不同類型鹽生植物適應(yīng)鹽脅迫的生理生長(zhǎng)機(jī)制及Na+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)研究進(jìn)展

劉佳欣 張會(huì)龍 鄒榮松 楊秀艷 朱建峰 張華新

（1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院生態(tài)保護(hù)與修復(fù)研究所 國(guó)家林業(yè)和草原局鹽堿地研究中心，北京 100091；2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院天津林業(yè)科學(xué)研究所，天津 300457；3.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院黃河三角洲綜合試驗(yàn)中心，東營(yíng) 257500）

鹽漬土是一系列受土體中鹽堿成分作用的土壤，是各種鹽土和堿土以及其他不同程度鹽化和堿化的各種類型土壤的統(tǒng)稱，也稱鹽堿土［1］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界鹽漬土面積約為9.543 8×109hm2，廣泛分布于100 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。我國(guó)是世界鹽漬土面積第三大國(guó)，鹽漬土面積達(dá)9.913 3×108hm2，約占全國(guó)土地面積的10%，分布在23 個(gè)省、市、自治區(qū)，其中，西北、華北、東北及沿海地區(qū)是我國(guó)鹽漬土的主要集中分布地區(qū)［2］。在世界范圍內(nèi)，鹽漬土帶來(lái)了人口、資源、環(huán)境等諸多問(wèn)題。鹽漬土環(huán)境不利于植物的生長(zhǎng)，鹽漬土中過(guò)量礦質(zhì)元素如Na+或Cl-對(duì)植物產(chǎn)生的不利影響，稱為鹽脅迫［3］。鹽脅迫通過(guò)滲透脅迫和離子脅迫在整個(gè)植物和細(xì)胞水平上影響植物生理［4-5］，如過(guò)量Na+會(huì)干擾K+的吸收和代謝，K+參與酶的活化、蛋白質(zhì)的合成、滲透調(diào)節(jié)、光合作用等生理過(guò)程［6］，K+缺乏會(huì)引起呼吸速率和離子毒性增加，植物生長(zhǎng)變化，礦物分布改變，以及光合作用速率降低［7］，還會(huì)引起枯萎病，繼而導(dǎo)致植物葉片壞死；此外Na+取代Ca2+造成膜不穩(wěn)定［8］，膜通透性改變［9］，導(dǎo)致植物減產(chǎn)甚至死亡［10］。鹽漬土中存在一種特有的鹽生植物生態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)中的鹽生植物不僅能夠在鹽漬土中生長(zhǎng)，還能夠改善鹽漬土環(huán)境［11］。

大多數(shù)植物不能適應(yīng)鹽漬土環(huán)境，但鹽生植物（halophytes）能在離子濃度至少200 mmol/L 以上的生境中生長(zhǎng)和完成生活史［12］。例如唐古特白刺（Nitraria tangutorum）、中國(guó)檉柳（Tamarix chinensis）、芨芨草（Achnatherum splendens）和黃花補(bǔ)血草（Limonium aureum）［13］等。Brekle 根據(jù)鹽生植物體內(nèi)離子運(yùn)輸和積累的特點(diǎn)，將其分成稀鹽鹽生植物（euhalophytes）、泌鹽鹽生植物（recretohalophytes）和拒鹽鹽生植物（pseudohalophytes）3 種。

離子區(qū)隔化（ion compartmentalization）利用特定轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)有毒離子進(jìn)行細(xì)胞分隔，是鹽生植物維持細(xì)胞內(nèi)適度的Na+/K+比的一種關(guān)鍵模式［5］。鹽生植物通過(guò)調(diào)節(jié)離子的吸收和將離子區(qū)隔化來(lái)抵抗或減輕鹽脅迫造成的傷害，主要是通過(guò)將過(guò)量Na+區(qū)隔在植物組織器官的局部或細(xì)胞的局部，甚至排出體外，從而避免或降低Na+對(duì)植物正常生長(zhǎng)和生理代謝的影響。本文重點(diǎn)討論了3 類鹽生植物的生長(zhǎng)形態(tài)特征，并按植物體內(nèi)對(duì)Na+運(yùn)輸和積累特點(diǎn)對(duì)3 種鹽生植物的典型耐鹽機(jī)制研究進(jìn)展進(jìn)行了闡述，旨在為今后鹽生植物及其耐鹽機(jī)制研究提供相關(guān)依據(jù)，為植物耐鹽分子育種奠定基礎(chǔ)。

