鹽脅迫下植物根系分泌物的成分分析與生態(tài)功能研究進(jìn)展

王雨晴 馬子奇 侯嘉欣 宗鈺琪 郝晗睿 劉國元，2 魏輝，2連博琳，2 陳艷紅，2 張健，2

（1. 南通大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，南通 226019；2. 南通市觀賞植物遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南通 226019）

土壤鹽漬化是全球性的生態(tài)環(huán)境問題，鹽脅迫已經(jīng)成為限制作物產(chǎn)量和植物生長的一種主要環(huán)境脅迫，且自然環(huán)境條件的惡化、不合理的灌溉方式使得世界土壤鹽漬化程度和面積不斷增加［1］。土壤鹽漬化使農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力下降，影響農(nóng)林業(yè)的發(fā)展，給生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展均帶來了一定程度的損失。環(huán)境中高鈉離子濃度導(dǎo)致鉀從細(xì)胞內(nèi)流出，造成植物細(xì)胞離子分布不平衡，誘導(dǎo)滲透脅迫、離子脅迫等，從而引起水分和養(yǎng)分不足，影響植物的生長發(fā)育［2］。鹽脅迫會(huì)抑制整個(gè)植株的生長，尤其是根系的生長。根分生組織中的細(xì)胞對(duì)鹽敏感，細(xì)胞分裂受到影響，抑制主根的發(fā)育［3］。提高植物根系對(duì)土壤中水分、養(yǎng)分的吸收利用率是植物抵御脅迫的關(guān)鍵［4］。植物可以通過滲透調(diào)節(jié)、酶或非酶抗氧化系統(tǒng)、離子調(diào)節(jié)等一系列耐鹽機(jī)制適應(yīng)脅迫環(huán)境［5］，分泌根系分泌物也是其中一種重要機(jī)制［6］。

根系分泌物（root exudate）是指植物在生長階段通過根向土壤輸入的各種無機(jī)離子和化合物［7］，根系分泌物進(jìn)入土壤可以改變土壤的理化性質(zhì)，是植物與外界進(jìn)行物質(zhì)交換和信息傳遞的重要媒介，是根際微生物保持活力和功能的關(guān)鍵因素［8］，是陸地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)中不可或缺的一部分，具有重要的生態(tài)學(xué)意義。其組成和數(shù)量可隨著植物自身生長階段和環(huán)境變化而不斷改變［9］。植物根系分泌物可提高微量元素的有效性，例如，根系分泌物中的羧酸鹽是一種螯合劑，可以溶解磷（P），利于植物的吸收［10］。除此之外，根系分泌物在促進(jìn)根際與有益微生物的相互作用、抑制病原體方面也發(fā)揮著關(guān)鍵作用［11］。目前對(duì)植物響應(yīng)鹽脅迫的研究主要集中在形態(tài)特征、生理指標(biāo)［12］以及耐鹽基因的變化［13］，但隨著研究技術(shù)的發(fā)展，近年來對(duì)分泌物響應(yīng)鹽脅迫的研究也越來越多。但是，植物根部不可見的復(fù)雜環(huán)境使得根系分泌物難以收集和分離，鑒定難度大，而且對(duì)鹽脅迫下根系分泌物的成分和含量的研究較少，對(duì)分泌物在鹽脅迫中的作用還有待深入探究，極大限制了其在生產(chǎn)上的應(yīng)用。本文綜述了根系分泌物的種類和檢測(cè)方式，并從根際理化環(huán)境、根際微生物等方面總結(jié)了鹽脅迫下植物根系分泌物的主要作用，旨在分析鹽脅迫下植物根系分泌物的生態(tài)效應(yīng)。

