外源物質對水稻鹽脅迫緩解效應研究進展

劉淑麗 張瑞 Shahid HUSSAIN 王洋 陳英龍 韋還和 侯紅燕 戴其根,*

(1揚州大學 江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省作物栽培生理重點實驗室/農業農村部鹽堿土改良與利用(濱海鹽堿地)重點實驗室/江蘇省糧食作物現代產業技術協同創新中心，江蘇 揚州 225009；2東營市一邦農業科技開發有限公司，山東 東營 257000；*通信聯系人，email：qgdai@ yzu.edu.cn)

中國有超過3600萬hm2的土地受到鹽漬化的影響，占可利用土地的4.88%，其中受鹽漬化影響的耕地面積約920萬hm2，占全國耕地面積的6.62%[1-2]。作為主要的非生物脅迫因素之一，鹽分會降低種子發芽率和種子活力，抑制作物正常的生長發育，最終降低作物產量和品質，嚴重時作物不能立苗生長。鹽脅迫下植物會積累過量的Na+和Cl-，從而使植物受到滲透脅迫、離子脅迫、營養失衡等影響。滲透脅迫的產生是由鹽脅迫早期根系周圍鹽濃度快速增加引起的，后期Na+積累導致營養失衡，進而產生離子毒性[3-4]。鹽脅迫還會導致氧化脅迫以及赤霉素含量降低，脫落酸含量增加等激素變化，造成脂質過氧化、蛋白質氧化、膜損傷加劇，從而使植物的生長受到抑制[5-6]。活性氧(ROS)的過量產生還會導致各種細胞成分的氧化損傷并影響植物的重要細胞功能[7-8]。

水稻是我國第二大糧食作物，也是對鹽中度敏感的禾本科植物，其對于鹽脅迫的響應近年來在國內外備受關注。已有學者提出對當前基因型或品種耐鹽性進行遺傳改良作為解決鹽脅迫問題的有效方法[9]。盡管已經開發出了許多技術，但還未發現這些方法在鹽脅迫下完全有效。這是由于植物對鹽脅迫的響應在細胞、組織或全株水平上存在差異，耐鹽機制復雜，除鹽脅迫外還涉及環境因素，缺乏有效的選擇標準[9]。

通過對作物耐鹽機理的研究，有學者提出利用化學調控手段來提高作物耐鹽性[10]。已有研究表明從遺傳角度提高植物抗性較為復雜且很難和高產、優質等農藝性狀有機結合，而通過外源物質來緩解鹽脅迫效應從技術層面上更簡單、更容易操作，因此發展前景更有優勢[11]。近年來許多研究發現，施用外源激素如赤霉素、褪黑素、水楊酸等[12-14]以及其他外源物質如硅、Ca2+、H2O2等[15]均能緩解鹽脅迫對水稻的影響，有助于增強水稻的耐鹽性。為此，本文結合大量研究報道，綜述了生長素、赤霉素、細胞分裂素、脫落酸、乙烯五大類植物激素以及褪黑素、水楊酸、多胺、油菜素類固醇和茉莉酸類外源生長調節物質和鈣、硅離子類外源物對水稻鹽脅迫的緩解效應，以期為提高水稻的耐鹽性奠定理論基礎。

1 鹽脅迫對水稻生長發育的影響

在鹽脅迫下植物會積累Na+和Cl-，使植物生長初期主要受到滲透脅迫的影響，表現為根系對水分的吸收減少，導致代謝功能障礙、光合作用受抑等，并促進細胞滲透調節物質的積累[16]。隨著Na+、Cl-的大量積累，植物體內Na+含量超過K+，導致Na+/K+比值升高，產生離子脅迫以及養分失衡，抑制酶促反應[17]。在鹽脅迫后期，細胞內ROS過量產生造成脂質過氧化、蛋白質氧化、膜損傷增加等生理生化過程，最終導致植物生長受抑或死亡[18]。水稻對于鹽脅迫的反應在各個時期的表現不同，其中在營養生長階段早期及生殖階段后期對鹽較為敏感[19]。

