植物耐盐性评价研究进展及评价策略

张相锋, 杨晓绒, 焦子伟

(伊犁师范学院 生物与地理科学学院， 伊宁 835000)

土壤盐渍化(soil salinization)是指地下的盐分通过土壤颗粒的毛细现象随水分由地下到达地表,水分蒸发后盐分析出，导致土壤盐分累积,也称盐碱化。我国盐渍化的耕地面积目前已达 3600 万km2,并有逐年扩增的趋势[1]。面对如此严峻的形势,一方面需要研究合理的治理方法,另一方面需要积极选育具有良好耐盐性能的植物品系，使其适应盐渍化土壤，提高盐渍化土壤的利用率。

耐盐植物品系的培育,是建立在对现有植物资源抗盐性准确评价的基础之上。全世界约有5000～6000种植物能在至少含有70 mmol/L单价盐的盐渍土壤中生活,我国有这样的植物约为500多种[2]。通过对这些植物抗盐性能进行评价,对其抗盐机制进行深入研究,找到植物提高耐盐力的途径,以便对其进行充分利用。

植物耐盐能力是通过形态和生理上的改变对盐渍化环境适应的总体表现,要想引进耐盐新品种,培育耐盐新品种,必须建立在对植物耐盐能力进行评价的基础上。首先我们在自然的盐渍化区域进行调查,可初步筛选出对盐渍化环境适应性强的植物。但是调查法不能对植物的耐盐能力指标进行量化,而且植物在盐渍化环境中形态和生理生化都有比较复杂的变化,所以要客观准确地评价其耐盐能力,必须选取恰当的、能够数量化的指标,对其耐盐性能进行量化评定,这是耐盐植物筛选工作中十分重要的环节。

植物耐盐性评价需要有一个系统的指标体系,这个体系一般包括:筛选时期、植物材料培育方法、评价指标确定及采用的综合分析方法等方面[3]。

1 植物耐盐评价时期的选择

无论是在什么样的环境中,植物最脆弱的时期无疑就是幼苗期。在盐渍化环境中植物能顺利通过幼苗期,能在一定程度上反映其抗盐性。孙君艳等研究发现,高盐浓度对小麦的种子萌发和幼苗生长会受到高盐胁迫的抑制[4]。王进等研究发现,盐碱浓度的变化对蒙古扁桃种子萌发和幼苗生长有显著的影响[5]。罗君等研究发现,盐胁迫能抑制黑果枸杞种子萌发和幼苗生长,而且盐胁迫浓度越高，抑制作用越强[6]。刘文瑜等研究发现在一定浓度盐胁迫条件下，藜麦幼苗叶片内渗透调节物质含量有所增加,抗氧化酶活性增强,能有效清除多余活性氧,促进幼苗根系生长[7]。大量的研究表明在进行植物耐盐性评价时，首先从盐胁迫对种子萌发和幼苗的影响着手,由此可见,种子萌发及幼苗期是植物抗盐评价常选时期。

2 耐盐评价植物材料的培养方法

很多研究发现,Na+和Cl-在盐渍化土壤中所占比例较高,因此NaCl常作为耐盐评价研究中的胁迫剂。杨秀艳等研究了NaCl胁迫下2种白刺光合特性适应性[8]。唐晓倩等以NaCl为胁迫剂对圆柏幼苗生长和离子吸收及分配进行了研究[9]。张昆等对白颖苔草对不同浓度NaCl胁迫的响应及其耐盐阈值进行了研究[10]。董静等以NaCl为胁迫剂对马齿苋幼苗生长及体内离子分布进行了研究[11]。

胁迫处理方法上有水培、沙培、人工基质培养、采集盐渍土盆栽、原生盐渍生境的生长栽培试验、无菌苗进行耐盐筛选的培养基培养等。水培法对盐度及其他营养成分进行严格控制,便于实验组之间的比较,是很多研究人员普遍接受的方法,但是Schleiff认为水培条件下的耐盐实验结果令人质疑[12]。

3 评价指标的选择

要确定耐盐评价指标,首先我们要了解盐胁迫对植物造成哪些影响。盐胁迫对植物的影响主要表现在两大方面:1)对植物形态发育的影响;2)对植物生理生化代谢的影响[13]。因此我们在选择植物耐盐性指标应主要考虑与这两个方面相关的量化指标。