1 根系分泌物成分的種類及組成

廣義的植物根系分泌物成分包括滲出物（由根系細(xì)胞主動(dòng)擴(kuò)散的小分子化合物）、分泌物（植物細(xì)胞代謝釋放出的物質(zhì)）、黏膠質(zhì)（根冠細(xì)胞、未形成次生壁的表皮細(xì)胞、根毛分泌的黏膠狀物質(zhì)）、分解物和脫落物（脫落的根殘?bào)w的分解產(chǎn)物）［14］。目前被鑒定出來的化合物已達(dá)300余種［15］，且鑒定出的木本植物代謝物的數(shù)量明顯低于草本植物［16］。主要有低分子量的糖、有機(jī)酸、氨基酸等初生代謝物，以及酚類等次生代謝產(chǎn)物和高分子量化合物（如黏膠物質(zhì)和蛋白質(zhì)）［6］（表1）。其中由非代謝途徑產(chǎn)生的根系分泌物，大多來源于植物根細(xì)胞內(nèi)含物、細(xì)胞間滲透物和脫落的根殘?bào)w的分解，它們是一類化感物質(zhì)，主要以阿魏酸、原兒茶酸等酚類化合物形式存在［23］。根系分泌物是由根系不同部位分泌的，其中釋放最多的部位是植株的根伸長區(qū)［24］。植物通過釋放這些低分子化合物來改變根際的物理、化學(xué)或生物性質(zhì)，提高根系對(duì)養(yǎng)分的吸收，是調(diào)節(jié)根際微生態(tài)功能的關(guān)鍵因素［25］。

表1 根系分泌物的分類及組成Table 1 Classification and composition of root exudates

2 根系分泌物成分的檢測(cè)和鑒定

根系分泌物成分的研究按照識(shí)別精度可分為3類：全量檢測(cè)、功能成分分析及全成分分析，識(shí)別精度主要受限于根系分泌物的收集方法和檢測(cè)手段［26］。早期常常采用溶液培養(yǎng)收集、土壤浸提、基質(zhì)培養(yǎng)等傳統(tǒng)的非連續(xù)性收集方法對(duì)根系分泌物進(jìn)行提取，這類方法能有效避免土壤中其他物質(zhì)成分的干擾，弊端在于脫離了自然狀態(tài)，無法探知土壤中微生物、動(dòng)物及土壤溫度等對(duì)根系分泌物的影響，與實(shí)際環(huán)境下植物真實(shí)的分泌情況有較大誤差。后來，逐步發(fā)展出原位抽提、原位監(jiān)測(cè)等連續(xù)性根系分泌物收集方法，可對(duì)植物根系分泌物進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時(shí)地收集，能較為真實(shí)地反映自然條件下根系的分泌情況。但這些技術(shù)也存在一定的局限性，如原位抽提干擾了根系原有的生長狀態(tài)對(duì)其分泌活動(dòng)有一定的影響［27］；原位監(jiān)測(cè)難以獲取根系總組分的分泌情況［28-29］。綜上，需要根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)需求選擇最佳的收集方法。

收集后針對(duì)不同根系分泌物的理化性質(zhì)，采用合適的分離純化方法，常見的有樹脂法、萃取法、衍生化和層析法［30］。另外，根系分泌物的鑒定和分析手段也從早期單一的液相色譜（LC）或氣相色譜（GC）法，到近期的色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS、LC-MS）［31-32］、核磁共振（NMR）［33］等高精度、高分辨率的檢測(cè)方法（表2）。現(xiàn)常用的色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS、LC-MS），由于兩種儀器的工作原理不同，因此其檢測(cè)組分的物理化學(xué)性質(zhì)也有所差異。GC-MS主要檢測(cè)有機(jī)酸、氨基酸等極性小的小分子化合物；而LC-MS則側(cè)重于檢測(cè)高分子量且極性較廣的化合物，如脂類、多胺等根系分泌物中的次生代謝物［26］，有些可能需要更先進(jìn)的現(xiàn)代波普技術(shù)來檢測(cè)［35］。NMR適用于復(fù)雜基質(zhì)樣本的檢測(cè)和化合物結(jié)構(gòu)的分析，未知化合物的損失較少，但靈敏度較低，比目前流行的質(zhì)譜分析法（MS）低好幾個(gè)數(shù)量級(jí)［33］。

