果樹耐鹽機制研究進展

亓正聿 畢澤楷 彭福田

摘 ? ?要：鹽脅迫是影響果樹栽培的重要環(huán)境因子，嚴重制約我國果樹產業(yè)的發(fā)展。主要對果樹耐鹽性評價方法和耐鹽種質資源篩選、果樹耐鹽性形成的生理機制、果樹耐鹽性狀的遺傳及相關基因等研究現狀進行了概述，為后續(xù)的果樹耐鹽堿機制解析及耐鹽堿果樹新品種培育提供參考。

關鍵詞：果樹;耐鹽機制;研究進展

文章編號： 1005-2690（2021）11-0008-04 ? ? ? 中國圖書分類號： S66 ? ? ? 文獻標志碼： A

鹽脅迫是影響植物生長和發(fā)育的重要環(huán)境因子之一。近年來，隨著工業(yè)化進程的加速，耕地面積急劇減少，鹽漬化程度顯著增加。生產過程中過度施肥及不恰當的灌溉管理，使得土壤鹽漬化問題變得日益嚴峻[1]。

土壤鹽漬化已嚴重影響到我國主要經濟樹種——果樹的發(fā)展，影響果品生產的產量和品質。本文對目前果樹耐鹽機制研究進行了綜述，以期為后期抗鹽性研究與耐鹽育種提供參考。

1 ? 果樹耐鹽性評價方法和耐鹽種質資源篩選

1.1 ? 評價指標

果樹耐鹽性可以通過測量和計算鹽脅迫后各生長指標變化進行評價。常用的生長指標包括植物的植株生長量、株高、葉片數、根系活力及根干鮮質量等[2-5]。

在鹽脅迫下變化幅度較為明顯的生理生化指標也可作為果樹耐鹽性評價的指標。常用的生理生化指標包括葉綠素、脯氨酸、丙二醛等物質的含量，鈉離子、鉀離子質量分數及其比值，過氧化物酶等氧化酶的活性及相對電導率、凈光合速率等[6-9]。

果樹耐鹽機制復雜，通過單一指標或幾個指標評價果樹的耐鹽性，往往具有較大的片面性，無法科學地進行評價，通常對果樹各項指標進行分析，從而對其耐鹽性進行綜合評價[10]。采用綜合評價的方法，能夠較為全面地評價不同種質間的耐鹽性，提高種質表型鑒定的準確性。如在形態(tài)指標的選擇上，通常采用“鹽害指數”這一綜合指標，也經常使用平均抗逆系數、耐鹽系數等對試驗材料進行耐鹽性評價。曾麗蓉為評價5種不同蘋果砧木耐鹽性，測定了14個與耐鹽性相關的指標，與耐鹽性呈正相關的指標，計算隸屬函數值;與耐鹽性呈負相關的指標，計算其反隸屬函數值，最后根據隸屬函數平均值的大小排序。郁萬文等以葉片細胞膜相對透性、可溶性糖和游離脯氨酸含量、SOD和POD活性、葉中Na+和K+含量為依據，計算各指標的隸屬函數值來綜合評價供試桃砧種質的耐鹽性。綜合各項指標計算隸屬函數值的方法比選用某一具體指標更科學合理，此種方法在葡萄、柑橘、梨等大宗水果上也經常應用。研究者進行了積極探索，發(fā)現綜合各項指標計算隸屬函數值的方法比選用某一具體指標更科學合理。

1.2 ? 培養(yǎng)方法及時期

篩選果樹耐鹽植株的培養(yǎng)方法主要包括土培法、水培法和組織培養(yǎng)3種。對耐鹽性材料的處理時間，則根據果樹種類和試驗目的不同而異。如朱世平等為評價15種柑橘砧木出苗期耐鹽堿性，于播種期對柑橘種子進行鹽處理。劉育梅等選用苗齡兩年的神秘果為試驗材料，來探究NaCl脅迫下其葉片的生理響應。