3.1 植物形态发育指标

3.1.1 种子萌发

盐胁迫对种子萌发的影响主要从发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数等方面进行综合评价。张国伟等以发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和鲜质量的盐害系数作为指标对棉花萌发期耐盐性进行了评价[14]。周璐璐等研究表明发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、苗长与根长可作为沙芦草种耐盐性评价的指标[15]。杨宏伟等研究表明发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数可作为藜麦耐盐性评价指标[16]。何学青等研究表明发芽率、发芽指数活力指数、根长和苗长可作为老芒麦耐盐评价指标[17]。陈新等[18]和于洁[19]的研究都认为发芽率和发芽势可作为耐盐性鉴定的重要指标,正常水分条件下种子发芽率与盐胁迫下发芽率呈显著相关,因此将发芽率作为判定种子萌发期间耐盐强弱的较重要指标。

3.1.2 苗期根长、苗高及阶段生长量

盐胁迫下,幼苗的生长情况更能体现植物对盐的耐受程度,主要通过苗期根长、苗高、鲜重或干重等来体现。慈敦伟等研究表明花生苗期耐盐指标中地上部形态和生物量均占有较大比重,可作为花生苗期耐盐评价的首选指标[20]。张国伟等研究认为株高、叶片伸展速率、地上部干质量、根系干质量、根系活力等指标可以作为棉花苗期耐盐鉴定指标[14]。周福平等把相对芽长、相对植株鲜质量和相对植株干质量作为高粱苗期耐盐能力的鉴定评价指标[21]。田晓霞等研究指出苗高及苗期生长速度可以作为紫花苜蓿苗期耐盐评价指标[22]。

3.1.3 植物存活率

谢楠等研究指出植物的存活率与其抗盐性能存在显著的相关关系,在盐胁迫下存活率越高,其耐盐性越高[23]；袁小环等研究认为植株存活率可作为观赏草的耐盐性评价指标[24]。

3.1.4 植物生物量

赵海明等研究指出,生物量、盐浓度和耐盐指数适宜作为山羊豆种质苗期耐盐性评价指标[25]。李培英等以生物量作为指标对苗期 46 份偃麦草种质材料耐盐性综合评价得到了与其他研究者一致的结果[26]。慈敦伟等在花生耐盐性评价中指出在各盐胁迫浓度条件下生物量指标均有较大影响,可作为首选耐盐评价指标[20]。张朋等在杭白菊种质的耐盐性评价研究中指出生物量指标对杭白菊耐盐性的快速评价较为合适[27]。

3.2 生理生化指标

盐胁迫对植物的危害主要有3个方面:离子过量、离子匮缺、渗透胁迫。针对这些危害耐盐植物会在生理生化方面产生一些变化来适应或减弱这些危害。植物这些用来适应或减弱盐胁迫危害的生理生化变化就可以作为其耐盐性评价最有效的指标。

3.2.1 生物膜的通透性

处于盐渍化环境的植物通过改变生物的通透性,降低对一价阳离子通透性,增强二价阳离子的通透性,保持离子平衡,免除盐害。或者通过改变生物膜的通透性使进入植物体内的盐分在细胞区域化分布,降低细胞质基质离子浓度,避免盐害。细胞膜通过调节透性来适应外界环境变化，抵御不良环境和维持细胞内环境的稳定性,是反应植物抗盐能力的主要生理指标。刘雅辉等通过对棉花苗期的耐盐性研究,将膜透性、相对含水量和K+/Na+值作为棉花苗期耐盐鉴定的综合评价指标[28]。

3.2.2 光合作用

光合作用是植物物质和能量代谢的同化过程,是植物生长发育和生存的基础。盐渍化环境,使植物根系产生吸水障碍,从而导致生理性干旱,植物因组织缺水,导致气孔关闭,叶绿体受损,光合作用相关酶变性失活,导致光合速率下降,对植物正常生理活动及生存产生严重的威胁。孙秋菊研究指出盐胁迫对榆树叶片的光合作用产生了显著的影响,短时间高盐胁迫使其光合作用各指标均下降,光转换效率降低[29]。林静研究表明在盐胁迫条件下大果沙枣光合作用显著减弱，因此光合作用可以作为大果沙枣耐盐评价的重要指标[30]。赵娟娟的研究表明盐胁迫条件下酸枣幼苗光合作用能力显著减弱，所以光合作用也可以作为酸枣幼苗耐盐评价的指标[31]。以上的研究中主要以叶绿素含量、光合作用参数(净光合速率、胞间 CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率、气孔限制值)和叶绿体荧光参数作为衡量植物光合作用的主要指标。因此在植物耐盐性评价中我们可以以这些指标为依据来反映光合作用的强弱，对植物耐盐性进行评价。

