郭玉靜，馬宗琪，宋佳慧，何曉彤，于夢(mèng)斐，王穎

（曲阜師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 曲阜 273165）

鹽漬土是我國(guó)主要的中低產(chǎn)土壤類(lèi)型之一，分布面積廣。土壤鹽漬化是人們開(kāi)發(fā)利用土壤和水資源過(guò)程中遇到的一大難題，是導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降和土地生產(chǎn)力低下的重要原因，制約著土壤開(kāi)發(fā)利用。篩選種植耐鹽、適鹽經(jīng)濟(jì)作物將在土壤鹽堿障礙治理和鹽漬地修復(fù)研究與實(shí)踐中發(fā)揮重要作用［1］。綠豆作為我國(guó)傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)作物，具有抗逆性強(qiáng)、生育期短、播期長(zhǎng)、產(chǎn)量穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)效益高以及修復(fù)土壤等優(yōu)良性狀和特點(diǎn)，種植發(fā)展?jié)摿Υ?，市?chǎng)前景廣闊［2，3］，是改善鹽漬土改良和邊際土地利用的優(yōu)良作物之一。近年來(lái)，綠豆鹽脅迫響應(yīng)機(jī)制研究引起越來(lái)越多科研人員的重視，本文對(duì)其研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述及展望。

1 綠豆不同生長(zhǎng)階段的耐鹽性

種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)是植物生活史中的關(guān)鍵階段，也是對(duì)鹽脅迫響應(yīng)的敏感時(shí)期［4］。綠豆種子播種后因表層土壤鹽分過(guò)多而不能萌發(fā)、出苗；苗期（1～2片復(fù)葉展開(kāi)）則對(duì)鹽分極為敏感，鹽分過(guò)高易形成死苗［5］。這些因素都將直接影響植株后期的生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)建成。鹽脅迫下多數(shù)植物的生長(zhǎng)相關(guān)系數(shù)會(huì)隨著鹽脅迫濃度的增加呈現(xiàn)先增后減的變化［6］，鹽漬土地也制約著綠豆種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)。

1.1 綠豆萌發(fā)期耐鹽性

劉順平［7］采用不同濃度的NaCl對(duì)綠豆種子進(jìn)行鹽脅迫，結(jié)果表明綠豆種子對(duì)NaCl有一定的耐受力，低濃度（≤200 mmol/L）對(duì)綠豆種子萌發(fā)率沒(méi)有明顯影響，高濃度時(shí)產(chǎn)生傷害；而劉永惠［8］、孟慶?。?］等發(fā)現(xiàn)低濃度鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)有促進(jìn)作用，過(guò)高鹽濃度才抑制種子萌發(fā)。針對(duì)栓皮櫟（Quercus variabilis）［10］、苜蓿（Medicago sativa L.）［11］、紅堅(jiān)木（Dysoxylum spp.）［12］、非洲菊（Gerbera jamesonii Bolus）［13］等植物種子的研究均得到類(lèi)似結(jié)論。王建科等［14］研究得出，同種鹽脅迫下隨著鹽濃度升高，種子萌發(fā)受到顯著抑制；殷麗麗等［15］用不同濃度的NaCl、Na2SO4和Na2CO3對(duì)綠豆種子進(jìn)行鹽脅迫，發(fā)現(xiàn)三種鹽脅迫均能抑制綠豆種子萌發(fā)，抑制作用Na2CO3＞NaCl＞Na2SO4；張秀玲［16］研究得出，綠豆種子在高濃度NaCl（≥600 mmol/L）和Na2SO4（≥400 mmol/L）鹽脅迫下，發(fā)芽率降為零，且對(duì)不同類(lèi)型鹽脅迫的發(fā)芽耐鹽極限濃度不同：NaCl為400 mmol/L，Na2SO4為200mmol/L，Na2CO3為75mmol/L。同一綠豆品種對(duì)不同鹽分脅迫的響應(yīng)不同，而不同綠豆品種對(duì)同一鹽分的耐受性也存在差異。王樂(lè)政等［18］采用不同濃度的NaCl對(duì)綠豆種子進(jìn)行鹽脅迫，發(fā)現(xiàn)在不同綠豆品種間耐鹽性有著顯著差別；王麗艷等［17］研究也得到同樣結(jié)論，即1.2%NaCl脅迫能較好反映萌發(fā)期的耐鹽性差異，因而可用于綠豆品種鹽脅迫鑒定參考濃度。