種子萌發是植物生長發育的開始，也是決定幼苗生長質量的關鍵環節[20]。鹽脅迫下水稻種子受到離子毒害作用，導致H2O2、O2·-和丙二醛(MDA)大量積累、內源性激素穩態失衡，如赤霉素含量降低，脫落酸含量增加等，并抑制α-淀粉酶活性，使淀粉水解速率降低，最終導致種子萌發受到抑制[21]。種子的發芽勢、發芽率、發芽指數是表現種子萌發質量的重要指標，也是影響水稻能否立苗生長的關鍵因素[22]。在滲透脅迫及離子脅迫下，鹽脅迫主要通過抑制種子的生理吸水及破壞膜結構來抑制種子萌發，降低種子各項發芽指標[23]。水稻苗期對鹽脅迫最為敏感且最先受到影響的是根系[24]。研究表明，鹽脅迫會抑制水稻根系的生長，影響根系的長度、數量、表面積以及生物量、根系活力等[25]。杜孝敬等[26]研究發現，不同香稻品種種子的各項發芽指標隨鹽濃度增加呈下降趨勢，苗期根系生長及幼苗形態也顯著受到抑制。

水稻是非鹽生作物，鹽脅迫會嚴重影響其個體形態及農藝性狀，表現為株高變矮，分蘗數減少，葉面積較小，葉片枯萎等，其抑制作用隨鹽脅迫濃度提高而增強[27]。其中，孕穗期鹽脅迫處理對水稻的株高、有效穗數、每穗實粒數、結實率、千粒重等經濟性狀及產量影響最大，其次是拔節期和抽穗期[28]。鹽脅迫不僅會使植株表型發生變化，還會影響植株的生理適應機制。劉夢霜等[29]在研究不同品種水稻耐鹽性時發現，隨著NaCl濃度增大，各品種根系活力均不同程度下降，且鹽脅迫會增強葉綠素酶活性，導致葉綠素含量減少。在輕度鹽脅迫下，孕穗期水稻的蔗糖合成酶(SS)和磷酸蔗糖合成酶(SPS)活性會受到激發而增強，并促進了蔗糖、可溶性糖的積累，維持細胞滲透調節，從而提高植株抗逆性，而中度、重度鹽脅迫會使SS和SPS活性降低，葉片中蔗糖合成與積累減少，表現為植株生長發育受到抑制[30]。此外，有研究發現水稻OsDSK2a可以調節赤霉素代謝和植物生長發育，而鹽脅迫會降低OsDSK2a水平，導致赤霉素代謝負調控因子EUI蛋白積累，從而降低赤霉素活性，抑制植物生長[31]。

2 外源物質對水稻鹽脅迫的影響

鹽脅迫會誘發植株體內基因表達模式的改變，進而改變相關代謝途徑，產生適應脅迫的生理變化[32]。而外源物質可以通過調控植物生理生化、活性氧、代謝酶、基因變化等細胞和分子水平緩解鹽害，如調節離子平衡、增強光合作用及抗氧化酶活性、提高代謝物含量及滲透調節作用等[20]，表現為種子萌發及幼苗生長得到改善、株高及分蘗數增加、產量提高等[35-40]。鹽脅迫初期，外源物質能維持植物細胞的滲透調節，降低Na+/K+、維持K+和Ca2+吸收，緩解水分虧缺與離子毒害。隨著鹽脅迫時間的增加，植株遭受氧化脅迫，此時外源物質可以誘導抗氧化防御系統，增強抗氧化酶活性并增加抗壞血酸(ASA)和谷胱甘肽(GSH)含量，從而減少H2O2、O2·-和MDA的積累，維持ROS和激素穩態，降低脂膜過氧化，緩解植物細胞損傷[33]。維持植物內源激素的穩態被認為是外源物緩解鹽脅迫的最初過程[33]。鹽脅迫下IAA、CTK、GA與SA的減少及ABA與JA的增加導致植物生長受到抑制，外源物質的應用能通過調節植物激素合成及代謝基因的表達，維持細胞動態平衡并緩解鹽害。