近年來，系統(tǒng)生物學(xué)技術(shù)發(fā)展迅猛，主要以代謝組學(xué)、基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白組學(xué)為代表。其中代謝組學(xué)分析的發(fā)展使根系分泌物的定性和定量成為可能，分為靶向代謝組學(xué)和非靶向代謝組學(xué)。靶向代謝組可針對(duì)某一特定的代謝物進(jìn)行分析，并根據(jù)生物信息分析獲取目標(biāo)代謝物在樣本中的絕對(duì)含量；而非靶向代謝組具有普適性，是對(duì)樣本進(jìn)行系統(tǒng)全面的分析，對(duì)代謝物進(jìn)行定性和相對(duì)定量，以獲取大量代謝物的相對(duì)含量，經(jīng)過處理后找出差異代謝物的一種無偏向的代謝組學(xué)分析。基于質(zhì)譜的代謝組學(xué)方法通常是靶向分析的最佳方法。另外與核磁共振波譜相比，質(zhì)譜在分析次生代謝物方面具有優(yōu)勢(shì)。因此，在非靶向分析根系分泌物方面也常用色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS、LC-MS）。值得注意的是，目前沒有任何單一的分析平臺(tái)能夠?qū)悠分械乃蟹肿舆M(jìn)行完全的定量和鑒定，因此需要集成多種技術(shù)以最大限度地鑒定復(fù)雜樣品中的不同代謝物，并結(jié)合多組學(xué)方法及先進(jìn)的研究設(shè)備（如蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、生物傳感器等）建立高效完善的現(xiàn)代分析方法，從而實(shí)現(xiàn)植物根系分泌物的定性定量分析。

3 植物根系分泌物在鹽脅迫下的變化

植物根系與土壤直接接觸，因此在鹽分作用過程中，根系是直接被作用的部位，其分泌物的組成和變化能夠直接反映根系和植物的生理生化特征［7］。另外植物在正常生長條件下，根系也會(huì)分泌化合物至外界，其種類和數(shù)量隨植物類型、根際環(huán)境的不同而變化，但是非生物脅迫下根系分泌物的成分種類和數(shù)量一般會(huì)明顯增加［36］。當(dāng)植物在高鹽土壤中生長時(shí)，根系分泌物變化的研究主要集中在氨基酸、有機(jī)酸和可溶性糖3個(gè)方面。

3.1 氨基酸

氨基酸作為蛋白質(zhì)和某些有機(jī)化合物的前體物質(zhì)和分解產(chǎn)物，是根系分泌物的重要組成部分。植物在遭受脅迫時(shí)通常會(huì)分泌大量的氨基酸以響應(yīng)脅迫，鑒于不同的氨基酸在體內(nèi)有不同的功能，所以不同的氨基酸的分泌量也有所差異。于崧等［37］研究表明，鹽堿脅迫下耐鹽堿性較強(qiáng)的蕓豆（Phaseolus vulgaris L.）品種‘HYD’根系分泌物總氨基酸含量高于耐鹽堿性弱的‘JW’，兩個(gè)品種中大多數(shù)氨基酸含量有明顯差異，‘HYD’中甘氨酸、蘇氨酸含量明顯升高，‘JW’則是脯氨酸含量顯著升高。Geng等［38］研究發(fā)現(xiàn)，甘氨酸、蘇氨酸和絲氨酸代謝途徑在甜菜（Beta vulgaris L.）耐鹽品種中富集最為顯著。離體條件下培養(yǎng)的杏樹（Armeniaca vulgaris L.）的根系在鹽脅迫下也會(huì)分泌出大量的脯氨酸，其濃度隨著鹽濃度的增加而增加［39］。還有研究指出，鹽脅迫下植物根系的分泌物中，氨基酸的濃度都較高［40］。總體而言，鹽脅迫對(duì)植物氨基酸代謝途徑影響較大，甘氨酸、蘇氨酸代謝可能是植物耐鹽的重要途徑之一，根系分泌物中小分子氨基酸積累，可能對(duì)鹽產(chǎn)生的滲透勢(shì)起到保護(hù)作用，維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，緩解脅迫壓力。

