趙丹，紀(jì)鵬，何曉蕾，景艷麗，張濤，王洪義

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，大慶 163319）

草本植物是指一類莖葉未發(fā)生木質(zhì)化的植物的統(tǒng)稱[1]，既包括玉簪、萱草、三色堇、百日草、彩葉草、水仙等園林花卉，也包括棉花、水稻、黃瓜等農(nóng)作物。草本植物不僅具有凈化空氣、改善區(qū)域小氣候、減弱噪音、降低大氣和水體污染、防止水土流失的生態(tài)作用價(jià)值，還兼具觀賞價(jià)值以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值[2-3]。草本植物與木本植物是我們?cè)谏钪谐Ｒ姷闹参镱愋?，而木本植物由于其莖葉的高度木質(zhì)化對(duì)自身具有一定的保護(hù)作用，所以生命力更頑強(qiáng)。相較之下，草本植物在遭受逆境脅迫時(shí)生長(zhǎng)受限的問題更為嚴(yán)重。過于強(qiáng)烈的光照、持續(xù)性的降雨、肥力較弱的土層條件、以及輕、中、重度的鹽漬土壤條件等均會(huì)抑制草本植物的生長(zhǎng)，甚至致使其死亡。全世界約有9.5×10 hm2鹽漬土壤，而這種比例每年還在持續(xù)的上升。同時(shí)我國的土壤情況也不容樂觀，由于降水量較少，灌溉措施不合理，土壤水分的蒸發(fā)量又相對(duì)較大，導(dǎo)致鹽分易在地表聚集，我國鹽漬化土地已達(dá)到現(xiàn)有耕地面積的10%。由此可見，土壤鹽漬化既是我國也是世界性的生態(tài)和資源問題[4]，這是目前為止在世界上對(duì)草本植物生長(zhǎng)具有最大影響作用的環(huán)境因素之一。土壤過分鹽漬化不僅會(huì)對(duì)植物的株高、葉型、葉色等形態(tài)特性造成一定的影響，甚至對(duì)未萌發(fā)的種子也能產(chǎn)生一定的抑制作用，這種抑制作用的結(jié)果可能會(huì)因鹽脅迫程度的不同而存在差異。通常情況下，輕度鹽脅迫會(huì)使草本植物種子的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損，其功能也會(huì)發(fā)生改變，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)降低，出苗時(shí)間延緩，不利于植物的生長(zhǎng)；而重度鹽脅迫則會(huì)直接導(dǎo)致草本植物的種子因喪失活力而無法萌發(fā)，同時(shí)也會(huì)引發(fā)草本植物一系列的生理代謝紊亂，如體內(nèi)氨積累過多而產(chǎn)生氨害、光合速率降低、植物葉片氣孔關(guān)閉等，甚至致使其幼苗的死亡[5]。因此，提高草本植物種子及幼苗抗鹽脅迫的能力成為近些年重點(diǎn)的研究課題。

水楊酸（salicylic acid，SA）是植物體內(nèi)一類重要的酚類化合物，在植物應(yīng)對(duì)脅迫過程中發(fā)揮信號(hào)分子作用[6]，可以參與并調(diào)控草本植物體內(nèi)部一些重要的生理代謝活動(dòng)，強(qiáng)化植物抗逆性以及誘導(dǎo)防御反應(yīng)的發(fā)生。早在1828 年植物學(xué)研究者們便已經(jīng)對(duì)SA 進(jìn)行了分離和提純，雖然對(duì)SA 的發(fā)現(xiàn)較早，但并沒有進(jìn)行較為深入的探討，直至20 世紀(jì)60 年代，研究者們才又一次將目光聚焦到SA 類物質(zhì)上。在近些年的一些研究中發(fā)現(xiàn)外施SA 具有提高草本植物對(duì)于非生物脅迫抗性的作用[7]，如對(duì)香水百合加施一定濃度的SA，可有效緩解低溫對(duì)其產(chǎn)生的危害，并提高其超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）活性[8]；外源SA 能誘導(dǎo)德國鳶尾SOD和POD 活性提高，并提高其耐鹽性[9]。研究發(fā)現(xiàn)SA不僅具有誘導(dǎo)草本植物種子產(chǎn)生耐鹽性的作用[10-13]，還能促進(jìn)草本植物種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)[14-16]。同時(shí)，與傳統(tǒng)誘導(dǎo)物質(zhì)相比SA 具有方便高效、無毒無害、無殘留等優(yōu)點(diǎn)，在誘導(dǎo)植物抗性的同時(shí)不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。因此，探究SA 對(duì)鹽脅迫下草本植物種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的誘導(dǎo)作用機(jī)理，能為我國鹽堿地區(qū)草本植物的品種應(yīng)用、土壤修復(fù)和園林綠化提供一定的理論依據(jù)。