2.1 植物生長調節類物質對緩解水稻鹽脅迫的影響

2.1.1 五大類植物激素

傳統植物激素可分為促進型激素如生長素(indole acetic acid，IAA)、赤霉素(gibberellin，GA)、細胞分裂素(cytokinin，CTK)和抑制型激素如脫落酸(abscisic acid，ABA)、乙烯(ethylene，ETH)五大類[34]。近年來，關于外源激素處理提高植物抗逆性的研究較多。外源植物激素可緩解鹽脅迫對水稻表型的影響，表現為種子胚根伸長，胚根數增加[35-36]，秧苗個體形態得到緩解，存活率增加[37-38]，水稻結實率、千粒重及產量增加[39]等。在鹽脅迫下，植物激素可以通過信號整合來調控植物生長發育及環境適應的各個過程。有研究發現，在電導率為6±0.3 dS/m的鹽脅迫下噴施50 μmol/L IAA使籽粒中IAA和細胞分裂素的水平升高，促進了細胞分裂、生長與分化及蔗糖、葡萄糖、淀粉含量的提高，從而影響籽粒灌漿過程，提高了水稻產量、千粒重和結實率[39-40]。此外，Saeed[40]外源應用IAA、CTK、ABA、GA四種植物生長調節劑，研究對IR29(鹽敏感)和FL485(耐鹽)兩種秈稻品種的鹽脅迫緩解效應時發現，IAA和CTK是提高鹽脅迫下谷物產量的最有效方法。而采用葉面噴施CTK，有利于加快葉片光合速率，增加物質積累，從而促進小穗灌漿，最終使更多的可溶性蛋白質在籽粒中積累而增加產量。

赤霉素具有打破種子休眠、促進植株伸長生長及開花等作用[41]。張麗麗等[12]在水培試驗中發現，50 mg/L外源赤霉素對鹽脅迫下水稻種子萌發及幼苗生長的緩解效應最明顯。鹽脅迫下，外源GA3促進水稻葉綠體脂質的合成，維持水稻光合系統的穩定[42]，并能緩解鹽誘導的異黃酮還原酶(IRL)的減少及對淀粉合成的抑制，從而緩解鹽脅迫對水稻生長的抑制作用[43]。GA和ABA是相互拮抗的激素，ABA會抑制種子萌發、植物開花和果實發育等[44]。DELLA蛋白作為GA的負調控因子具有提高植物抗逆性的作用[45]，鹽脅迫下植物可能會通過上調EUI1的表達來降低植株體內GA的含量，而積累DELLA蛋白并誘導ABA合成基因的表達[46-47]，從而影響ABA信號途徑，在抑制植物生長的同時提高其抗逆性[48]。有研究發現一種新的A20/AN1型鋅指蛋白ZFP185，在GA和ABA的生物合成中起負作用，會導致生長抑制和抗逆性下降，而外源GA3的應用能緩解ZFP185過表達植株的生長，且ZFP185-Ox植株對非生物脅迫敏感性的提高可能與水稻中某些ABA和脅迫相關基因的表達減少有關[49]。

脫落酸和乙烯都是具有抑制作用的天然生長調節劑。在逆境脅迫下，植株體內脫落酸含量會顯著升高，并且在應對環境脅迫的過程中呈現不同的反應，促進種子休眠和葉片脫落來維系植物體的生長，因此，脫落酸被稱為脅迫激素[50]。此外，脫落酸還是一種高效的誘抗效應物質。劉曉龍等[38]在鹽堿水田實驗中發現，經過ABA浸根處理后的水稻秧苗存活率顯著提高11%～17%。因為外源ABA激發了水稻內源的ABA信號通路，從而緩解鹽脅迫對水稻秧苗的傷害。Zhu等[51]研究發現在逆境脅迫條件下，葉黃素循環和ABA生物合成可能會競爭類胡蘿卜素，由于有限的類胡蘿卜素分配到葉黃素循環，植物更容易受到強光損傷，而外源ABA的應用可能會減輕葉黃素循環對類胡蘿卜素的競爭，從而緩解鹽脅迫下光對植物的過度傷害。鹽脅迫下，噴施100 μmol/L ABA通過上調OsP5CR基因以及鈣調素基因OsCam1-1的表達，促進脯氨酸的積累，從而緩解鹽脅迫下水稻幼苗的生長發育，使存活率提高20%[52]。此外，有研究通過基因和生化分析揭示了一個APETALA2型轉錄因子OsSAE1(SALT and ABA RESPONSE ERF1)，其可作為水稻種子萌發和耐鹽性的正調控因子，直接結合到OsABI5(ABSCISIC ACID-INSENSITIVE5)的啟動子上，通過抑制OsABI5的表達使OsSAE1過表達株系種子萌發率和耐鹽性提高[53]。乙烯具有促進生長和抑制生長的雙重作用，具體取決于發育階段、組織類型、植物激素平衡和環境條件[54]。在生殖階段或孕穗成熟階段較高的乙烯含量會對水稻生長和產量產生負面影響[55]，但在萌發階段卻具有重要意義，可能有助于種子克服休眠[56]。研究發現鹽脅迫下乙烯含量的增加顯著抑制了水稻的生長、灌漿和小穗的發育[57]，而將乙烯抑制劑1-MCP外源應用于水稻小穗可改善鹽脅迫下的生理、農藝和生化特性，進一步表明在水稻孕穗成熟階段乙烯對水稻耐鹽性的負面作用[56]。鹽脅迫下施加1.5 g/L乙烯利會誘導水稻幼苗體內的乙烯含量升高并上調乙烯信號基因OsACS1和OsEIN2的表達，但較高的乙烯水平可能有利于種子萌發而不利于水稻幼苗的生長和總干物質量的提高[56]。乙烯還通過負調控ABA信號促進種子打破休眠[58]，主要通過SNL1(SIN3-like 1)和SNL2(SIN3-like 2)等關鍵元件來拮抗ABA對種子萌發的抑制作用。此外，乙烯利浸種能夠促進鹽脅迫下水稻幼苗根系的生長，并增加根系抗氧化活性，提高滲透調節物質的含量[59]。