1 稀鹽鹽生植物耐鹽機(jī)制

稀鹽鹽生植物，也叫真鹽鹽生植物，是將鹽離子區(qū)隔在肉質(zhì)化組織和液泡中的一類鹽生植物［14］。稀鹽鹽生植物是鹽生植物中耐鹽性最強(qiáng)的一類植物，多能在200-400 mmol/L 的鹽漬土環(huán)境中生長(zhǎng)［1］。稀鹽鹽生植物絕大部分是藜科植物，例如鹽地堿蓬（Suaeda salsa）、鹽爪爪（Kalidium foliatum）、鹽穗木（Halostachys caspica）等。

1.1 稀鹽鹽生植物耐鹽形態(tài)特征

稀鹽鹽生植物的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和外觀形態(tài)在一定程度上適應(yīng)鹽脅迫，其形態(tài)上最突出的特征是莖葉肉質(zhì)化。肉質(zhì)化組織含水量高，可以將體內(nèi)鹽分稀釋，使植物體不受高鹽環(huán)境的傷害［15］。莖肉質(zhì)化稀鹽鹽生植物，皮層分化為內(nèi)部皮層和外部皮層兩部分，內(nèi)部皮層發(fā)育成貯水組織，細(xì)胞呈球形或橢圓形，外部皮層發(fā)育成柵欄組織，細(xì)胞內(nèi)含大量葉綠體。鹽節(jié)木（Halocnemum strobilaceum）、鹽穗木［16］等植物都是莖肉質(zhì)化的稀鹽鹽生植物，其形態(tài)存在以上特點(diǎn)。葉肉質(zhì)化的稀鹽鹽生植物，葉肉質(zhì)且無(wú)柄，呈圓柱狀或半圓柱狀，氣孔少，葉表皮細(xì)胞排列緊密，幾乎全部由貯水細(xì)胞組成，表皮外被角質(zhì)層。Gao等［17］研究表明假木賊（Halocnemum strobilaceum）在鹽溶液濃度為0.9%-5.4%時(shí)，葉肉質(zhì)化程度增加。劉彧等［18］研究表明鹽地堿蓬葉片對(duì)Na+和Cl-的積累是葉片肉質(zhì)化的主要原因，在鹽脅迫下，葉片肉質(zhì)化，細(xì)胞數(shù)目增多。另外，堿蓬屬（Suaeda）、鹽爪爪屬（Kalidium）、假木賊屬（Anabasis）的植物，也是葉肉質(zhì)化的稀鹽鹽生植物。

1.2 稀鹽鹽生植物耐鹽生理機(jī)制

稀鹽鹽生植物除憑莖葉肉質(zhì)化稀釋植物體內(nèi)鹽分外，主要是通過(guò)離子區(qū)隔化作用，將離子運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞的特定部位，從而降低鹽離子對(duì)胞質(zhì)中的細(xì)胞器、酶等的毒害，且伴隨著細(xì)胞濃度的增大，水勢(shì)降低，細(xì)胞吸水及抗?jié)B透脅迫能力增強(qiáng)［19］。劉彧等［18］發(fā)現(xiàn)鹽地堿蓬葉片細(xì)胞將Na+區(qū)隔到液泡中，以減少Na+對(duì)植物造成的滲透脅迫及離子脅迫，有利于鹽地堿蓬在高鹽條件下生存。西伯利亞白刺（Nitraria sibirica）通過(guò)Na+液泡區(qū)隔化增強(qiáng)葉片組織的耐鹽性，保持胞質(zhì)溶液中較低Na+含量，提高滲透調(diào)節(jié)能力，從而在鹽脅迫下維持正常生理活動(dòng)［20］。1.3 稀鹽鹽生植物耐鹽分子機(jī)制