3.2 有機(jī)酸和可溶性糖

大量研究表明，有機(jī)酸是植物體內(nèi)代謝調(diào)節(jié)和鹽脅迫下根系分泌物的主要成分之一，主要在線粒體中合成，大部分是在TCA循環(huán)中產(chǎn)生，它在環(huán)境適應(yīng)調(diào)節(jié)等方面都具有重要作用［41］。其分泌量主要由植物種類及遺傳特性決定，例如，水稻（Oryza sativa L.）根系分泌的有機(jī)酸的主要組分是酒石酸，而小麥（Triticum aestivum L.）則是乙酸、草酸和丙酸。于崧等［37］研究蕓豆根系分泌物發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫顯著改變了其根系分泌物中有機(jī)酸的含量，其中乙酸含量最多。聶穎［42］研究指出抗鹽轉(zhuǎn)BADH基因大豆（Glycine max）（SRTS）根系分泌物中有機(jī)酸的含量發(fā)生明顯改變，其中檸檬酸、乙酸及有機(jī)酸總量均上升。Taheri等［43］研究表明鹽脅迫對(duì)玉米（Zea mays L.）根系分泌物中有機(jī)酸的釋放有影響，同時(shí)蘋果酸、乙酸和檸檬酸的分泌速率隨著鹽濃度的增加而下降。說明鹽脅迫對(duì)植物根系分泌有機(jī)酸的含量、組分及速率均有影響，由于有機(jī)酸的解離特性，推測(cè)其可能通過改變土壤pH和調(diào)動(dòng)土壤中營養(yǎng)元素的吸收來抵御鹽脅迫。

可溶性糖指在生物細(xì)胞內(nèi)呈溶解狀態(tài)的糖類化合物，是植物新陳代謝的基礎(chǔ)，是重要的能量來源。根系分泌物中的可溶性糖對(duì)作物根系的土壤養(yǎng)分吸收具有重要作用。吳鳳芝等［44］研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下黃瓜（Cucumis sativus L.）根系分泌物中可溶性糖水平受鹽脅迫程度和黃瓜生長時(shí)期的影響，除300 mmol/L NaCl處理外，定植后50 d耐鹽品種各處理可溶性糖含量高于敏鹽品種。Li等［45］研究指出鹽脅迫下野生大豆（Glycine soja）幼苗根系中半乳糖、D-阿拉伯糖醇含量顯著上升。有研究表明甘露醇和肌醇是植物在鹽脅迫下非常重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，它們也會(huì)在鹽脅迫下積累［46］。說明鹽脅迫下植物的糖醇代謝增強(qiáng)，可溶性糖分泌增多。

3.3 其他

除了氨基酸、有機(jī)酸和可溶性糖以外，植物根系也會(huì)分泌大量其他物質(zhì)，例如黃酮類、酚酸類物質(zhì)。有研究表明，植物產(chǎn)生酚類物質(zhì)主要是為了保護(hù)植物免受非生物脅迫［47］。Yu等［48］研究發(fā)現(xiàn)，玉米根系分泌物中含有大量的黃酮類化合物，該類物質(zhì)可促進(jìn)草酸桿菌在根際富集，促進(jìn)植物根系的生長；同時(shí)植物酚酸類物質(zhì)的含量也有所增加，其中桂皮酸（CIN）、水楊酸（SA）與對(duì)照相比分別增加4.25倍和1.57倍，這兩種物質(zhì)能溶解土壤中的養(yǎng)分，并通過影響抗氧化酶系統(tǒng)來響應(yīng)鹽脅迫［40］。Li等［45］研究顯示，鹽脅迫下野生大豆的酚類代謝增強(qiáng)，水楊酸含量顯著增加，其可降低細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化程度來緩解鹽脅迫。總而言之，根系分泌黃酮類及酚酸類物質(zhì)可提高植物根系對(duì)養(yǎng)分的吸收，誘導(dǎo)抗氧化系統(tǒng)。