1 SA 對(duì)鹽脅迫下草本植物種子萌發(fā)的影響

鹽分濃度對(duì)于草本植物種子萌發(fā)的影響主要體現(xiàn)在增效效應(yīng)、負(fù)效效應(yīng)以及完全阻抑效應(yīng)。其中低濃度鹽分能促進(jìn)草本植物種子的萌發(fā)，隨著鹽濃度的上升，種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)以及活力指數(shù)都隨之減小，而過高的鹽濃度則會(huì)對(duì)種子萌發(fā)起抑制作用[17]。在鹽脅迫對(duì)堿茅種子萌發(fā)影響的研究中發(fā)現(xiàn)，在鹽濃度低于0.54 g·100-1mL 時(shí)，堿茅種子的累積發(fā)芽率隨其升高呈上升趨勢(shì)；鹽濃度在0.54～0.72 g·100-1mL 之間時(shí)，種子發(fā)芽率處于穩(wěn)定狀態(tài)；而在0.72～4.74 g·100-1mL 之間時(shí)，堿茅種子的萌發(fā)總曲線隨鹽濃度的升高卻持續(xù)下降；當(dāng)高于4.74 g·100-1mL 時(shí)種子發(fā)芽率逐漸趨向于零[18]。在對(duì)粉色波斯菊的研究中發(fā)現(xiàn)當(dāng)NaCl 濃度為15 mmol·L-1時(shí)，發(fā)芽率為76.67%，高于對(duì)照組的46.67%；而當(dāng)NaCl 濃度大于35 mmol·L-1時(shí)，種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)均顯著降低[4]。在對(duì)星星草的研究中發(fā)現(xiàn)低于0.6 g·100-1mL 的鹽濃度能促進(jìn)種子萌發(fā)；而鹽濃度介于0.7～3.6 g·100-1mL 之間時(shí)，種子的萌發(fā)率和累積發(fā)芽率明顯下降；鹽濃度高于3.7 g·100-1mL 會(huì)抑制星星草種子的萌發(fā)[19]。對(duì)于黑麥草、高羊茅和早熟禾[20]等草本植物的相關(guān)研究中也得到了與相似的結(jié)果。

SA 對(duì)鹽脅迫下草本植物的種子萌發(fā)具有一定促進(jìn)作用，但這種促進(jìn)作用會(huì)因植物種類以及鹽脅迫程度的不同存在一定的差異性，如在對(duì)百日草[21]、花椰菜[13]、小麥[11]、紫蘇[22]、小黑麥[23]、黃瓜[24]、孔雀草[25]的研究中發(fā)現(xiàn)外施SA 對(duì)種子的萌發(fā)均有一定的促進(jìn)作用，但是SA 的最適誘導(dǎo)濃度存在一定差異。在SA 對(duì)鹽脅迫下三角濱藜種子[26]和幼苗抗鹽能力影響的研究中發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組SA 能夠提高三角濱藜種子的萌發(fā)率，但在鹽脅迫下卻促進(jìn)了鹽害對(duì)種子的抑制作用。在SA 對(duì)鹽脅迫下廣藿香種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的研究中發(fā)現(xiàn)[16]，一定濃度范圍內(nèi)的SA 可有效緩解廣藿香的鹽害程度，而0.5 mmol·L-1SA 處理卻加劇了鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用。造成這些差異的原因可能是植物的抗鹽能力和耐受性不同。