3.2.3 丙二醛

在盐胁迫条件下，植物细胞内会产生过高的过氧化物，这些过氧化物不能及时清除就会导致植物细胞膜脂发生氧化作用, 破坏细胞膜结构, 导致有害物质的积累,对生物体造成危害。丙二醛(MDA)含量的多少是反映膜损伤的严重程度的重要生理指标, 广泛应用于植物多种抗逆性评价。张景云等研究表明丙二醛含量是马铃薯感盐四倍体品种 Mainechip耐盐性能的一个重要评价指标[32]。管志勇等在对5种菊花近缘种属植物的耐盐性比较中指出丙二醛含量是菊花近缘种属耐盐性评价的最主要生理指标之一[33]。

3.2.4 内源有机渗透调节剂

在低水势和高离子压的环境下,植物在细胞质基质中合成一些内源性渗透保护剂,减少细胞渗透势,抑制细胞渗透失衡,维持细胞膨胀压。它们还通过保护或取代蛋白质表面的水膜,稳定蛋白质和膜的结构。通过这些方式来提高植物对盐胁迫的抵御能力。这些渗透保护剂多是高度可溶的中性或两性化合物,主要是氨基酸类(脯氨酸)、季铵盐化合物(甜菜碱)及多元醇(甘露醇)等。

张明轩等研究发现马蔺体能通过增加细胞中脯氨酸浓度降低盐胁迫的危害[34]。邰玉玲等认为在盐胁迫条件下,洋甘菊叶片脯氨酸和可溶性糖含量均随盐浓度的提高而增加,可溶性糖和脯氨酸具有调节细胞渗透势、保护蛋白质分子、增加蛋白质分子的水合度、维持光合活性和清除活性氧等作用,因此在盐胁迫条件下这 2 个指标的增加有利于洋甘菊抵御盐胁迫的伤害[35]。郭艳超等认为八棱海棠在盐胁迫下,脯氨酸含量和可溶性糖含量均随盐浓度的增加而有所增加或变化平缓,说明其通过增加脯氨酸含量抵抗盐胁迫[36]。

Yamada等研究发现，甜菜在盐胁迫条件下，通过增加体内甜菜碱的含量来对抗盐胁迫[37]。曹华雯等对甘菊盐胁迫研究的结果也显示有甜菜碱含量增加的现象[38]。

3.2.5 抗氧化物

盐胁迫下,植物体内大量累积活性氧(ROS),如不能及时得以清除,便会产生次生氧化胁迫。因此活性氧代谢失调是逆境条件下植物表现出的普遍现象,这也是植物在盐胁迫条件受损的主要因素之一。植物为了免受过量ROS的伤害,进化出了一整套的防御系统,通过其特有的活性氧清除系统,消除氧化伤害。但是单一的抗氧化系统不足以完成这个功能,需要整个系统协同作用才能抵御盐胁迫产生的氧化伤害。胁迫条件下，对植物体内活性氧清除具有突出作用的主要有超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)。

杨淑萍等研究指出,盐胁迫下耐盐海岛棉品种幼苗中的过氧化物酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶活性明显高于盐敏感品种[39]。刘琛等认为SOD、POD和 CAT之间保持良好的平衡和协调表达作为判断植物耐盐性的指标才更为合理[40]。Puyang等研究表明在盐胁迫下草地早熟禾通过蛋白质水平和转录水平调控,使抗氧化酶表达量增加，增强抗氧化能力,降低氧化伤害,提高耐盐性[41]。朱金方等研究指出柽柳扦插幼苗通过提高超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性，有效清除胁迫条件下产生的活性氧自由基,降低对细胞造成的伤害,提高耐盐性[42]。

3.2.6 脱落酸

脱落酸(abscisic acid,ABA)作为重要的植物内源激素,对植物生长、发育以及抗逆性都具有重要作用。大量研究成果表明,ABA能缓解盐胁迫对细胞造成的危害,维持水分平衡,减弱细胞膜的损害,通过信号分子诱导植物体内渗透调剂大量积累,增强保护性酶的活性,提高植物耐盐性,从而减轻植物的盐害。