4 根系分泌物對(duì)植物耐鹽性的作用

根系分泌物影響植物鹽脅迫耐受性的因素有很多，而且存在多種因素間的共同作用，對(duì)其作用機(jī)制的研究主要集中在作為信號(hào)分子影響植物生長、影響根細(xì)胞內(nèi)環(huán)境、影響根際環(huán)境3個(gè)方面（圖1）。

圖1 根系分泌物作用機(jī)制Fig. 1 Acting mechanism of root exudates

4.1 作為信號(hào)分子影響植物生長

次級(jí)代謝物作為植物相互作用過程中的信號(hào)分子，發(fā)揮了重要作用，最常見的信號(hào)分子是酚酸類、內(nèi)萜類和黃酮類物質(zhì)［49］，其中酚酸類主要有香草酸、阿魏酸、苯甲酸等［20］，內(nèi)萜類有檸檬烯、蒎烯、樟腦等［50］，黃酮類有槲皮素、兒茶素、黃酮木質(zhì)素等［51］。楊陽等［52］研究發(fā)現(xiàn)，低濃度的酚酸可提高楊樹（Populus）根系超氧化物歧化酶和過氧化物酶的活性，而高濃度時(shí)這兩種酶的活性受到顯著抑制。鹽脅迫下實(shí)葶蔥（Allium galanthum）的腐解物對(duì)辣椒（Capsicum annuum L.）的長勢(shì)、光合、營養(yǎng)代謝及抗氧化系統(tǒng)酶的活性均產(chǎn)生影響，輕度、中度鹽脅迫下實(shí)葶蔥的根系分泌物能促進(jìn)辣椒的生長［53］。故可推測(cè)這些根系分泌物的濃度對(duì)植物的生長發(fā)育有著關(guān)鍵作用。有研究指出鹽脅迫下菊芋（Helianthus tuberosus L.）根系分泌物中的硬脂酸和苯甲酸是良好的植物生長調(diào)節(jié)劑［54］。總體而言，酚酸類、黃酮類等這些根系分泌物可以作為信號(hào)分子來影響植物的生長發(fā)育，影響植物種間關(guān)系，并受濃度影響。

4.2 作為滲透調(diào)節(jié)劑影響根細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)

滲透壓是由于細(xì)胞內(nèi)外液體中離子濃度不同而形成的，其中脯氨酸作為一種滲透調(diào)節(jié)保護(hù)劑，起到穩(wěn)定細(xì)胞的膨壓、滲透及結(jié)構(gòu)的作用［55］，其在鹽脅迫環(huán)境下的積累，可維持根毛區(qū)細(xì)胞的滲透平衡［56］。擬南芥（Arabidopsis thaliana）在高鹽度下會(huì)通過增加脯氨酸的分泌、減少Na+的排放來強(qiáng)化植物的滲透保護(hù)狀態(tài)［57］。而有機(jī)酸可能與細(xì)胞pH脅迫密切相關(guān)，其可通過解離出的酸根離子或H+改變胞內(nèi)滲透壓［58］。Yang等［59］發(fā)現(xiàn)，虎尾草（Chloris virgata）在鹽堿脅迫下的根系分泌物中的有機(jī)酸可以維持細(xì)胞內(nèi)pH的穩(wěn)定以及離子的平衡。

鹽脅迫導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)活性氧增加、損傷細(xì)胞，氨基酸可以通過清除活性氧、調(diào)節(jié)抗氧化代謝產(chǎn)物和維持滲透調(diào)節(jié)來提高植物的耐受性［60］。有研究表明高粱（Sorghum bicolor）通過積累脯氨酸提高水分利用效率和維持抗氧化活性來緩解鹽脅迫［61］。鑒于脯氨酸具有較高的水溶性，除了能夠保護(hù)多種生物大分子結(jié)構(gòu)和功能的完整性，還能夠調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)（酶類）的合成和降解速率，維持植物細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)［62］。