2.1.2 褪黑素

褪黑素(melatonin, MT)是一種廣泛存在于動植物體內的吲哚類化合物。MT的研究早期集中在哺乳動物，隨后在植物中被發現。盡管MT在植株體內的含量微少，但在生理調節、緩解逆境脅迫等方面仍發揮著重要的作用[60]。例如，褪黑素可作為一種自由基清除劑，維持植株體內的活性氧動態平衡，并改善光合作用、離子穩態等[61]。宋雪飛等[13]研究發現葉面噴施MT能顯著提高鹽脅迫下水稻根部和地上部氮、磷、鉀的含量，且MT調控的最適濃度為200 μmol/L。Wei等[62]對鹽脅迫下的水稻幼苗葉面噴施褪黑素處理14 d后也得出相似結論，且發現外源褪黑素處理能改善水稻葉片中K+/Na+和Ca2+/Na+的離子穩態，促進養分積累或轉運，從而緩解鹽脅迫對水稻的損傷。在較高鹽濃度下，MT會抑制ROS過量積累并調節水稻鉀離子轉運蛋白OsHAK基因的表達，減少水稻葉肉細胞中K+的流出并維持Na+/K+穩態從而緩解鹽害[63]。同時，向警等[64]發現MT處理能有效緩解鹽脅迫帶來的氧化損傷，增強水稻幼苗抗氧化與滲透調節能力，提高水稻的耐鹽性。

外源褪黑素對水稻鹽脅迫的緩解效應除了通過清除活性氧的直接途徑外，還可以通過增加抗氧化酶活性、光合效率和代謝物含量等間接途徑提高植物對鹽脅迫的耐受性[65]，并激活一系列下游信號，如激素、一氧化氮(NO)和多胺代謝等[61]。Chen等[66]研究發現在鹽脅迫下，與未處理的幼苗相比，外源褪黑素的應用顯著增加了幼苗中超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶和抗壞血酸過氧化物酶等抗氧化酶的活性。此外，有研究發現褪黑素具有類似IAA的生理功能，如調節植物的光周期和保護葉綠素等[67]，以此增強電子傳遞和氣孔導度，從而緩解鹽脅迫對水稻的危害。Huangfu等[68]對萌發的水稻種子進行代謝組學分析，發現外源褪黑素可以調節鹽脅迫下碳水化合物和有機酸等初級代謝產物的積累，以此提高發芽種子的耐鹽性。外源褪黑素還能調節基因表達對鹽脅迫的反應[61]。Liang等[69]發現外源褪黑素處理顯著減緩了葉綠素的降解，抑制衰老相關基因的表達，通過調節一些轉錄因子來延緩葉片衰老，包括與衰老相關的SGR和NAC轉錄因子。外源褪黑素還通過激活轉錄因子級聯反應和植物激素信號，與多種抗氧化劑和獨特的代謝途徑協同作用，增強水稻的耐鹽性[70]。鹽脅迫下外源褪黑素的應用可以調節植物中內源激素水平，如增加IAA含量，降低ABA含量，從而調節參與褪黑素生物合成和代謝基因的表達[71]。研究發現，在鹽脅迫下，外源褪黑素會降低ABA生物合成基因NCED1和NCED3的表達，增加ABA分解代謝基因LbCYP707A1和LbCYP707A2的表達，從而減少 ABA 的積累并減輕鹽對種子萌發的抑制作用[72]。