1.3 ? 離子種類及濃度

離子的種類及濃度不同，對果樹的傷害性也不同。一般堿性鹽比中性鹽、高濃度比低濃度對果樹的危害往往更大。離子處理種類主要分單鹽處理和混合鹽堿處理兩類。單鹽處理一般設置不同濃度梯度的Na+進行試驗，混合鹽堿處理則大多根據當地鹽堿地主要鹽分組成特點進行處理，以期為解決當地鹽脅迫問題而服務[11]。

1.4 ? 種質資源篩選

對鹽脅迫的適應性在植物不同物種之間、同一物種的不同栽培品種之間，甚至在同一栽培品種的不同個體之間是可變的。通過篩選，明確不同品種間的耐鹽性差異，可為果樹育種提供更為廣泛、優(yōu)質的遺傳資源。Latifa A K等[12]篩選出耐鹽品種Manoma和Umsila，并將其作為遺傳資源，提高了椰棗對鹽的耐受性。夏思哲等[13]通過對野生葡萄“燕山-1”ד河岸-3”種間雜交F1代植株的初步篩選，鑒定出11個高耐鹽的雜種F1代株系，作為優(yōu)良的砧木材料組培苗。

2 ? 果樹耐鹽性形成的生理機制

2.1 ? 離子區(qū)室化

離子區(qū)室化是植物抵御鹽害的一個重要策略。研究表明，在鹽脅迫過程中，積累的高濃度Na+對植物細胞產生顯著傷害，使植物的生長發(fā)育受到嚴重抑制。Agrawal等[14]研究表明，通過用不同濃度的NaCl處理棗品種，發(fā)現植物葉片K+的積累和抑制Na+從根部向葉片運輸，可提高棗樹耐鹽性。

2.2 ? 滲透調節(jié)

滲透調節(jié)物質的變化，對果樹的耐鹽性產生重大影響。無機滲透和有機滲透是滲透調節(jié)機制的兩個方面，鹽生植物以無機滲透調節(jié)為主，而非鹽生植物以有機滲透調節(jié)為主。尤超等[15]對油桃進行研究發(fā)現，鹽脅迫處理后油桃莖可溶性糖含量在脅迫初期均呈降低趨勢，繼而急劇增加達最大值后下降。姜云天等[16]用NaCl脅迫處理四季秋海棠幼苗，結果表明，隨著NaCl濃度的升高，四季秋海棠葉片相對電導率逐漸增加，株高生長量下降、鮮重和干重減少，四季秋海棠幼苗的生長明顯受抑制，可溶性蛋白質含量逐漸降低而游離脯氨酸含量逐漸增加，且二者之間呈顯著負相關關系。

2.3 ? 活性氧的清除

果樹遭受鹽脅迫時，體內活性氧（ROS）的產生與清除會發(fā)生紊亂，以致體內ROS大量累積，形成氧化脅迫，阻礙果樹正常生理過程。而果樹在長期適應特定環(huán)境的過程中，對于活性氧的清除活動，也形成了包括酶促和非酶促兩類保護系統(tǒng)。酶促保護系統(tǒng)包括過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）等，非酶促系統(tǒng)包括抗壞血酸（ASA）、谷胱甘肽（GSH）和α-生育酚（VE）等。它們在復雜機制協(xié)調作用下，共同完成了對活性氧清除的目標。張瑞等研究發(fā)現，砧穗組合Y6+CS主要通過提高POD、SOD活性和細胞的滲透脅迫能力而增加植株的抗逆性能。潘璐等用不同NaCl處理山荊子和湖北海棠，結果顯示，兩種海棠SOD、POD等隨脅迫時間延長總體呈先上升后下降的趨勢。