4.3 影響根際環(huán)境

4.3.1 影響根際pH值 有機(jī)酸指至少含有一個(gè)羧基基團(tuán)（-COOH），能夠攜帶負(fù)電荷，主要含碳?xì)溲踉厍揖哂兴嵝缘挠袡C(jī)化合物，可以絡(luò)合土壤溶液中的陽離子或者置換陰離子，影響植物和微生物對(duì)養(yǎng)分的吸收及固定等一系列過程［63］。其廣泛存在于植物體內(nèi)并可通過根系分泌作用釋放到根際環(huán)境中，以調(diào)控植物對(duì)不良環(huán)境的適應(yīng)性［64］。

高pH值影響根系的生長，并且根系外部質(zhì)子缺乏導(dǎo)致NO3-含量降低，影響氮素的吸收利用［65］，降低土壤養(yǎng)分的有效性。已有研究發(fā)現(xiàn)，虎尾草根系可以分泌有機(jī)酸調(diào)節(jié)根際的pH，除了根系直接分泌之外，還可以通過根表面或皮層質(zhì)外體空間吸收鈉離子交換出H+，以及增強(qiáng)呼吸作用釋放更多的二氧化碳等其他的方式來調(diào)節(jié)土壤pH［59］。Guo等［66］和張文明等［67］發(fā)現(xiàn)在受鹽堿脅迫的星星草（Puccinellia tenuiflora）和馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）現(xiàn)蕾期的根系分泌物中均能檢測(cè)到較多的有機(jī)酸，如檸檬酸、棕櫚酸等。以上結(jié)果均表明有機(jī)酸在植物響應(yīng)根際高pH環(huán)境中扮演著重要角色。根系分泌物中大量的低分子有機(jī)酸和H+增加了土壤中H+的濃度，令根際土壤酸化，改變了土壤的pH［68］，有利于一些弱酸性固氮細(xì)菌和硝化細(xì)菌的生活，提高N、Ca、K等營養(yǎng)元素的生物利用度。

4.3.2 影響土壤肥力 在根際土壤中，F(xiàn)e、Mn等微量元素的溶解度受pH的影響很大，因而有機(jī)酸的釋放一定程度上可以提高這些微量元素的有效性［24］。其中鐵元素是植物形成葉綠素所必需的，同時(shí)還參與呼吸作用和氧化還原反應(yīng)等。有研究發(fā)現(xiàn)在鹽堿條件下，某些植物分泌的香豆素能顯著增加Fe的溶解度，提高植物對(duì)Fe的吸收［69］。楊慧［54］研究發(fā)現(xiàn)菊芋（Helianthus tuberosus L.）在鹽堿地上生長時(shí)，其根系分泌物受到鹽分影響，分泌多種有機(jī)酸，如戊酸、鄰苯二甲酸等，這些有機(jī)酸能夠激活、固定植物根際的營養(yǎng)成分，從而提升根際中有效養(yǎng)分的含量。有研究表明，低分子量有機(jī)酸可通過還原、螯合、酸化等方式來溶解或轉(zhuǎn)化部分難溶性的礦物，能夠調(diào)節(jié)根表細(xì)胞的通透性來釋放和提高根際養(yǎng)分的吸收效率，從而保障植物在生長發(fā)育過程中的營養(yǎng)需求［70］。植物根系在鹽積累過程中分泌出的類黃酮、異黃酮、黃酮類化合物等，能夠提高土壤的肥力［71］。另外氨基酸在營養(yǎng)循環(huán)中也起著重要作用，甘氨酸、賴氨酸、天冬氨酸、谷氨酸和絲氨酸參與土壤-微生物系統(tǒng)中的氮循環(huán)，并可形成有機(jī)復(fù)合物，植物可螯合吸收［72］。但還存在很多檢測(cè)到的組分其功能未被鑒定。