2.1.3 水楊酸

水楊酸(salicylic acid, SA)是一種植物內源生長調節劑和重要的信號分子，在植物生長發育和抗逆性方面發揮著重要作用[73]。前人研究表明SA主要從誘導抗氧化防御系統、調控離子平衡、激素穩態和代謝物質等方面緩解鹽脅迫[74]。王俊斌等[75]研究發現正常情況下施加SA會延緩水稻種子的萌發且具有濃度依賴效應，但在鹽脅迫下外源應用0.5 mmol/L SA能顯著提高種子的抗氧化酶活性，增強抗氧化能力，以此降低萌發種子中的MDA和H2O2含量來緩解鹽脅迫帶來的損傷，且低濃度SA對鹽脅迫下水稻生長的緩解效應要優于高濃度，該結論與徐芬芬等[76]研究結果相似。Babu等[77]在用1.0 mmol/L SA預處理的水稻組織中檢測到內源SA水平增加了3倍，且SA處理后的水稻防御反應增強。此外，SA作為信號分子可調節植物體內H2O2水平及其相關代謝酶的活性[78]，誘導與鹽脅迫相關蛋白的表達，減少脂質過氧化與質膜損傷，維持細胞膜的穩定，從而提高幼苗的耐鹽性[79]。Jini等[80]發現鹽脅迫下外源SA可能會誘導抗鹽基因并緩解水稻幼苗的萌發，也可能通過刺激生理生化過程來改善植株的生長和產量。外源SA可有效增強GA生物合成基因OsGA20ox1和OsGA3ox2及抑制ABA生物合成基因OsNCED5的表達，從而增加赤霉素含量，減少脫落酸含量以維持植物內源激素穩態，并通過提高α-淀粉酶活性及增加可溶性糖含量等，促進淀粉水解，為種子萌發提供充足的能量，最終緩解鹽脅迫對水稻種子的危害，促進種子萌發[81]。然而，Zheng[82]和Ma[83]等研究發現在154 mmol/L NaCl的重度鹽脅迫下，外源施加0.5 mmol/L SA對植株的緩解效應及相關基因的表達均與鹽處理無顯著差異，但在103 mmol/L NaCl脅迫下，施加0.5mmol/L SA對鹽脅迫下植株的生長具有明顯緩解作用。說明SA的緩解效應還與鹽脅迫的程度有關。此外，許多研究者發現使用其他外源物質與SA復合處理對鹽脅迫下植株的緩解效應更佳。如王愛斌等[10]報道CaCl2浸種和外源SA澆灌復配處理較其單一處理更能改善水稻植株的生長，提高葉綠素及還原性糖含量，降低MDA含量并提高水稻耐鹽性。

2.1.4 多胺類物質

多胺(polyamines, Pas)主要包括腐胺(Put)、亞精胺(Spd)和精胺(Spm)，是植物中廣泛存在的一類生長調節物質，它不僅參與調節植物形態建成、生長、衰老，還參與各種脅迫響應并調節植物內源激素水平，因此多胺也被稱為植物激素的第二信使[84-87]。例如，腐胺的積累可以調控ABA合成途徑中關鍵基因NCED的表達[88]，但在adc1和adc2雙突變體中，NCED3以及ABA調控相關基因的表達都受到了抑制[89]。此外，有研究表明，像CTK、IAA以及GA3等可以促進植物生長的激素，可以促進多胺的合成[90]。Cui等[91]研究發現多胺可能與IAA、CTK的感知和信號傳遞有關。黃雪梅等[92]研究發現，使用0.14 mol/L外源GA3促進水稻種子萌發前，先誘導了腐胺的大量合成，進而增強了α-淀粉酶活力。外源多胺還能通過減少對細胞膜和脂質氧化的損害來減輕鹽或干旱脅迫對各種植物的影響[93]。如多胺通過自身的陽離子與根系質膜磷脂結合，穩定質膜結構并維持質膜結合的H+-ATPase活性，使Na+/H+逆向運輸系統將Na+更多轉運至液泡內或運出細胞外，從而緩解氧化脅迫和滲透脅迫，使根系正常吸水[94-95]。王燕等[96]研究表明外源亞精胺能提高耐鹽性不同的水稻品種在鹽脅迫下的抗氧化酶活性，增加根系脯氨酸含量，防止可溶性蛋白和根系活性下降。吳正東等[97]研究發現外源亞精胺對水稻根系鹽脅迫具有緩解作用，且能提高植株光合色素含量，從而提高植株光合能力。外源多胺可以抑制光化學反應及葉綠體編碼基因如psbA、psbB、psbE和rbcL的下調，從而減少鹽脅迫下葉綠素的損失[98]。其中Spm和Spd通過加強活性氧(ROS)的代謝和光合作用來促進植物生長并緩解鹽脅迫的傷害。