細(xì)胞內(nèi)Na+/K+濃度的平衡是保證植物在鹽漬環(huán)境下進(jìn)行正常生理代謝的關(guān)鍵。稀鹽鹽生植物在鹽脅迫條件下，通過(guò)鹽誘導(dǎo)Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體將Na+從胞質(zhì)中排出或在液泡中分隔［21］，其中質(zhì)膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SOS1（plasma membrane Na+/H+exchanger 1）能夠?qū)|(zhì)中過(guò)量的Na+排出到胞外；液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NHX（vacuolar Na+/H+antiporter）如NHX1 和NHX2 能夠?qū)|(zhì)中過(guò)量的Na+逆濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)至液泡中，SOS1 和NHX 均可減少胞質(zhì)內(nèi)Na+的累積，維持細(xì)胞的離子穩(wěn)態(tài)，抵御鹽脅迫［22］。植物分泌途徑的細(xì)胞膜上同時(shí)存在兩類致電H+泵，液泡膜H+-腺苷三磷酸酶（vacuolar H+-ATPase，簡(jiǎn)稱液泡膜H+-ATPase）、液泡膜焦磷酸酶（vacuolar H+-pyrophosphatase，簡(jiǎn)稱液泡膜H+-PPase）［23］和質(zhì)膜H+- 腺苷三磷酸酶（plasma membrane H+-ATPase，簡(jiǎn)稱質(zhì)膜H+-ATPase），它們?yōu)殡x子區(qū)隔化作用提供能量，并催化H+由胞質(zhì)向液泡和胞質(zhì)向胞外的運(yùn)輸［24］。鹽脅迫下，鹽地堿蓬質(zhì)膜H+-ATP 酶和液泡膜H+-ATP 酶的表達(dá)和活性顯著升高［25］。Liu 等［26］用不同濃度的NaCl（100、200、300 和400 mmol/L） 和Ca2+（0、5、10、15、20 mmol/L）處理唐古特白刺幼苗時(shí)發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫（NaCl濃度為300 mmol/L）顯著促進(jìn)液泡膜H+-ATP 酶和H+-PPase 酶活性。一定濃度的外源Ca2+有效增強(qiáng)了唐古特白刺液泡膜和質(zhì)膜的離子泵活性，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)Na+區(qū)隔化，從而提高唐古特白刺的耐鹽性。

Qiu 等［27］從擬南芥（Arabidopsis thaliana）中分離鑒定了位于質(zhì)膜的Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SOS1和位于液泡膜的Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NHX1，認(rèn)為這2 個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白共同作用使胞質(zhì)中Na+維持在較低濃度［28］。Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白依靠跨液泡膜的H+濃度梯度對(duì)Na+進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，因此可以推測(cè)通過(guò)超表達(dá)液泡膜H+-ATPase，使質(zhì)子梯度增加，能夠提高NHXs 對(duì) Na+的區(qū)隔能力。在鹽脅迫條件下，西伯利亞白刺N(yùn)a+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NsNHX1 和NsSOS1 的表達(dá)水平顯著上調(diào)，過(guò)表達(dá)NsSOS1 減少了轉(zhuǎn)基因植株Na+的含量，過(guò)表達(dá)NsNHX1 增加了轉(zhuǎn)基因植株Na+的含量，表明NsSOS1 介導(dǎo)過(guò)量Na+的外排，NsNHX1 介導(dǎo)過(guò)量Na+的區(qū)隔化，它們對(duì)提高轉(zhuǎn)基因植物耐鹽性有重要作用［22］。另外，有研究表明，NHX 類蛋白在K+區(qū)隔化進(jìn)入液泡和維持細(xì)胞內(nèi)的pH 平衡中也起著重要作用［29］（表1）。

表1 稀鹽鹽生植物關(guān)鍵耐鹽基因Table 1 Key salt-tolerant genes in euhalophytes

2 泌鹽鹽生植物耐鹽機(jī)制

泌鹽鹽生植物是一類通過(guò)鹽腺或鹽囊泡將吸收到體內(nèi)的鹽分分泌到體外的鹽生植物。大部分泌鹽鹽生植物的耐鹽性低于稀鹽鹽生植物［1］。常見(jiàn)的泌鹽鹽生植物有中華檉柳（Tamarix chinensis）、二色補(bǔ)血草（Limonium bicolor）等。