2 SA 對(duì)鹽脅迫下草本植物幼苗生長(zhǎng)的影響

通常在土壤含鹽量超過0.2%～0.25%時(shí)，就會(huì)對(duì)植物造成鹽分脅迫，使植物生長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生異常狀況，如植株矮小，葉片過小而呈暗綠色、似干旱缺水狀態(tài)。在鹽脅迫下，草本植物會(huì)在形態(tài)結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生相應(yīng)的改變來適應(yīng)環(huán)境。鹽脅迫對(duì)草本植物最明顯最普遍的作用就是抑制生長(zhǎng)[27]。不同程度的鹽分脅迫使小麥幼苗、芙蓉葵株高生長(zhǎng)量下降，同時(shí)降低了芙蓉葵的莖粗增長(zhǎng)量[28]。隨著NaCl 濃度的升高，番茄的株高、根長(zhǎng)顯著降低；隨著鹽處理時(shí)間的增加，新發(fā)根數(shù)逐漸減少[29]。在鹽脅迫對(duì)蘆薈幼苗生長(zhǎng)情況影響的研究中發(fā)現(xiàn)，其葉片的生長(zhǎng)速率以及干物質(zhì)的積累量顯著降低[30]。鹽脅迫下雪菊幼苗株高、根長(zhǎng)、根干鮮重、地上部干鮮重均隨鹽濃度的升高而降低[31]。但對(duì)高羊茅鹽脅迫研究中發(fā)現(xiàn)，低鹽脅迫對(duì)幼苗地上部分和根系的鮮重、干重和含水量影響不大，而高鹽環(huán)境會(huì)嚴(yán)重影響其幼苗的生長(zhǎng)，且對(duì)其地上部分的抑制作用要大于根部[32]。

鹽脅迫下，外源SA 對(duì)植物幼苗生長(zhǎng)的促進(jìn)作用隨其濃度的升高而降低。SA 緩解鹽脅迫對(duì)草本植物幼苗生長(zhǎng)影響的最佳濃度因植物種類的不同而有所差異。研究發(fā)現(xiàn)，外施0.25 mmol·L-1SA 能有效提高苜蓿幼苗的株高、根長(zhǎng)和鮮重[33]；0.6 mmol·L-1SA 對(duì)鹽脅迫下沙打旺幼苗株高和干重的增加效果最好[34]；而0.25 mmol·L-1的SA 為增強(qiáng)鹽脅迫下廣藿香幼苗的環(huán)境適應(yīng)能力的最佳濃度[16]。

3 SA 對(duì)鹽脅迫下草本植物種子及幼苗生理生化的影響

3.1 抗氧化酶系統(tǒng)

鹽脅迫時(shí)，植物往往會(huì)通過增加抗氧化酶的合成來抑制過氧化氫、超氧陰離子等過氧化物對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜的膜脂過氧化作用[35]。SOD、POD、多酚氧化酶（PPOD）是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶類，其中SOD 和POD 可有效清除自由基，從而減少自由基對(duì)植物造成氧化損傷[36]。研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用較低濃度的SA 處理草本植物種子及幼苗能提高其SOD、POD、PPOD 等的活性[37]，如外施0.25 mmol·L-1SA 誘導(dǎo)早熟禾能促進(jìn)CAT、POD、SOD 活性的提高[38]，0.05 mmol·L-1SA誘導(dǎo)小麥會(huì)促使其SOD、POD、PPOD 活性上升[39]，0.1 mmol·L-1SA 處理黃芪種子，其POD 活性提高最大[40]，但提高程度可能與植物體內(nèi)的抗氧化酶含量與內(nèi)源SA 水平有關(guān)。

丙二醛（MDA）是植物在鹽脅迫下膜脂過氧化的重要產(chǎn)物，其含量的高低可表明細(xì)胞膜損傷程度。研究發(fā)現(xiàn)，SA 處理能夠降低鳳仙花[41]、紫蘇[22]、紅花[42]、辣椒[43]等草本植物內(nèi)的MDA 含量，降低細(xì)胞膜通透性和膜脂過氧化作用，從而減少鹽脅迫對(duì)植物的損傷，增強(qiáng)草本植物對(duì)鹽脅迫的抗性。

3.2 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)

在自然界中，脅迫往往不是單一存在的，如鹽脅迫會(huì)使?jié)B透勢(shì)增高從而使土壤水勢(shì)降低，植物根系的吸水能力減弱，甚至倒流外滲，發(fā)生生理干旱[44]。在發(fā)生此類情況時(shí)細(xì)胞會(huì)通過滲透調(diào)節(jié)來降低細(xì)胞水勢(shì)等以維持正常的生理代謝活動(dòng)，參與滲透調(diào)節(jié)的物質(zhì)主要有兩大類，其一是從外界進(jìn)入植物細(xì)胞內(nèi)的無機(jī)離子，如Cl-、NO3-和無機(jī)鹽等，其二是細(xì)胞內(nèi)合成的有機(jī)物，如游離脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等[45]。