2.4 ? 信號物質的響應

信號傳導是指在逆境脅迫下，植物從感受外界刺激到機體通過自身內部的調節(jié)反應來適應外界環(huán)境的過程。鹽超敏感（SOS）信號傳導途徑是一種Ca2+依賴激活的信號轉導途徑，主要負責將植物根系細胞中的Na+排出，維持植物離子的動態(tài)平衡，與植物的耐鹽能力有著密切的聯系。SOS信號途徑中涉及3個蛋白，分別是SOS1、SOS2和SOS3。在鹽脅迫下，植物質膜中的Na+傳感器將感受外界刺激產生的信號傳入細胞，升高植物細胞內Ca2+濃度并激活SOS3，被活化的SOS3激活SOS2形成SOS2/SOS3復合體，催化部位暴露出來發(fā)揮激酶的功能，從而激活下游SOS1，防止Na+在細胞內過多的積累，提高質膜Na+/H+反向轉運的能力，加快Na+排出細胞的速度，從而降低了鹽害。郭章文將“美紅”與“嘎啦”兩種蘋果苗在300 mmol/L NaCl溶液中處理24 d，發(fā)現“美紅”與“嘎啦”兩種蘋果葉片中Md SOS1的表達量都隨著鹽脅迫時間的增加呈現出先上升后下降的趨勢。

3 ? 果樹耐鹽性狀的遺傳及相關耐鹽基因的研究

植物感知脅迫信號后，會調控基因的表達。研究表明，這些相關基因的表達受復雜機制的調控，如基因啟動子附近順式作用元件、與之相結合的反式作用因子等，人們通過對鹽堿脅迫產生前后同一植物的相關基因表達的差異進行了篩選，已經成功克隆和鑒定出了植物在鹽堿脅迫下誘導表達的部分相關基因。

3.1 ? 滲透調節(jié)物質合成基因

脯氨酸是一種相容性滲透調節(jié)物質，是通過谷氨酸和鳥氨酸兩條途徑合成的。在谷氨酸合成途徑中，Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）是關鍵酶，由P5CS1和P5CS2 兩個基因編碼。馮遠航等[17]通過對枸杞在NaCl脅迫下LmP5CS基因表達量與脯氨酸含量變化發(fā)現，兩者呈正相關關系，說明LmP5CS基因對脯氨酸的合成起著關鍵作用。在柑橘[18]、杏[19]等果樹上也對該基因進行了克隆和功能驗證，證明其在提高果樹抗逆性上發(fā)揮著重要的作用。

甜菜堿是植物體內另一類親和性滲透物質，經歷兩步不可逆的氧化反應，在植物葉綠體中經膽堿合成，膽堿單加氧酶（CMO）催化了第一步反應，甜菜堿醛脫氫酶（BADH）催化第二步反應。Fu等[20]研究表明，通過把BADH基因轉入柑橘等砧木枸櫞中，其耐鹽能力顯著提高。陸平[21]將枸杞甜菜堿生物合成關鍵酶基因CMO、BADH導入擬南芥基因組中，提高了轉基因擬南芥植株的耐鹽性。

除了合成脯氨酸和甜菜堿兩種最常見的滲透調節(jié)物質的關鍵基因之外，還會合成一些其他滲透調節(jié)物質的關鍵基因。孫琳琳[22]研究發(fā)現，幼苗經鹽脅迫處理后，各組織中二胺氧化酶（DAO）、精氨酸脫羧酶（ADC）等也會隨著脅迫時間不同而發(fā)生不同的變化，說明該領域還需要進行更深入的研究。

3.2 ? 轉運蛋白編碼基因

NHX基因亞家族為鈉氫逆轉運體，廣泛存在于多種物種中，主要參與植物響應鹽脅迫過程離子平衡的重建。

Apse等[23]克隆出第一個植物Na+/H+逆向轉運蛋白基因NHX1。盧世雄等[24]研究表明，VvNHX06基因與植物耐鹽有密切關系。劉威等[25]發(fā)現Na+/H+逆向轉運蛋白基因PbNHX1，對鹽堿、滲透脅迫和ABA處理均存在轉錄響應，轉入該基因能夠提高酵母NHX1缺失突變體AXT3對鹽脅迫的耐受能力，部分恢復其對陽離子的轉運功能，從而促進Na+、K+積累。