2.1 泌鹽鹽生植物耐鹽形態(tài)特征

泌鹽鹽生植物的主要形態(tài)特征是其葉片或莖上形成了專門分泌鹽分的鹽腺或鹽囊泡，鹽腺或鹽囊泡可以分泌植物體內(nèi)過(guò)量的鹽離子，因此鹽腺和鹽囊泡對(duì)泌鹽鹽生植物適應(yīng)鹽脅迫起重要作用。根據(jù)鹽離子運(yùn)輸方式的不同，又可將泌鹽鹽生植物分為向內(nèi)和向外泌鹽植物。向內(nèi)泌鹽植物（endoreoretohalophytes）將體內(nèi)的鹽分分泌到葉表面的囊泡中暫時(shí)貯存，而后鹽囊泡破裂將體內(nèi)過(guò)量鹽離子排出。鹽囊泡有1 個(gè)柄和1 個(gè)膨大的泡狀細(xì)胞，柄細(xì)胞通過(guò)大量胞間連絲與泡狀細(xì)胞、葉肉細(xì)胞相連。藜（Chenopodium album）的鹽囊泡是從莖尖和腋芽處的莖葉表皮細(xì)胞分化而來(lái)，部分表皮細(xì)胞生長(zhǎng)變大，凸起于莖葉表面，形成鹽囊泡的原始細(xì)胞，原始細(xì)胞進(jìn)一步分裂分化為1 個(gè)柄細(xì)胞和1 個(gè)泡狀細(xì)胞，成熟后的鹽囊泡外被角質(zhì)層［44］。利用掃描電鏡發(fā)現(xiàn)四翅濱藜（Atriplex canescens）鹽囊泡與其它藜科植物鹽囊泡結(jié)構(gòu)相似，是由體積龐大的腎形囊泡細(xì)胞、細(xì)長(zhǎng)的柄細(xì)胞以及基部的表皮細(xì)胞共同構(gòu)成鹽囊泡復(fù)合體，且隨著葉齡增加，鹽囊泡逐漸破裂退化［45］。

向外泌鹽植物（exo-reoretohalophytes）利用鹽腺和分泌細(xì)胞將鹽離子分泌到體外。鹽腺分為單細(xì)胞鹽腺、雙細(xì)胞鹽腺和多細(xì)胞鹽腺［46］。單細(xì)胞鹽腺有大液泡和很少的細(xì)胞器，具分泌細(xì)胞鹽腺。目前對(duì)單細(xì)胞鹽腺鹽生植物研究較少。雙細(xì)胞鹽腺由1個(gè)基細(xì)胞和1 個(gè)帽細(xì)胞組成，兩個(gè)細(xì)胞通過(guò)胞間連絲相連［47］，細(xì)胞質(zhì)稠密，有一個(gè)明顯細(xì)胞核，沒(méi)有中央液泡，且腺體細(xì)胞壁角質(zhì)化或栓質(zhì)化。Kuster等［48］通過(guò)對(duì)報(bào)春花（Jacquinia armillaris）葉片腺狀毛的解剖和組織化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，其葉片鹽腺是由一個(gè)收集細(xì)胞和一個(gè)單柄細(xì)胞組成，其頂端有多個(gè)分泌細(xì)胞。非洲虎尾草（Chloris gayana）是具有雙細(xì)胞鹽腺的泌鹽鹽生植物［49］。另外，禾本科的獐毛屬（Aeluropus）、鼠尾粟屬（Sporobolus）、大米草屬（Spartina）、結(jié)縷草屬（Zoysia）等9 個(gè)屬也存在雙細(xì)胞鹽腺［50］。雙子葉泌鹽鹽生植物的鹽腺均為多細(xì)胞鹽腺，多細(xì)胞鹽腺呈球形或盤狀結(jié)構(gòu)，由基底收集細(xì)胞和遠(yuǎn)端分泌細(xì)胞構(gòu)成，整個(gè)結(jié)構(gòu)常陷入表皮中［46］。馮中濤［51］研究發(fā)現(xiàn)二色補(bǔ)血草鹽腺由16個(gè)細(xì)胞組成，中央為4 個(gè)長(zhǎng)的分泌細(xì)胞，每個(gè)分泌細(xì)胞外側(cè)均有1 個(gè)毗鄰細(xì)胞，再向外依次包圍著4個(gè)內(nèi)杯狀細(xì)胞和4 個(gè)外杯狀細(xì)胞，鄰近的細(xì)胞稱為收集細(xì)胞；細(xì)胞核較大，富含線粒體、高爾基體和小囊泡，但缺少中央大液泡，也沒(méi)有葉綠體；細(xì)胞之間通過(guò)胞間連絲連接，鹽腺外被角質(zhì)層。不同的鹽生植物其鹽腺呈現(xiàn)不同的形狀。