4.3.3 影響根際微生物 植物分泌物是形成根際微生物群落的重要因素，同時(shí)根際微生物又對(duì)根分泌物產(chǎn)生影響。根系分泌物為土壤微生物提供碳源，植物在根系分泌物的引導(dǎo)下將不同的微生物招募到根際［73］。因此，與非根際相比，根際微生物豐度更高［74］。根系分泌物中糖類及高分子黏膠物質(zhì)可為根際微生物提供營養(yǎng)來源。鹽脅迫顯著損害植物生理和發(fā)育，但土壤微生物被認(rèn)為能夠減輕土壤鹽分對(duì)植物的一些負(fù)面影響。植物可以在脅迫條件下改變或增加根系分泌物和根系沉積物，以吸引一批有益的根際微生物［75］。Xiong等［76］研究發(fā)現(xiàn)，中華補(bǔ)血草（Limonium sinense）在鹽脅迫下，通過根系分泌物如甲基丁酸、硬脂酸、棕櫚酸等來招募和吸引根際有益微生物彎曲芽孢桿菌（Bacillus flexus），接著彎曲芽孢桿菌通過復(fù)雜的植物生理調(diào)控機(jī)制促進(jìn)了植物生長。在干旱和鹽脅迫下研究根分泌物與白刺（Nitraria tangutorum）根際細(xì)菌群落之間的相互作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，根際土壤的pH值和電導(dǎo)率增加，并且鹽脅迫進(jìn)一步改變了白刺根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，顯著降低了擬桿菌門作為r-策略者的相對(duì)豐度，而增加了k-策略者的α變形菌的相對(duì)豐度，鹽脅迫降低了根際細(xì)菌網(wǎng)絡(luò)的連通性和復(fù)雜性。說明土壤理化性質(zhì)和根系分泌物以及鹽脅迫會(huì)影響細(xì)菌的策略和相互作用［77］。張立芙［78］在研究鹽脅迫和黃瓜分泌物對(duì)土壤微生物的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫降低了土壤細(xì)菌、放線菌的數(shù)量。總而言之，根系分泌物在調(diào)節(jié)植物和微生物之間的相互作用方面充當(dāng)著重要角色，且對(duì)微生物的組裝有強(qiáng)大的選擇力，但其具體作用機(jī)制尚不清楚。

5 根系分泌物的變化機(jī)理

植物對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的生物過程，其中最重要的是代謝的改變，使得代謝產(chǎn)物的含量或成分發(fā)生變化，從而達(dá)到對(duì)非生物脅迫的防御作用［79］。目前對(duì)鹽脅迫下根系分泌物合成機(jī)制的研究主要集中于氨基酸和糖類，對(duì)其他類型的分泌物的合成和調(diào)控機(jī)制的研究還很少。高玉剛［79］研究表明，燕麥（Avena sativa L.）在鹽堿脅迫下耐鹽堿品種白燕7號(hào)（BY）中編碼△-1-吡咯啉-5-羧酸合成酶的基因表達(dá)上調(diào)，該酶是脯氨酸合成的關(guān)鍵酶，同時(shí)編碼脯氨酰-4-羥化酶和脯氨酸脫氫酶的基因表達(dá)量下調(diào)，減少脯氨酸的降解，促進(jìn)脯氨酸的積累；鹽堿敏感品種冀張燕4號(hào)（YZY）中編碼丙酮酸脫氫酶、α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、α-半乳糖苷酶的基因表達(dá)上調(diào)，糖苷酶可水解糖苷，促進(jìn)可溶性糖的積累。Xu等［80］研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下耐鹽品種白燕2號(hào)（BY2）燕麥中編碼蔗糖合酶、蔗糖磷酸合酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶等與蔗糖、淀粉代謝相關(guān)的基因上調(diào)，導(dǎo)致蔗糖和海藻糖含量升高、淀粉被淀粉酶水解為可溶性糖，為植物提供充足能量，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)滲透壓的平衡，以適應(yīng)脅迫環(huán)境。Li等［81］研究指出，甜菜在鹽脅迫下雙特異性蛋白磷酸酶4（DSP4）、膽堿單加氧酶（CMO）和甜菜堿醛脫氫酶（BADH）蛋白含量升高，DSP4能促進(jìn)淀粉水解為可溶性糖，CMO和BADH能催化膽堿氧化生成甜菜堿，進(jìn)而能對(duì)細(xì)胞滲透壓進(jìn)行調(diào)節(jié)；谷氨酸脫羧酶4的含量在鹽脅迫下顯著上升，該酶以谷氨酸為底物合成γ-氨基丁酸，使谷氨酸含量顯著下降，影響甜菜的氨基酸代謝。總體而言，目前對(duì)分泌物合成調(diào)控相關(guān)的研究主要集中在氨基酸和糖類，鹽脅迫下植物主要通過調(diào)控合成糖、氨基酸等化合物的合成基因的表達(dá)來影響分泌物，對(duì)其他類型分泌物的研究報(bào)道還很少，很多分泌物的合成途徑尚不清楚，對(duì)深入研究其合成和調(diào)控機(jī)制產(chǎn)生了阻礙。