1.2 綠豆幼苗期耐鹽性

綠豆幼苗期是對(duì)鹽害最敏感的時(shí)期［20］，低濃度（50～200 mmol/L）NaCl對(duì)綠豆種子萌發(fā)率影響不明顯，但顯著抑制幼苗生長(zhǎng)［7］，因此選擇幼苗期耐鹽性強(qiáng)的綠豆品種是開(kāi)展鹽堿地綠豆栽培的關(guān)鍵措施。任建華等［20］采用灌根法對(duì)綠豆幼苗進(jìn)行不同程度的NaCl脅迫，結(jié)果表明不同濃度的NaCl對(duì)綠豆幼苗生長(zhǎng)的抑制作用差異顯著，且不同基因型綠豆對(duì)NaCl脅迫的耐性也存在明顯差別；NaCl濃度1.0%以上的脅迫就能導(dǎo)致綠豆幼苗出現(xiàn)嚴(yán)重生理干旱現(xiàn)象，根系吸水能力受到抑制而降低到維持生命的最低限度。王麗艷等［17］的研究表明，不同種類(lèi)的鹽對(duì)綠豆幼苗生長(zhǎng)的抑制作用存在差異，堿性鹽對(duì)幼苗生長(zhǎng)的傷害大于中性鹽，表明幼苗對(duì)中性鹽Na+濃度耐受力要大于堿性鹽Na+濃度，這與其對(duì)綠豆萌發(fā)期的影響一致。

鹽分對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育造成的影響主要有三種解釋?zhuān)?1］：①鹽土中的低水勢(shì)使得植物葉片水勢(shì)下降，導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度下降，是鹽影響多種生理生化過(guò)程的根本原因；②鹽害降低光合作用速率，降低同化物與能量的供給，從而制約植物的生長(zhǎng)發(fā)育；③鹽害影響某些特定的酶活性或代謝過(guò)程。關(guān)于鹽脅迫影響植物種子萌發(fā)以及植物生長(zhǎng)的主要原因仍有所分歧，尚無(wú)一致結(jié)論。

2 鹽脅迫對(duì)綠豆生理的影響

2.1 綠豆鹽脅迫生理生態(tài)指標(biāo)

植物耐鹽性狀是受多個(gè)數(shù)量性狀基因座調(diào)控的復(fù)雜性狀［22］，耐鹽能力是多種代謝的綜合表現(xiàn)［23］，用不同的鑒定指標(biāo)評(píng)價(jià)同一個(gè)作物品種可能會(huì)得到不同的結(jié)果［24］。孤立使用某些單項(xiàng)指標(biāo)很難準(zhǔn)確客觀地反映作物的耐鹽本質(zhì)，為此，于崧等基于國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者已篩選出多種與作物耐鹽性相關(guān)的形態(tài)、生理生化和代謝等方面指標(biāo)進(jìn)行研究，選用其中較為便捷、直觀、簡(jiǎn)易的指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)耐鹽評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型得出顯著影響綠豆耐鹽能力的指標(biāo)：種子萌發(fā)期發(fā)芽率、胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、根冠比和活力指數(shù)5個(gè)生長(zhǎng)指標(biāo)［25］以及苗期凈光合速率、相對(duì)電導(dǎo)率、最大光化學(xué)效率、可溶性糖含量、初始熒光、地上干重、地下鮮重7個(gè)鑒定指標(biāo)［26］，可用于不同基因型綠豆耐鹽性強(qiáng)弱的快速評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)。此外，株高、植株含水量、超氧化物歧化酶、丙二醛等也作為鑒定綠豆耐鹽性的常用指標(biāo)被大量學(xué)者引用［20，27，28］。