種子萌發是植物生長發育的開始，種子質量影響到植株能否正常生長發育，而鹽脅迫會抑制種子的萌發及呼吸強度等。亞精胺能促進退化種子的萌發，且能減少鹽脅迫下水稻幼苗的膜損傷，促進幼苗生長[99]。辛樹權等[100]在非鹽脅迫條件下用1.0 mmo/L Spd溶液處理水稻種子時發現其發芽勢及活力指數等顯著提高，而在200 mmol/L NaCl溶液脅迫下，外源施用1.0 mmo/L Spd溶液與清水對照無明顯差異，說明亞精胺浸種不僅能促進水稻種子萌發，還能緩解鹽脅迫對水稻種子的毒害作用。楊安中等[101]研究發現，0.1～1.5 mmol/L亞精胺浸種能提高水稻種子呼吸強度及發芽率，促進根系及幼苗生長，且以1.0 mmol/L處理效果最佳。鹽脅迫下施用10 μmol/L腐胺能提高植物的花粉活力，使種子的結實率更高，從而提高水稻產量[102]。Chunthaburee等[103]研究發現，鹽脅迫下使用1.0 mmol/L Spd浸種后能使水稻幼苗具有更高的花青素、酚含量和更強的抗氧化能力，而在孕穗早期葉面噴施Spd能顯著提高鹽敏感型水稻的產量。一般認為，鹽脅迫下植株體內游離態Put向游離態Spd、Spm以及其他形式多胺的轉變，有利于提高植株的抗鹽性[104]。有學者將參與多胺生物合成的關鍵基因SAMDC引入水稻后證實了這一點，鹽脅迫下轉基因水稻幼苗生長有所改善，且植株體內Spd和Spm含量比非轉基因水稻增加了3倍。

2.1.5 油菜素類固醇

油菜素類固醇(brassinosteroids, BRs)是植物體內重要的甾醇類生長促進激素，它在細胞信號傳導中發揮重要的作用。作為植物中第六大激素，BR參與調控植物種子的萌發、植株形態建成、根莖葉的伸長生長、花粉管的伸長和種子發育[105-106]，還能提高植物對逆境脅迫的抵抗能力，如調控水稻的耐鹽性等[107]。有研究發現，BR缺陷突變體表現出對鹽脅迫敏感性增強，表明BR在水稻對鹽脅迫的響應中具有正調控作用[107]。此外，BR能促進鹽脅迫下種子萌發，前人研究發現BR能夠顯著提高鹽脅迫下水稻種子的發芽率、發芽勢和發芽指數，增強種子保護酶的活性，且濃度為1.0 mg/L時緩解效果最好[108-109]。鹽脅迫下BR對水稻種子萌發及幼苗生長的改善與植株體內核酸和可溶性蛋白水平的提高有關[110]。安輝等[111]研究發現，1.0 μmol/L表油菜素內酯(EBR)能有效緩解鹽脅迫下水稻幼苗光合色素的降低并提高葉片SOD、CAT活性及根系CAT活性，還能有效降低MDA含量的積累，從而緩解鹽脅迫對水稻的危害。葉面噴施2.0 μmol/L EBR可以減少水稻幼苗脂質過氧化和蛋白質氧化程度及維持葉綠素含量，這可能是因為EBR誘導了脯氨酸的積累來維持植物細胞的滲透平衡以及增加抗氧化酶活性從而降低了氧化應激[112]。BR還能通過增加Cu/Zn-SOD、APX、CAT、GR 的活性和OsBRI1基因的表達，減少Fe-SOD、Mn-SOD積累以及下調OsDWF4基因的表達來改善氧化應激[113]。