鹽脅迫促使生理干旱的發(fā)生，而水分的缺失導(dǎo)致植物對(duì)礦質(zhì)元素的吸收能力降低，從而使植物的滲透調(diào)節(jié)主要依靠大分子有機(jī)物[46]。藜麥在鹽脅迫過程中，可溶性糖、游離脯氨酸含量隨鹽濃度的升高和處理時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸升高[47]。在對(duì)大穗結(jié)縷草、溝葉結(jié)縷草和日本結(jié)縷草的耐鹽性研究中發(fā)現(xiàn)，隨鹽濃度增加游離脯氨酸的含量呈上升趨勢(shì)[48]。游離脯氨酸作為主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，主要在細(xì)胞質(zhì)中累積，這一過程是植物在鹽脅迫下自身應(yīng)變出的防御性行為，同時(shí)也是其遭受逆境脅迫的一種信號(hào)[49]?？扇苄蕴强蔀槲镔|(zhì)的合成提供能量基礎(chǔ)，作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中十分重要。在對(duì)鹽脅迫下月見草滲透調(diào)節(jié)作用的研究中發(fā)現(xiàn)可溶性糖隨鹽濃度的升高而降低，游離脯氨酸含量的變化與其相反，而可溶性蛋白則呈先升后降的趨勢(shì)[50]。長(zhǎng)春蔓在鹽脅迫過程中，隨著鹽濃度的增加，可溶性蛋白和游離脯氨酸含量先升后降，可溶性糖含量呈上升趨勢(shì)[51]。0.5～1.5 mmol·L-1SA 處理的花椰菜[13]游離脯氨酸、可溶性糖含量較高；1 mmol·L-1SA 處理的茄子幼苗[52]游離脯氨酸含量升高，外源SA 明顯增加了德國鳶尾[9]的可溶性糖、可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，有效緩解了鹽脅迫對(duì)植物的危害。

3.3 植物激素

植物在生長(zhǎng)發(fā)育過程中的細(xì)胞分裂、體積增大、形態(tài)建成等生長(zhǎng)過程都與植物內(nèi)源激素水平密不可分，如生長(zhǎng)素（IAA）可促進(jìn)植物側(cè)根和不定根的形成，赤霉素（GA）能促進(jìn)莖的伸長(zhǎng)[53]。植物激素沒有明顯的專一性，一種激素能夠在多種生理效應(yīng)中進(jìn)行參與，而多種激素又可以調(diào)節(jié)同一生理過程[54]。

通常，處于鹽脅迫下的草本植物會(huì)通過改變自身內(nèi)源激素水平的方式來緩解脅迫所帶來的傷害。在對(duì)鹽脅迫下菊芋內(nèi)源激素調(diào)節(jié)的研究中發(fā)現(xiàn)，中度鹽脅迫下葉片和塊莖中IAA 和GA3 合成受到抑制，脫落酸（ABA）合成得到促進(jìn)[55]。鹽脅迫下油葵種子在萌發(fā)過程中ABA 含量隨鹽濃度升高產(chǎn)生先降低后升高的趨勢(shì)，而GA3 則相反[56]。鹽脅迫下植物體內(nèi)的ABA 含量可在短時(shí)間內(nèi)顯著增加[57]，而GA 和細(xì)胞分裂素（CTK）含量則有不同程度的降低。外源SA 可誘導(dǎo)小麥幼苗IAA 和CTK 含量增加，但同時(shí)抑制其ABA 含量[58]。在對(duì)外施SA 促進(jìn)百合鱗莖膨大和其內(nèi)源激素含量變化的研究中發(fā)現(xiàn)，ABA 和GA3 含量下降，IAA 含量上升[59]。外施SA 誘導(dǎo)甜菜提高其葉片IAA 和GA 的含量，降低ABA 含量[60]。

3.4 植物的光合作用和蒸騰作用

鹽脅迫會(huì)對(duì)葉綠體結(jié)構(gòu)和光合色素造成破壞，使葉綠素和葉綠素蛋白復(fù)合體含量下降，降低凈光合速率（Pn），從而影響植物的光合作用[61]。在鹽脅迫對(duì)啤酒大麥幼苗光合作用影響的研究中發(fā)現(xiàn)，高濃度鹽分能顯著抑制其凈光合速率[62]。鹽脅迫下，隨著鹽濃度的升高，堿蓬和三角葉濱藜的凈光合速率顯著下降[63]。有研究發(fā)現(xiàn)，SA 能提高鹽脅迫下玉米葉綠素a、b 和類胡蘿卜素的含量，增強(qiáng)其光合能力[64]。孫德智研究表明SA 可誘導(dǎo)鹽脅迫下的番茄幼苗葉片光合速率、葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度的顯著升高[65]。在對(duì)鹽脅迫下外施SA 對(duì)黃瓜葉片光合參數(shù)調(diào)節(jié)作用的研究中發(fā)現(xiàn)，葉綠素含量、凈光合速率和氣孔導(dǎo)度相比鹽脅迫對(duì)照都明顯提高[66]。