2.2 鹽脅迫對(duì)綠豆光合作用的影響

研究發(fā)現(xiàn)，NaCl對(duì)植物光合作用的影響通過(guò)離子傷害、滲透?jìng)吞欠址e累形成反饋抑制三種途徑進(jìn)行。關(guān)于光合速率下降與氣孔效應(yīng)和非氣孔效應(yīng)，鹽脅迫對(duì)類(lèi)囊體膜成分與超微結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)光能吸收轉(zhuǎn)換、光合碳素同化、光合電子傳遞以及與其它脅迫因子協(xié)同作用等方面有所體現(xiàn)［29］。鹽脅迫下綠豆葉片凈光合速率、PSⅡ最大光化學(xué)效率、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率、葉綠素含量均有下降，初始熒光明顯增大［26］。Bhise等［30］發(fā)現(xiàn)，接種陰溝腸桿菌KBPD的鹽脅迫綠豆植株與不接種的鹽脅迫綠豆植株相比，葉綠素含量高，鹽脅迫癥狀得到一定緩解，得出陰溝腸桿菌KBPD具有減輕鹽脅迫、促進(jìn)綠豆生長(zhǎng)的潛能。宋述燕等［31］研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下綠豆幼苗的發(fā)光強(qiáng)度-時(shí)間曲線呈指數(shù)衰減，表明鹽脅迫下植物的光合作用生理調(diào)控效果和程度可通過(guò)檢測(cè)延遲熒光強(qiáng)度得到快速而準(zhǔn)確的反映，這將為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)田植物鹽脅迫生理狀況提供一種新的光子學(xué)方法。

2.3 鹽脅迫對(duì)綠豆?jié)B透調(diào)節(jié)和抗氧化酶系統(tǒng)的影響

在鹽脅迫下，植物細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能首先受到破壞，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)膜的通透性增大，滲透勢(shì)升高，從而導(dǎo)致植物各種膜系統(tǒng)的滲透脅迫［32］。通過(guò)從外界吸收、積累大量無(wú)機(jī)鹽離子并合成相容性的有機(jī)小分子物質(zhì)，從而降低細(xì)胞水勢(shì)，以便從外界生境中吸取水分的滲透調(diào)節(jié)成為抗?jié)B透脅迫最有效的措施［33］。

鹽脅迫的過(guò)程復(fù)雜，并且由于對(duì)各種代謝活動(dòng)進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)，導(dǎo)致植物嚴(yán)重水匱乏［34］，進(jìn)而導(dǎo)致活性氧ROS（超氧化物、過(guò)氧化氫、羥基氫氧基、活性氧自由基和氧氣等）的產(chǎn)生，如果不能被及時(shí)清除將會(huì)形成氧化脅迫而破壞膜結(jié)構(gòu)［35］。超氧化物歧化酶（SOD）是植物清除活性氧的主要抗氧化酶，與過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）等構(gòu)成植物體內(nèi)抗氧化的保護(hù)酶系統(tǒng)［36］，協(xié)同作用共同抵抗氧化脅迫，最終達(dá)到保護(hù)膜結(jié)構(gòu)的作用。因此，提高植物體內(nèi)抗氧化酶類(lèi)活性及增強(qiáng)抗氧化代謝水平是增強(qiáng)植物耐鹽性的途徑之一［35］。綠豆在鹽脅迫下常表現(xiàn)為增加其滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化酶［28］。Islam等［37］發(fā)現(xiàn)蠟樣芽孢桿菌Pb25可顯著增加綠豆的抗氧化酶（POD、SOD和CAT）活性，可作為生物接種劑用于鹽堿地農(nóng)田，以提高作物產(chǎn)量。

目前，人們對(duì)植物受鹽脅迫的影響機(jī)制研究仍然不透徹。而關(guān)于鹽脅迫對(duì)綠豆生理影響具體機(jī)制的研究也比較少，且研究層次有待進(jìn)一步拓展和深入。

3 綠豆耐鹽分子機(jī)理

植物通過(guò)對(duì)脅迫信號(hào)（鹽刺激）的感知、轉(zhuǎn)導(dǎo)和反應(yīng)，誘導(dǎo)耐鹽相關(guān)基因表達(dá)和蛋白合成，構(gòu)成復(fù)雜響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控植物耐鹽生理響應(yīng)以適應(yīng)或抵御鹽脅迫［38］，如圖1所示。