6 總結(jié)與展望

植物分泌根系分泌物是其適應(yīng)和改善逆境的有效機(jī)制，根系分泌物可以通過改變植物根際土壤的理化性質(zhì)、作為信號(hào)分子、調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)以及改善根系微生物群落等方式使植物更好的應(yīng)對(duì)逆境脅迫。本研究總結(jié)了根系分泌物的鑒定方式以及其主要成分，并對(duì)氨基酸、有機(jī)酸、糖類等主要分泌物的作用機(jī)制以及變化調(diào)控規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)。

目前根系分泌物響應(yīng)鹽脅迫的研究中仍存在許多亟待解決的問題。第一，由于根際環(huán)境在空間分布上的不均勻和無法直接觀察使其具有異質(zhì)性和不可見性的特點(diǎn)，具有普適性的根系分泌物研究方法一直是困擾根際研究的一個(gè)重要難題，合理有效的研究方法是理論突破的重要前提。考慮到在收集根系分泌物時(shí)，易對(duì)根系造成擾動(dòng)和傷害，因此根系分泌物原位收集的方法和測(cè)試技術(shù)亟需進(jìn)行構(gòu)建和完善。第二，目前根系分泌物中只有少數(shù)組分的功能被確定，還有很多檢測(cè)到的組分功能未被鑒定，需要進(jìn)一步完善根系分泌物的鑒定方法。第三，自然條件下根系環(huán)境復(fù)雜，根系分泌物對(duì)植物響應(yīng)鹽脅迫的影響是多種途徑共同作用的結(jié)果，這些途徑相互之間也存在影響，對(duì)分析其具體作用機(jī)制也提出了挑戰(zhàn)。第四，植物在鹽脅迫下的根系分泌物的響應(yīng)研究較少，且主要集中在有機(jī)酸、氨基酸上，對(duì)其他組分研究較少，應(yīng)加強(qiáng)其他組分的研究，比如黏膠物質(zhì)。第五，根系分泌物的產(chǎn)生和代謝途徑的研究主要集中在氨基酸和糖類，對(duì)其他類型分泌物的研究很少，甚至有些分泌物的合成途徑還是未知的，其代謝途徑中究竟有哪些酶和蛋白參與，對(duì)這些酶和蛋白的作用機(jī)制以及表達(dá)調(diào)控機(jī)制的報(bào)道更是少之又少，極大限制了有益分泌物的應(yīng)用。因此利用高通量技術(shù)篩選并鑒定出一些能夠促進(jìn)植物抵御鹽脅迫的根系分泌物，并基于多組學(xué)結(jié)合的方法深入探究其產(chǎn)生的代謝途徑以及分泌物的作用機(jī)制，將對(duì)促進(jìn)植物在逆境環(huán)境中的適應(yīng)能力提供重要依據(jù)，為提高植物抗逆能力和改良困難立地的生態(tài)環(huán)境提供重要的理論意義和新的思路。