關于如何提高植物耐鹽性措施的探討

劉禮翼　史彩華

摘要:本文闡述了鹽脅迫下植物的生理生化反應機理和植物耐鹽的生物學機理,以及提高植物耐鹽性的途徑。

關鍵詞:鹽害 耐鹽性 鹽適應性

中圖分類號:Q945文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)03-0173-01

綜合治理鹽漬土、提高植物的耐鹽性、開發利用鹽水資源已成為未來農業發展及環境治理所亟待解決的重要課題。因此,了解鹽害對植物的傷害,研究植物的鹽適應生理是很有必要的。

1鹽害對植物的傷害

土壤中鹽分過多對植物生長發育產生的危害稱為鹽害。植物對鹽分過多的適應性稱為抗鹽性。植物發生鹽害的機理是:生理干旱、離子比例失調、抑制植物細胞呼吸、光合作用降低、蛋白質合成受阻、有毒物質積累。

2 植物的鹽適應及抗鹽機理

土壤中鹽分過多對植物生長發育產生的危害稱為鹽害。植物對鹽分過多的適應性稱為抗鹽性。植物的抗鹽機制分為避鹽和耐鹽。

2.1 植物的避鹽機理

有些植物通過某種途徑或方式避免體內的鹽分含量升高,以避免傷害,這種抗鹽方式稱為避鹽。避鹽又分為三種,拒鹽、泌鹽和稀鹽。

①拒鹽:一些植物的根對某些鹽離子的透性很小,在一定濃度的鹽分范圍內,根本不吸收或很少吸收鹽分,從而“拒絕”一部分離子進入細胞。另外,植物根部能向土壤分泌根系分泌物,主要成分為有機酸和氨基酸類,它們能與土壤溶液中的某些離子起鰲合或絡合作用,所以在一定范圍內能減少對這些離子的吸收。植物的拒鹽是一個被動的過程。

②泌鹽:指植物將吸收的鹽分主動排泄到莖葉的表面,而后被雨水沖刷脫落,防止過多鹽分在體內的積累。泌鹽也稱為排鹽。鹽生植物排鹽主要通過鹽腺(salt gland),如玉米和高粱等作物都有排鹽作用。有的植物可通過吐水將鹽分排出體外。

③稀鹽:指植物通過加快吸收水分或加快生長速率來稀釋細胞內鹽分的濃度。如肉質化的植物靠細胞內大量貯水來沖淡鹽的濃度。植物吸收鹽離子的同時,通過葉片或者莖部不斷的肉質化,形成發達薄壁的組織,貯存大量的水分,使得進入植物體內的鹽分被稀釋,鹽離子始終保持在較低濃度水平。

2.2 植物的耐鹽機理

植物通過生理過程或代謝反應的改變來適應細胞內的高鹽環境稱為耐鹽,這對鹽生植物與非鹽生植物的抗鹽能力都有特別重要的意義。耐鹽的主要方式是將植物體內吸收的鹽分轉移到液泡中,這可降低原生質中的鹽分濃度,又降低細胞的滲透勢,增大吸水能力,克服土壤低水勢造成的吸水困難。耐性機理如下:

①滲透調節:鹽脅迫下,由于外界滲透勢較低,植物細胞會發生水分虧缺現象。為避免這種傷害,在鹽脅迫下,植物細胞內會積累一些可溶性的滲調物質,如可溶性糖、甜菜堿和脯氨酸等來降低細胞的滲透勢,以保證逆境條件下水分的正常供應,防止細胞脫水。

②營養元素平衡:有些植物在鹽漬時能增加對K+的吸收,有的藍綠藻能隨Na+供應的增加而加大對N素的吸收,所以它們在鹽脅迫下能較好地保持體內營養元素的平衡,防止某種離子過多造成的危害。

