǎn)量存在極顯著相關，這對耐鹽油菜品種理想株型的構建、篩選及機械化推廣具有非常重要的意義。

3? ? 十字花科作物耐鹽分子機理研究

隨著分子生物學技術的快速發(fā)展，科學家們越來越關注對十字花科作物耐鹽性的遺傳及分子機理的研究。Memon[15]研究發(fā)現(xiàn)，S44基因有助于增強不接球白菜的耐鹽性并通過同源克隆的方法獲得了長度為294 bp的S44基因。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，ALA能夠促進S44基因的表達，且根的表達量高于葉片。杜? 坤等[16]使用農(nóng)桿菌介導的油菜下胚軸轉化方法，將來自巴西旱稻的OsLTP基因?qū)氲礁仕{型油菜中，發(fā)現(xiàn)在100、200 mmol/L NaCl處理下，轉基因植株的生物量、葉片抗氧化酶活性、葉綠素積累量和PSⅡ活性均比對照植株高，而葉片MDA含量比對照低，認為外源OsLTP基因通過保持葉片中PSⅡ的活性、提高抗氧化酶活性、維持葉綠素的積累等途徑來提高轉基因甘藍型油菜的耐鹽水平。徐俊芝[17]開展了油菜素內(nèi)酯（BR）誘導下AOX1a基因?qū)娌丝果}性的調(diào)控機理的研究，發(fā)現(xiàn)芥菜DET1、DET2、DWF1、DWF4基因的相對表達量不受AOX1a基因的影響，推測芥菜BR的生物合成不受AOX1a表達的調(diào)控。孫小川[18]利用高通量測序鑒定到71個鹽脅迫響應miRNAs及其581個靶基因，其中miR414-CIPK21、miR396-APX1、miR398-CSD1和miR397-LACs等miRNAs參與了蘿卜鹽脅迫響應過程。進一步結合miRNAs、轉錄組與蛋白組信息初步提出了蘿卜肉質(zhì)根鹽脅迫響應的分子機制。遭遇鹽脅迫時，植物感受到脅迫信號并通過一系列信號途徑（鈣離子信號途徑等）將脅迫信號進行傳遞，進而激活下游脅迫響應機制的表達。在這個過程中，MYB、AP2/ERF、NAC、bZIP和bHLH等轉錄因子主要起到了調(diào)控下游脅迫響應基因的表達。脅迫響應基因參與應對鹽脅迫造成的活性氧傷害、滲透脅迫、離子不平衡等一系列傷害。另外，一些miRNA也通過在轉錄后水平調(diào)節(jié)脅迫相關基因的表達在蘿卜鹽脅迫響應中發(fā)揮作用。皮明雪[19]通過在甘藍型油菜中過表達BnTR1基因發(fā)現(xiàn)，過表達BnTR1可以在一定程度上提高甘藍型油菜的耐鹽性，并通過一系列試驗結果推測，BnTR1可能與其互作蛋白CRT1b、CAT2和CIPK9共同作用，通過抗氧化酶系統(tǒng)清除ROS來增強甘藍型油菜的耐鹽性。賀亞軍等[20]采用TASSEL 5.0軟件，在最優(yōu)模型下對307份甘藍型油菜材料耐鹽各性狀的相對值分別與SNP標記進行全基因組關聯(lián)分析。利用油菜基因組數(shù)據(jù)庫，在顯著 SNP位點側翼序列200 kb范圍內(nèi)提取基因，共檢測到225個與耐鹽性狀顯著關聯(lián)的SNP位點，篩選出50個可能與油菜耐鹽性有關的候選基因。這些候選基因主要包括轉錄因子MYB、WRKY、ABI1、bZIP、ERF1、CZF1、XERICO等以及一些下游受轉錄因子調(diào)控的不同功能基因NHX1、PTR3、CAT1、HKT、CAX1、ACER、STH、STO等，為揭示甘藍型油菜耐鹽遺傳機制提供了非常有價值的信息。

4? ? 問題與展望

鹽堿地是我國可供開發(fā)利用的寶貴資源，農(nóng)業(yè)開發(fā)利用潛力巨大。鹽堿地開發(fā)利用的主要途徑是土壤改良和耐鹽品種的選育，而耐鹽種質(zhì)資源的挖掘與創(chuàng)新利用是耐鹽品種選育的基礎和關鍵。目前，無論是對十字花科作物耐鹽種質(zhì)的評價還是耐鹽機理的研究，其深度和廣度都與水稻等主要糧食作物之間存在較大的差距。主要表現(xiàn)：①目前，在實驗室條件下進行耐鹽鑒定基本以單鹽或混合鹽堿進行脅迫，與野外環(huán)境存在很大差異，實驗室的研究結果很難在實際環(huán)境中得到應用;②鑒定技術和鑒定標準集中在發(fā)芽期至苗期，缺乏統(tǒng)一規(guī)范的十字花科作物全生育期耐鹽性鑒定技術規(guī)程;③耐鹽相關的QTL定位和基因克隆較少，可直接應用于十字花科蔬菜耐鹽品種選育及應用的較少;④耐鹽分子機理研究不夠深入。針對以上問題，對十字花科作物耐鹽種質(zhì)的創(chuàng)新和利用提出以下建議：①模擬真實的試驗條件，為種質(zhì)資源篩選鑒定及引種栽培提供準確的依據(jù);②加快耐鹽性評價體系的建立與鑒定技術標準的制訂，構建融合多種技術方法的精準鑒定技術體系;③對現(xiàn)有種質(zhì)資源進行深度精準挖掘，篩選創(chuàng)制突變體，開展耐鹽分子機制和耐鹽基因挖掘研究;④加快傳統(tǒng)育種與分子育種的融合，利用分子生物技術手段，在全基因組序列的基礎上開展大規(guī)模分子靶點的發(fā)掘，加速耐鹽核心種質(zhì)創(chuàng)制及新品種選育。

5? ? 參考文獻

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