李响等研究结果表明一定浓度的外源脱落酸能提高甜瓜耐盐性[43]。林桂玉等研究认为不同浓度的盐胁迫下,适宜浓度外源脱落酸处理可有效提高番茄种子的发芽率、发芽势、发芽指数及活力,增加丙二醛(MDA)含量,增加抗盐能力[44]。闫艳华等在对杨树内源激素对 NaCl 胁迫的响应研究中指出内源激素脱落酸(ABA) 含量随着 NaCl 盐胁迫浓度的增加而上升,其他内源激素的含量则都是下降,所以在盐胁迫条件下植物通过内源激素脱落酸的上调来增强耐盐性[45]。

4 耐盐性综合评定方法的选择

耐盐性是植物多种生理过程的总体表现,不同植物或同种植物不同品种在不同时期的耐盐性都有所不同,所以任何单一指标都不能准确有效地评价其耐盐性。因此,采用多指标体系对植物耐盐性进行综合评价比较科学合理。指标过多不但增加研究难度也会造成资源的浪费,所以找出那些对植物耐盐性关联度密切的指标,可以达到经济高效评价植物耐盐性的目的。

植物耐盐指标筛选和综合的方法很多,主要有:相关分析、主成分分析、隶属函数法、主成分赋分权重法、回归分析及通径分析法等。但实际应用中多采用多种方法进行筛选和综合评价。

孟林等对盐胁迫条件下偃麦草属植物的各项生理指标(RWC、EC、Pro、K+/Na+)的变化率、相对生长速度变化率、耐盐系数、存活率和出现盐害到死亡的时间进行相关分析, 结果表明这些指标都是对偃麦草属植物种质材料进行苗期耐盐性评价的有效指标[46]。田小霞等通过主成分分析结合隶属函数法分析,得到不同种质材料苗期耐盐性综合评价值(D值),可评价无芒雀麦种质材料的耐盐性大小[47]。隋德宗等利用主成分分析法对6个灌木柳无性系的10个形态和生理指标进行了分析,对无性系的综合指标值及相应的隶属函数值加权,通过D 值与各单项指标的逐步回归分析得出显著影响灌木柳无性系耐盐力的指标[48]。管志勇采用相关分析、主成分分析、隶属函数法及多元线形回归方法，建立了高效的对菊花近缘属植物苗期耐盐性进行有效评价的指标体系[3]。

5 植物耐盐评价的策略

进行植物耐盐性评价的主要目的是筛选出适应盐渍化土壤耐盐性高的品种,以便对其在盐渍化土壤上推广种植,或是培育耐盐的新品种。所以我们应该有一套系统的耐盐性评价技术方案或策略,来指导我们对植物的耐盐性评价工作。

不同植物及同一植物生长发育的不同阶段对盐胁迫的耐受能力是不相同的。对某一种质资源进行耐盐性评价，首先对该种质资源的耐盐性能进行初步筛选，从众多的品种中筛选一些耐盐性较强的品种。此阶段主要依据不同品种在盐胁迫条件下的生长情况进行判定，是一种粗略的评价，不能量化。因此在初步筛选的基础上，还需要对筛选出的具有较强耐盐性能的品种进行系统的量化评价。

对筛选出的耐盐品种以不同的形态和生理生化指标为参考，进行不同生长发育阶段耐盐性能进行比较，确定与该种质耐盐性能相关性较大的指标，利用这些指标找出耐盐性差异较大的阶段，作为对该种质资源进行耐盐评价的最佳时期。在这个过程中我们会用到很多种评价方法，因此我们还应该对不同的评价方法进行比较，筛选出最恰当的方法。

以筛选出与该物种耐盐性能关联度较高的指标为参考，采用最恰当的评价方法，建立相应的数学模型，利用各指标实测数据，对不同品种的耐盐性能进行预测，并与实际耐盐性进行比对，检验其评价的准确性。从而确立该种质耐盐性综合评价的技术指标体系。

通过对前文参考文献的总结，我们提出一套针对植物耐盐性评价的技术方案,供今后植物耐盐评价工作的参考(详见图1)。

图1 植物耐盐性评价策略