2.2 泌鹽鹽生植物耐鹽生理機(jī)制

泌鹽鹽生植物通過(guò)鹽腺或鹽囊泡向體外分泌植物體內(nèi)過(guò)多的鹽分，避免鹽分在體內(nèi)過(guò)量積累，從而應(yīng)對(duì)鹽脅迫對(duì)植物的傷害［52］。關(guān)于泌鹽鹽生植物分泌鹽的機(jī)制，前人經(jīng)過(guò)大量研究，從組織化學(xué)和超微結(jié)構(gòu)的角度提出了3 個(gè)假說(shuō)：（1）1955年Arisz等［53］提出滲透機(jī)制假說(shuō)，認(rèn)為鹽腺的泌鹽是一個(gè)物理過(guò)程，鹽腺中離子的主動(dòng)積累使分泌細(xì)胞滲透壓降低，從而導(dǎo)致靜水壓力的顯著增加。當(dāng)鹽腺內(nèi)壓力達(dá)到最高時(shí)，分泌細(xì)胞通過(guò)分泌孔周期性地形成液滴，釋放靜水壓力，將離子排出鹽腺外［54］。鹽草（Distichlis spicata）的超微結(jié)構(gòu)證實(shí)了這一假說(shuō)，其鹽腺只有一層薄膜，類似于一個(gè)瓣膜，將細(xì)胞質(zhì)壁層隔開(kāi)［55］。滲透機(jī)制假說(shuō)還受到了一些研究結(jié)果的挑戰(zhàn)，鹽腺泌鹽存在離子選擇性和主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶卣鳎贷}腺泌鹽不是簡(jiǎn)單的物理過(guò)程［56］。（2）1967年Ziegler 和Luttge［57］提出胞飲反向活動(dòng)假說(shuō)，認(rèn)為鹽腺的分泌作用是通過(guò)貯存在小細(xì)胞質(zhì)囊泡中的鹽液向細(xì)胞外表面排出的過(guò)程。通過(guò)使用電子顯微鏡對(duì)二色補(bǔ)血草［58］和檉柳［59］鹽腺進(jìn)行掃描，觀察到電子密度物質(zhì)主要聚集在囊泡中，特別是在鹽處理的植物中，大量的囊泡與質(zhì)膜融合，從而證明了這一假說(shuō)。（3）1971年Levering 和Thomson［60］提出鹽腺的分泌作用類似于動(dòng)物液流運(yùn)輸系統(tǒng)假說(shuō)，研究者假設(shè)大米草屬基底細(xì)胞形成了廣泛的膜系統(tǒng)，鹽腺通過(guò)膜上的離子通道分泌離子，類似于動(dòng)物組織上皮細(xì)胞的吸收和分泌［52］。

鹽囊泡的泌鹽方式不同于鹽腺，鹽腺直接將鹽分分泌至體外，而鹽囊泡則是通過(guò)積累大量鹽分并膨脹，最終破裂，將鹽分釋放到植物體外［61］，具體過(guò)程主要包括：Na+從葉肉細(xì)胞排出，經(jīng)柄細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)至鹽囊泡，最后被區(qū)隔在鹽囊泡液泡［62］。研究表明，四翅濱藜鹽囊泡Na+積累過(guò)程是Na+沿表皮細(xì)胞-柄細(xì)胞-鹽囊泡復(fù)合體（EC-SC-EBC complex）逆著其濃度梯度的單向極性跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)［63］。Barkla 等［64］通過(guò)對(duì)冰葉日中花（Mesembryanthemum crystallinum）鹽囊泡中的離子組成分析發(fā)現(xiàn)，其中含有大量Na+和Cl-，并進(jìn)一步證明離子區(qū)隔化提高了該植物的耐鹽性。