③改變代謝類型:鹽脅迫對植物的直接效應是水分虧缺和離子脅迫。一些鹽生植物和甜土植物具有一定的代謝調節能力以適應這些脅迫。

④具有解毒作用:有些植物在鹽漬環境下形成二胺氧化酶以分解有毒的二胺化合物,如腐胺、尸胺等,防止其毒害作用。

⑤維護膜系統的完整性:在鹽分脅迫下,細胞質膜首先受到鹽離子脅迫影響而受到損傷,使膜透性增大,細胞可溶性內含物質大量外滲,外界的Na+和Cl-等鹽離子大量進入細胞,導致細胞傷害。耐鹽性強的植物細胞膜具有較強的穩定性,從而減小或完全排除鹽脅迫對質膜損傷。

⑥增強活性氧清除能力:在鹽脅迫下,在植物體內會積累活性氧,耐鹽性強的植物具有較強的清除活性氧酶活性和較高含量的抗氧化物質。

3提高植物耐鹽性的途徑

通過育種手段或轉基因技術培育耐鹽新品種是提高植物抗鹽能力的有效手段。此外,植物還可以通過耐鹽鍛煉、使用生長調節劑和改造鹽堿土等措施來提高植物的耐鹽性。

①耐鹽鍛煉:將種子放在一定濃度的鹽溶液中吸水膨脹,然后再播種萌發,可提高作物生育期間的耐鹽能力。如棉花和玉米種子用3%NaCl溶液預浸1h,可增強其耐鹽力。

②使用植物激素:一些天然植物激素與植物的抗鹽性有一定的關系。用IAA處理小麥種子,可以抵消Na2SO4抑制小麥根系生長的作用;IAA能降低玉米根系對Na+的吸收能力。用低濃度的ABA處理細胞,能改善細胞對鹽的適應能力,減少蒸騰作用和鹽的被動吸收,提高作物的抗鹽能力。

③選育抗鹽性品種:利用雜交育種和分子育種方法,選育抗鹽品種、利用離體組織和細胞培養技術篩選鑒定耐鹽種質?？果}能力因種而異,抗鹽性最普遍的生理指標是原生質對鹽的透性,抗鹽性強的植物原生質膜具有很低的透性,在同種鹽漬條件下,吸收鹽類明顯少于抗鹽弱的品種,在一定程度上加強了拒鹽的作用。

4 植物耐鹽性的研究前景

植物的耐鹽性是一個十分復雜的數量性狀,其耐鹽機制涉及從植株到器官、組織、生理生化直至分子的各個水平。盡管研究者已從不同側面開展了大量研究,但由于其機制十分復雜,植物抗鹽中的許多重要問題仍有待探索。例如,植物抗鹽的關鍵因子仍未找到;植物耐鹽的分子機制并不十分清楚;雖然有許多植物進行了耐鹽基因的轉化,但轉化植株耐鹽性提高有限,離生產應用還有一定距離。隨著突變體篩選、分子生物學研究手段及基因工程技術在植物耐鹽研究中的廣泛應用,人們對植物耐鹽機制的了解將更深入;同時,將獲得更多的耐鹽突變體和耐鹽轉基因植物,并最終培育出能用于生產的耐鹽作物品種,從而推動我國和世界鹽堿地及次生鹽堿地的開發利用。

參考文獻:

[1] 孫蘭菊,岳國峰.植物耐鹽機制的研究進展[J].海洋科學,2001.

[2] 孫建昌,王興盛,楊生龍.植物耐鹽性研究進展[J].干旱地區農業研究,2008.

[3] 樊華.15種常見園林綠化植物的耐鹽性研究[D].西南大學,2007.

[4] 鄧國富.富鑭稀土對水稻的增產效果及應用前景[J].廣西農業科學,2006.

[5] 楊勁松.作物對不同鹽脅迫和調控條件的響應特征與抗鹽性調控研究[D].南京農業大學,2006.

[6] 曹軍.利用轉基因技術進行耐鹽基因轉化花生的研究[D].汕頭大學,2004.