鹽脅迫引起植物葉片氣孔關(guān)閉，從而引發(fā)植物蒸騰速率下降。研究發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫下，隨鹽濃度的增加，互花米草、結(jié)縷草、辣椒幼苗的氣孔阻力逐漸增大，蒸騰速率呈逐漸降低趨勢(shì)，但當(dāng)鹽濃度達(dá)到一定程度時(shí)，蒸騰速率變化不再明顯[67-69]。

4 SA 對(duì)鹽脅迫下草本植物種子及幼苗影響分子水平的研究

隨著分子生物學(xué)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)的飛速發(fā)展，科研工作者利用基因沉默、定點(diǎn)突破技術(shù)探索出多種耐鹽基因，并通過分子克隆技術(shù)將其克隆出來。此外，還通過研究調(diào)控耐鹽基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子來增強(qiáng)轉(zhuǎn)基因植物的耐鹽性[70]。將從鹽角草中得到的Se NHX1 基因轉(zhuǎn)入煙草中獲得鹽脅迫下生長(zhǎng)良好的轉(zhuǎn)基因煙草[71]。將酵母海藻糖-6-磷酸合成酶（trehalose-6-phosphate synthase，TPS）基因TPS1 和海藻糖-6-磷酸磷酸酶（trehalose-6-phosphate phosphatase，TPP）基因TPS2 融合轉(zhuǎn)入紫花苜蓿中表達(dá)，獲得耐鹽性明顯增強(qiáng)的轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿[72]。當(dāng)今由于草本植物自身可利用抗性基因較少，導(dǎo)致草本植物中的抗非生物脅迫基因大都來自于作物或模式植物，從而引發(fā)了一些相關(guān)抗性基因在特定植物類群表達(dá)優(yōu)良，但轉(zhuǎn)入草本植物中抗逆能力下降的現(xiàn)象[73]。近些年有研究發(fā)現(xiàn)非生物脅迫和SA 具有誘導(dǎo)特殊基因表達(dá)的作用，如包括鹽脅迫在內(nèi)的部分非生物脅迫和SA 能夠誘導(dǎo)TOP2[74]、AtPLAⅡA[75]等基因的表達(dá)，說明SA 有可能通過誘導(dǎo)基因的表達(dá)來提高植物對(duì)非生物脅迫的抗性。但目前對(duì)于通過外施SA 來提高草本植物耐鹽性分子水平影響的研究還有待增加和深入。

5 建議

鹽脅迫使草本植物的生態(tài)價(jià)值、觀賞價(jià)值以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值產(chǎn)生不同程度的降低，外源SA 誘導(dǎo)為草本植物種子及幼苗抗鹽能力的改善提供了新的思路，但是由于植物內(nèi)源生理生化代謝作用較為復(fù)雜，若要將此應(yīng)用于實(shí)踐，還需要進(jìn)行更為深入的探討。目前，針對(duì)外源SA 緩解鹽脅迫對(duì)草本植物種子和幼苗的影響已經(jīng)有了一些結(jié)論：SA 對(duì)草本植物種子和幼苗的抗鹽能力存在一定的促進(jìn)作用，但這種促進(jìn)作用會(huì)因植物種類、耐受性、處理時(shí)間、處理方式和鹽濃度的不同等因素而存在一定的差異性。同時(shí)筆者在總結(jié)前人的理論與經(jīng)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)一些問題：1）目前此類誘導(dǎo)抗鹽性的研究主要集中在經(jīng)濟(jì)作物上，對(duì)于觀賞性草本植物的研究較少；2）外源物質(zhì)的種類及施用方式較多，不同種類以及不同施用方法對(duì)植物誘導(dǎo)作用的影響情況尚不明確；3）轉(zhuǎn)基因植物可能會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此，在轉(zhuǎn)基因耐鹽草本植物實(shí)地應(yīng)用之前應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)安全測(cè)評(píng)工作。