2.3 泌鹽鹽生植物耐鹽分子機(jī)制

泌鹽鹽生植物鹽的分泌是植物活躍的生理過(guò)程。在鹽脅迫條件下，H+-ATPase 的表達(dá)隨著鹽分泌的增加而增加［65］。張春蕊等［66］在剛毛檉柳（Tamarix hispida）中鑒定獲得液泡膜H+-PPase 基因ThVP1，發(fā)現(xiàn)在NaCl 脅迫下，剛毛檉柳根和葉中的ThVP1基因表達(dá)明顯上調(diào)。在對(duì)二色補(bǔ)血草的鹽腺結(jié)構(gòu)觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)其鹽腺中不存在葉綠體，且鹽腺中的線粒體比葉肉細(xì)胞的線粒體大，證明線粒體能夠?yàn)辂}腺分泌鹽分提供能量［56］。Panda 等［67］指出通過(guò)三羧酸循環(huán)的上調(diào)來(lái)持續(xù)提供能量，同時(shí)不間斷地合成蛋白質(zhì)和維持光合機(jī)制的結(jié)構(gòu)完整性，是柳枝梭梭（Haloxylon Sal Icornicum）耐鹽的主要機(jī)制。

Hamada 等［68］從鹽生植物北濱藜（Atriplex gmelini）中分離出一個(gè)Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，并將其命名為AgNHX1，發(fā)現(xiàn)AgNHX1的遷移模式與液泡膜H+-ATPase 相關(guān)，而與液泡膜H+-PPase 無(wú)關(guān)，AgNHX1定位于液泡膜，鹽脅迫下，在mRNA和蛋白水平上均上調(diào)表達(dá)。通過(guò)AlNHX轉(zhuǎn)化的鹽生植物小獐毛（Aeluropus littoralis）表現(xiàn)出較高的耐鹽性（400 mmol/L NaCl）［69］，由此可以看出AgNHX1產(chǎn)物在耐鹽性中具有重要作用［70］。Dang［71］和Yuan等［56，72］陸續(xù)在紅砂（Reaumuria trigyna）和補(bǔ)血草屬（Limonium）植物中進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，獲得了參與鹽腺分泌的一系列候選基因，為提高植物耐鹽性提供可能（表2）。

表2 泌鹽鹽生植物關(guān)鍵耐鹽基因Table 2 Key salt-tolerant genes in recretohalophytes

3 拒鹽鹽生植物耐鹽機(jī)制

拒鹽鹽生植物，又稱假鹽鹽生植物，拒絕或少吸收外界鹽分，能夠?qū)Ⅺ}離子積累在皮層細(xì)胞液泡和根部木質(zhì)部的薄壁細(xì)胞中，減少向上部莖葉運(yùn)輸鹽離子［14］，降低鹽分對(duì)植物的脅迫作用。沙棗（Elaeagnus angustifolia）［85］、蘆葦（Phragmites australis）［86］、莎草（Cyperus rotundus）等是較為常見(jiàn)的拒鹽鹽生植物。拒鹽鹽生植物種類較稀鹽鹽生植物和泌鹽鹽生植物少［1］。