BR還與其他植物激素之間存在相互關聯，如ABA會抑制BR合成基因的表達。盡管兩者之間大部分情況下存在拮抗作用，但在鹽脅迫下均能促進植物的抗鹽性，說明在不同脅迫或不同組織器官發育的不同階段，兩種激素之間的關系可能不同[107]。李錢峰等[114]研究證實ABA與BR之間存在多種交叉調控, 并且針對不同的性狀, 其交叉調控機制可能不同。例如，Shahzad等[115]經過主成分分析(PCA)發現，鹽脅迫下水稻植株對EBR的響應與酚類化合物和黃酮類化合物的積累密切相關，EBR處理可以降低鹽脅迫下植株的內源ABA水平且上調類胡蘿卜素和類黃酮通路基因表達，從而揭示了EBR在鹽脅迫下激活水稻植株次生代謝的功能。在種子萌發中，施加外源BR可以通過消除 ABA 對種子休眠的影響來促進種子萌發[116]。此外，BR還可調控如IAA、GA等植物激素水平來提高植物的耐鹽性[117-118]。

2.1.6 茉莉酸類物質

茉莉酸類物質(jasmonates, Jas)中應用較多的是茉莉酸(jasmonic acid, JA)和茉莉酸甲酯(methyle jasmonate, MeJA)。JA作為一種新型植物生長調節劑，與脫落酸具有相似的作用，兩者均能抑制植物的生長，促進葉片衰老與脫落，促進氣孔關閉等[119]。近期研究發現，將從小麥中分離出的TaFBA-2A基因引入水稻，可提高水稻的耐鹽性和JA對鹽脅迫的響應，并且具有提高轉基因水稻產量的潛力。TaFBA-2A能和參與JA生物合成的關鍵酶TaSKP1、TaOPR2相互作用，并可能通過泛素-26S蛋白酶體途徑介導TaOPR2的降解，從而負調控JA的生物合成[120]。此外，水稻PP2C蛋白家族中OSPP65可以通過調節JA和ABA信號通路以及棉子糖代謝途徑負調控水稻鹽脅迫耐性[121]。前人研究發現，不同濃度的外源茉莉酸對種子萌發的影響表現出“雙重效應”，即低濃度促進，高濃度抑制，且外源JAs作為信號分子在植物遭受逆境脅迫時具有重要的脅迫應答和調控作用[122-123]。例如葉面噴施MeJA 可以促進植物生長，維持葉綠素和K+含量以及增加抗氧化酶活性[124]。鹽脅迫后施用30 μmol/L JA 能有效緩解水稻干物質量、葉片水勢、葉片光合速率以及光系統Ⅱ(PSⅡ)活性的降低，且顯著減少了鹽敏感水稻對Na+的吸收，增加了對Ca2+、Mg2+和K+的吸收，緩解離子脅迫與滲透脅迫，從而增強了水稻的抗鹽性[125]。近期研究發現，JA合成前體OPDA如果積累會觸發單獨信號并最終導致鹽脅迫下的植株死亡[126]，而茉莉酸生物合成基因OsOPR7通過過氧化物酶的過表達可以將茉莉酸途徑從OPDA轉移到與鹽適應的相關激素JA-lle上，從而減輕鹽分誘導的線粒體氧化應激[127]。此外，外源JA可以調控植株內源激素水平[128]。如水稻中與褪黑素相關的ASMT mRNA可以在甲基茉莉酸處理后被誘導，而褪黑素參與應對各種脅迫來促進水稻生長[129]。已有報道證實ABA與JA在植物對鹽脅迫反應中存在聯合關系，如ABA可以通過SAPK10-bZIP72-AOC調控途徑促進JA的生物合成[130]，Yang等[131]在光敏色素介導的耐鹽脅迫中證實ABA與JA存在協同作用。同時，兩者之間還存在拮抗作用，對于其協同又拮抗的復雜互作關系及耐鹽作用機制，還有待進一步研究。