圖1 鹽脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及其機(jī)制（參考田麗麗等［38］）

植物受到外界鹽脅迫，會(huì)通過(guò)傳遞一系列信號(hào)激發(fā)轉(zhuǎn)錄因子，而被激發(fā)的轉(zhuǎn)錄因子會(huì)與相應(yīng)的順式作用元件相結(jié)合啟動(dòng)特定基因的表達(dá)，從而對(duì)鹽脅迫進(jìn)行應(yīng)答［39］。轉(zhuǎn)錄因子MYB/MYC［40］、WRKY［41］、bZIP［42］、NAC［43］、DREB［44］等在植物鹽脅迫中起重要作用（如圖2）。Wang等［45］從鹽脅迫綠豆的全基因組序列中發(fā)現(xiàn)54個(gè)bZIP蛋白；Chen等［46］發(fā)現(xiàn)綠豆中分離出的VrDREB2A，是一種重要的轉(zhuǎn)錄激活因子，有助于提高綠豆的包括鹽脅迫在內(nèi)的非生物脅迫耐受性。不同基因通過(guò)調(diào)控不同的代謝途徑來(lái)增強(qiáng)植物耐鹽性，這些耐鹽基因主要包括四大類(lèi)［47］：①合成滲透保護(hù)物質(zhì)的相關(guān)基因。BADH基因的表達(dá)能直接影響甜菜堿的合成，從而參與剛毛檉柳對(duì)NaCl脅迫的響應(yīng)過(guò)程［48］。②離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因。NHX1基因編碼的蛋白可以將細(xì)胞中過(guò)多的Na+區(qū)隔化于植物的液泡中，以避免Na+在細(xì)胞質(zhì)中的過(guò)度積累，從而減少Na+對(duì)細(xì)胞的傷害［49］；綠豆鹽脅迫可強(qiáng)烈誘導(dǎo)VRNHX1的表達(dá)，使綠豆表現(xiàn)出耐鹽性［50］。③抗氧化相關(guān)基因。SsAPX是細(xì)胞質(zhì)抗壞血酸過(guò)氧化物酶的編碼基因，鹽脅迫條件下鹽地堿蓬葉的SsAPX在mRNA水平上增加，APX活性增高［51］。④信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因。在擬南芥中超量表達(dá)綠豆VrUBC1基因，發(fā)現(xiàn)VrUBC1通過(guò)對(duì)ABA相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，并可能通過(guò)與新型RING E3連接酶的相互作用，在滲透脅迫耐受性方面起著積極作用［52］。這些不同類(lèi)型的基因共同表達(dá)調(diào)控植物耐鹽性。在耐鹽相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子及耐鹽基因研究的基礎(chǔ)上，耐鹽基因在分子育種中得以應(yīng)用并培育出具備優(yōu)良耐鹽性狀的植株，如菊花等觀賞植物中研究較多［53，54］，而綠豆分子育種研究有待加強(qiáng)。

圖2 耐鹽相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（引自王楠等［55］）

此外，植物抵抗鹽脅迫的有效方式還有植物鹽脅迫應(yīng)答蛋白的表達(dá)。鹽脅迫應(yīng)答蛋白水通道蛋白（AQPs）［56］、Na/H+反向運(yùn)輸?shù)鞍祝?7］、促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）［58］、鈣依賴(lài)型蛋白激酶（CDPKs）［59］等，在植物遭受鹽脅迫的信號(hào)感受、調(diào)控和表達(dá)等方面起重要作用。

總之，植物的耐鹽性由植物體內(nèi)一系列生理生化過(guò)程綜合作用而形成，受相關(guān)的多基因調(diào)控以及外界環(huán)境因子的影響或制約。這些基因或蛋白在擬南芥等植物中已經(jīng)開(kāi)展了不同程度的研究，而綠豆的耐鹽分子機(jī)理研究尚在開(kāi)展中。

4 問(wèn)題及展望

綜上所述，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量作物耐鹽性研究工作，并取得很大進(jìn)展，而綠豆耐鹽性研究尚需深入開(kāi)展，依然存在諸多可能與潛力，并就做好下一步綠豆耐鹽性研究提出以下問(wèn)題和展望。

以往耐鹽性研究多集中在室內(nèi)鹽脅迫對(duì)于綠豆萌發(fā)期與幼苗生長(zhǎng)期的影響，而大田綠豆全生育期生長(zhǎng)發(fā)育耐鹽性研究有待加強(qiáng)。植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程受多種生態(tài)因子的協(xié)同作用，綠豆受鹽堿、干旱、低溫、高溫等多方面協(xié)同脅迫的研究也很重要，該方面研究較少。綠豆響應(yīng)鹽脅迫的機(jī)制在生理層面上研究較多，而對(duì)于綠豆耐鹽基因的挖掘與篩選、基因定位與克隆、轉(zhuǎn)化及表達(dá)等分子機(jī)制研究有待加強(qiáng)。分子育種是未來(lái)植物育種的主要方向，綠豆鹽脅迫及耐鹽基因的研究，將為綠豆新品種培育儲(chǔ)備重要核心技術(shù)和基因資源。