3.1 拒鹽鹽生植物耐鹽形態(tài)特征

拒鹽鹽生植物根部皮層栓質(zhì)化，栓質(zhì)化的主要成分是難溶于水的脂肪類物質(zhì)，具有不透水、不透氣性，導(dǎo)致溶解于土壤水分中的鹽分難以進(jìn)入根中；莖的表皮切向壁具有發(fā)達(dá)的角質(zhì)層，維管束近于星散分布；葉的上表皮向外延伸的表皮毛較多，氣孔下陷；葉肉組織排列疏松，胞間隙較大，葉脈維管束鞘由兩層細(xì)胞構(gòu)成［87］。在高濃度鹽脅迫下，拒鹽植物小花堿茅（Puccinellia tenuiflora）的內(nèi)皮層顯著加厚，根內(nèi)皮層細(xì)胞表面的木栓質(zhì)沉積受鹽脅迫誘導(dǎo)而增強(qiáng)［88］。經(jīng)過(guò)鹽處理的燈芯草屬（Juncus）植物，根和莖中具有發(fā)育良好的通氣組織，且根皮脫落，皮質(zhì)很厚，凱氏帶（Casparian strips）木質(zhì)化［89］，對(duì)植物抵抗鹽脅迫發(fā)揮重要作用。

3.2 拒鹽鹽生植物耐鹽生理和分子機(jī)制

拒鹽鹽生植物的拒鹽機(jī)理，不同植物不盡相同。有些拒鹽鹽生植物拒Na+或者拒Cl-，有些既拒Na+又拒Cl-［1］。蘆葦在鹽脅迫下，Na+轉(zhuǎn)運(yùn)速率從根至芽依次降低，從而避免在芽中積累過(guò)量的Na+［90］。陳琳等［91］對(duì)潮灘蘆葦和河灘蘆葦?shù)哪望}性進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，因潮灘蘆葦?shù)母涤懈叩呐臢a+能力而耐鹽性更強(qiáng)。彭彥輝［92］通過(guò)觀察小花堿茅根系電鏡掃描結(jié)果發(fā)現(xiàn)，控制Na+/K+選擇性吸收是發(fā)生在根內(nèi)皮層上的。小花堿茅通過(guò)較高的Na+/K+選擇性吸收能力，能減少Na+在體內(nèi)的凈積累［93］。Abideen等［94］和王樹(shù)鳳等［95］觀察到，根系生長(zhǎng)可以補(bǔ)償其吸收功能的損失，由于鹽脅迫引起的干重積累和表面積的增加，這些補(bǔ)償效應(yīng)有利于根系對(duì)K+的吸收和Na+的貯存，由此推測(cè)根系補(bǔ)償性生長(zhǎng)可能是沙棗增強(qiáng)耐鹽性的一種機(jī)制［96］。Liu 等［96］研究進(jìn)一步證實(shí)了沙棗根Na+和Cl-貯存的可擴(kuò)展能力，有效地限制Na+從莖到葉的運(yùn)輸，以及根補(bǔ)償生長(zhǎng)是沙棗對(duì)鹽脅迫的生理適應(yīng)機(jī)制。

Perez-Jimenez 等［97］通過(guò)γ 輻射獲得具有抗鹽性的5 個(gè)柑橘（Citrus×paradisi）砧木突變體，并對(duì)突變體抵抗鹽度水平的程度進(jìn)行評(píng)估，數(shù)據(jù)表明柑橘是通過(guò)積累較少Na+或 Cl-來(lái)提高耐鹽性。Zhang等［98］發(fā)現(xiàn)PtNHX1、PtSOS1 和PtHKT1；5 等轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在小花堿茅的不同組織協(xié)同調(diào)控，使植物維持Na+穩(wěn)態(tài)，增加小花堿茅的耐鹽性。李靜［99］采用非損傷微測(cè)技術(shù)分析小花堿茅響應(yīng)鹽脅迫的各種離子流動(dòng)態(tài)變化機(jī)制，推測(cè)小花堿茅在高鹽脅迫初期，Ca2+的大量?jī)?nèi)流可能在SOS 系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，從而激活SOS1 以增強(qiáng)Na+外流。楊升等［100］研究指出，在鹽脅迫下，沙棗幼苗根系進(jìn)行Na+積累和K+外流，為減少Na+積累，通過(guò)根系Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將Na+從體內(nèi)排出（表3）。