2.2 外源無機離子對緩解水稻鹽脅迫的影響

2.2.1 鈣

作為植物體內一種必需的營養元素，鈣(Calcium, Ca)在植物生長發育過程中發揮著重要作用，包括穩定細胞壁和細胞膜、改善其他營養元素的代謝過程、調節酶促反應和激素過程等[132]。此外，Ca還充當第二信使介導細胞和植物發育的多個方面以及參與抗逆反應[133]。前人在養分和土壤培養試驗中研究了Ca對水稻生長和產量的影響。研究發現，養分試驗中，Ca2+濃度為1.0～1.5 mmol/L時對兩個耐鹽水稻品種的生長特性緩解效果較好；在土壤培養試驗中，施用鈣含量為25% 的石膏(CaSO4·2H2O)能提高耐鹽和鹽敏感水稻品種的產量。然而，兩種培養試驗中過量的Ca都會抑制植物的生長[134]。鹽脅迫下外源施用Ca可以改善水稻幼苗的離子穩態、抗氧化防御及乙二醛酶系統等，增強水稻對鹽脅迫的耐受性[135]。朱曉軍等[136]研究發現外源Ca2+能夠增大氣孔對鹽脅迫的反應靈敏性和調節能力，改善植物的光合活性，且 Ca2+濃度為10 mmol/L時，能夠顯著緩解鹽脅迫下水稻葉片中葉綠素含量的下降，維持水稻的光合效率。

2.2.2 硅

硅(Silicon, Si)是動物和人類的必需元素，也是植物生長發育過程中重要的營養元素。硅可以緩解植物的多種非生物脅迫，如鹽脅迫、重金屬脅迫、干旱脅迫等[137]。在光合作用中，Si通過在植物組織中的沉積來增強機械作用，從而提高植物組織的機械強度和直立性，增大受光面積[138]。此外，Si還可以提高水稻葉片的氣孔透性，增加光合活性，緩解鹽脅迫對水稻光合系統的傷害[139]。鹽脅迫下，植物會受到滲透脅迫、離子脅迫及氧化脅迫的影響。有研究表明，施加Si可以通過提高水稻根系的生長與水分利用效率來緩解滲透脅迫[140]。Si還能上調植物根中質膜水通道蛋白基因的表達，增加植株的吸水能力，以此來緩解滲透脅迫[141]。閆國超等[142-143]研究發現，水稻生長營養液中添加高濃度外源硅(1.5 mmol/L)對緩解水稻生長、光合系統及離子平衡的效果優于低濃度(0.5 mmol/L)，且Si還能通過提高OsHAK家族鉀吸收基因及水稻鈉外排(OsSOS1)、鈉區隔化(OsNHX1、OsNHX3與OsNHX5)基因的表達，調控鈉鉀平衡來緩解鹽脅迫引起的離子毒害。外源Si還可以通過提高植物根系中抗氧化酶的活性，降低MDA含量，從而緩解氧化脅迫對植株的傷害[144]。

表1 外源物質緩解水稻鹽脅迫的效應Table 1. Effects of exogenous substances on alleviating salt stress in rice

續表1

3 展望

綜上所述，外源物質在緩解水稻鹽脅迫中已得到一定的應用，生產上可通過施用外源物質來提高水稻抗鹽性并改善生長發育狀況。然而目前的研究主要集中在生理生化角度分析外源物對水稻鹽脅迫的緩解效應，關于水稻如何感知外源物質信號以及下游信號的轉導、代謝及分子水平調控方面的研究較少。植物對鹽脅迫的適應是由耐鹽相關基因的表達和鹽脅迫誘導的各種信號通路的調控來決定的。隨著CRISPR、CAS等新興生物技術的出現，未來的研究應集中于探究蛋白水平及基因表達機理，提供有關植物分子水平相互作用的知識。因此，想要揭示外源物緩解水稻鹽脅迫的機理，在分子水平上我們仍需要結合遺傳學，綜合利用基因組學、轉錄組學和蛋白質組學等研究方法，從基因表達、轉錄因子和蛋白水平等方面深入探究鹽脅迫的反應機制。此外，多種外源物質之間還存在相互協同作用與拮抗作用，但其相互作用的信號傳遞模型還有待進一步探究。目前該方面的研究主要集中在黃瓜、西紅柿、西葫蘆等蔬果中，在水稻鹽脅迫下各外源物質相互作用機理尚不清楚。對外源物相互作用的分析，將有助于闡明各個外源物的分子機制并明確它們聯合施用的增減效益，以應用于農業生產當中，增加植物的耐鹽性從而提高水稻產量。