3.3 ? 抗逆蛋白編碼基因

晚期胚胎發(fā)生富集蛋白（LEA）是種子成熟過程中累積的一種高度親水性球蛋白，在逆境脅迫誘導蛋白相關研究中關注度較高。植物在低溫、干旱、鹽堿等逆境脅迫下均會誘導植株中該基因的表達，它的抗逆性功能提高了植物抵御外界不良環(huán)境的能力。

植物水通道蛋白（AQP）是MIP家族中重要的一類成員，起著高效轉運水分子的作用。鹽脅迫可以影響果樹細胞中許多AQPs的表達，提高果樹耐鹽能力。其中，質膜水孔蛋白對鹽脅迫作用尤為顯著。劉海莉[26]對過表達蘋果抗旱砧木楸子的水通道蛋白基因MpPIP2;1基因的擬南芥幼苗進行鹽脅迫，發(fā)現過表達MpPIP2;1基因能夠緩解鹽脅迫，促進擬南芥的生長。

3.4 ? 轉錄因子

轉錄因子（TF）是一種具有特殊結構、行使調控基因表達功能的蛋白質分子，它能與基因5′端上游特定序列專一性結合，起到保證目的基因以特定的強度在特定的時間與空間表達的作用。參與鹽堿脅迫傳導相關的轉錄因子家族，主要有AP2/ERF類轉錄因子、WRKY轉錄因子和MYB轉錄因子。其中AP2/ERF轉錄因子是植物所特有的一類轉錄因子，種類繁多，根據其保守域不同，可分為AP2亞家族、DREB亞家族和其他類別。鄧浪等[27]曾在葡萄基因組中鑒定出38個VvDREB基因，研究發(fā)現其在鹽脅迫下表達量顯著增加。

MYB類轉錄因子是另一類參與調控的重要轉錄因子家族，對提高果樹耐鹽性發(fā)揮重要作用。曹忠慧[28]在對蘋果的MYB轉錄因子家族功能的研究中表明，蘋果MdMYB121參與調控植物中Na+及 K+的含量，其能增強蘋果對鹽脅迫的抵抗能力。王春榮等[29]也篩選獲得了4個受鹽強烈誘導的R2R3-MYB基因。Cao等[30]通過全基因組分析，從蘋果基因組中鑒定出229 個MYB基因，同樣也發(fā)現位于細胞核上的MdoMYB121可顯著提高蘋果的耐鹽性。

WRKY轉錄因子的作用主要是調控靶基因的轉錄水平，通過參與植物對逆境脅迫的應答及多種代謝途徑行使其生物學功能。許海峰等[31]在“王林”愈傷中分別過表達MdWRKY18和MdWRKY40發(fā)現，能夠促進MdSOS1和MdNHX1的表達，并提高“王林”愈傷在鹽脅迫處理下的生長量，增強“王林”愈傷對鹽脅迫的耐性。宋楊等[32]以南高叢越橘“雷格西”為試材，克隆獲得越橘維生素C WRKY33基因，證明該基因明顯受高鹽誘導表達，在越橘的抗鹽過程中起重要作用。

4 ? 展望

隨著分子生物學、基因組學和基因編輯等技術的快速發(fā)展，與果樹鹽脅迫抗性有關的基因相繼發(fā)現，部分已被克隆并應用于生產實踐及相關轉基因研究中，對果樹的耐鹽機理探索也在不斷加深。然而，果樹耐鹽是一個多基因參與、多途徑誘導的過程，受到諸多外界環(huán)境因子的影響或制約，每種果樹也可能會有不同的耐鹽機制，甚至一種果樹會同時存在多種耐鹽機制，另外果樹是否還存在其他的抗性機制和調控途徑，這一系列復雜的問題，需要通過更多的科學研究來進一步揭示。

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