表3 拒鹽鹽生植物關(guān)鍵耐鹽基因Table 3 Key salt-tolerant genes in pseudohalophytes

4 總結(jié)與展望

通過(guò)對(duì)3 類鹽生植物耐鹽形態(tài)、生理及分子機(jī)制的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，大部分鹽生植物主要是通過(guò)兩類基因應(yīng)對(duì)胞質(zhì)中過(guò)高的Na+，其中一類是離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白編碼基因，如液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白編碼基因NHX1和質(zhì)膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白編碼基因SOS1；另一類是提供能量的基因，如液泡膜 H+-ATPase 和H+-PPase 基因以及質(zhì)膜H+-ATPase 基因。液泡膜H+-ATPase 和H+-PPase 及質(zhì)膜H+-ATPase 產(chǎn)生H+梯度并提供能量，液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NHX1 將胞質(zhì)中過(guò)量的Na+逆濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)至液泡中，質(zhì)膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SOS1 將胞質(zhì)中過(guò)量的Na+排出到胞外，這樣就可以使植物胞質(zhì)中的Na+濃度降低到植物耐受的范圍內(nèi)。

在生理和形態(tài)上，3 類鹽生植物應(yīng)對(duì)鹽脅迫的策略各有不同。稀鹽鹽生植物通過(guò)離子區(qū)隔化應(yīng)對(duì)鹽脅迫，將過(guò)量Na+區(qū)隔在液泡中，并通過(guò)莖葉肉質(zhì)化將體內(nèi)鹽分進(jìn)行稀釋，使植物體不受高鹽環(huán)境的傷害（圖1-a）［102-103］；泌鹽鹽生植物擁有其特有的生理結(jié)構(gòu)——鹽腺或鹽囊泡，能夠利用鹽腺和分泌細(xì)胞將鹽離子分泌到體外，或是把體內(nèi)鹽分分泌到葉表面的鹽囊泡中暫時(shí)貯存，而后鹽囊泡破裂將體內(nèi)多余鹽分釋放，從而避免鹽分在體內(nèi)過(guò)量積累以維持植物體正常生理活動(dòng)（圖1-b）［104-105］；拒鹽鹽生植物通常是將鹽離子積累在皮層細(xì)胞液泡和根部木質(zhì)部薄壁細(xì)胞中，減少向上運(yùn)輸鹽離子，且根外皮層栓質(zhì)化不透水透氣性，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)不吸收或很少吸收鹽離子以適應(yīng)鹽脅迫（圖1-c）［29］。經(jīng)前人大量研究，大部分的稀鹽鹽生植物耐鹽性高于泌鹽鹽生植物，高于拒鹽鹽生植物，這3 種鹽生植物耐鹽性的不同，可能與其生理生長(zhǎng)機(jī)制的差異有關(guān)，但仍需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

圖1 三類鹽生植物Na+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)耐鹽機(jī)制模式圖Fig.1 Model diagram of Na+ antiport mechanisms for salt tolerance in three halophytes

除了以上研究，還有許多問(wèn)題亟待進(jìn)一步探究：一是離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和提供能量的兩大類基因在各類鹽生及非鹽生植物中均存在，但不同植物的耐鹽性差異巨大，因此，應(yīng)進(jìn)一步挖掘鹽生和非鹽生植物耐鹽基因，比較不同種植物間相同基因如NHX1、SOS1的功能差異，研究相同基因在不同植物體內(nèi)的調(diào)控機(jī)制，并進(jìn)行基因功能的驗(yàn)證分析；二是決定及調(diào)控鹽生植物在鹽脅迫下特化出組織結(jié)構(gòu)的基因需要進(jìn)一步挖掘，如稀鹽鹽生植物的肉質(zhì)化莖和葉、泌鹽鹽生植物的鹽腺和鹽囊泡、拒鹽鹽生植物栓質(zhì)化根；三是植物耐鹽是一個(gè)由多基因協(xié)調(diào)控制的復(fù)雜生物學(xué)過(guò)程，以往的研究大多是將單一目的基因轉(zhuǎn)入到植物體內(nèi)以提高植物的耐鹽性，今后可以將離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和提供能量的兩類基因同時(shí)轉(zhuǎn)化到植物中，與單一基因的轉(zhuǎn)化進(jìn)行比較，探索更有效的多基因轉(zhuǎn)化組合，為耐鹽植物的育種提供依據(jù)。