利用外源NO缓解植物盐胁迫伤害的研究进展

李丽丽， 李锐娟， 李炎艳， 肖 磊*

(1.邯郸市农业科学院， 河北 邯郸 056001； 2.沙河市农业农村局， 河北 沙河 054100)

我国目前盐渍化土壤约为670万hm2，而且随着降雨量的减少，对灌溉水的依赖进一步加剧，引起我国土壤的盐渍化面积呈逐年增加趋势[1]。盐渍化土壤一方面造成土壤板结与肥力下降，不利于植物吸收养分，阻碍植物生长发育；另一方面因离子毒害和渗透胁迫，引起植物细胞叶绿体及线粒体在电子传递过程中泄露大量的电子，产生活性氧积累现象，对植物造成氧化损伤，严重时甚至导致植物死亡[2]。因此，盐渍化土壤不能直接用于植物生产。

随着盐渍化土地面积的逐年增加，我国的可利用耕地面积呈逐年减少趋势，严重制约了农业的发展。相关领域的学者通过大量研究发现，通过采取合理有效的措施缓解植物遭受盐胁迫伤害是一种行之有效的途径。一氧化氮(NO)是植物体内的一种生物活性分子，对增强植物抗病性[3]、减缓植物重金属胁迫[4]与盐胁迫伤害[5-6]方面具有重要作用。有研究表明，NO具有缓解盐胁迫对植物种子萌发和幼苗生长的抑制作用[7-12]，进而促使植物在适应盐渍化土壤中发挥重要作用[13-14]。然而，有关外源NO在缓解植物盐胁迫伤害中的研究不够系统，在指导生产方面存在一定局限性。为盐渍化土壤合理利用提供参考，从外源NO对植物盐胁迫伤害的缓解效应及其作用机制方面概述了外源NO缓解植物盐胁迫伤害的研究进展，对今后的研究方向进行展望。

1外源NO对植物盐胁迫伤害的缓解效应

1.1种子萌发

种子萌发是植物生活史的起点，是植物吸水后所进行的一系列生理生化反应和形态建成的过程。水分是种子萌发的必需环境条件，用于活化相关酶类，分解贮能有机物，进行新陈代谢，从而进行萌发。然而，在盐胁迫环境中，因渗透压影响致使种子的发芽率降低，出苗时间延迟[15]。在盐胁迫环境中，利用外源NO供体硝普钠(SNP)处理植物的种子，可使因盐胁迫造成种子萌发的抑制作用得到缓解，主要表现为种子的发芽率、发芽指数、发芽势和活力指数得以提高[16-20]。赵威等[16]研究发现，不同浓度的SNP溶液处理100 mmol/L NaCl胁迫下待萌发玉米种子，SNP不仅可促进其萌发，而且还可促进其根和芽的生长；以100 μmol/L SNP溶液处理效果最佳。在100 mmol/L NaCl胁迫下，0.1 mmol/L SNP的处理效果最佳，紫苏种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数较对照分别提高78.3%、60.4%、13.7和0.109 3[17]。刘文瑜等[20]研究发现，以0.1 mmol/L、0.3 mmol/L和1.0 mmol/L SNP溶液浸泡蒺藜苜蓿种子48 h后置于2.0% NaCl胁迫环境中进行种子萌发，其中0.1 mmol/L SNP处理的效果最佳，可显著缓解盐胁迫抑制作用，而1.0 mmol/L SNP处理则抑制种子萌发，表明外源NO可以通过种子浸种发挥其缓解盐胁迫的作用，但缓解效应取决于其浓度的高低。袁芳等[21]研究发现，800 mmol/L NaCl盐胁迫下应用SNP可显著提高碱蓬种子的含水量与吸水速率，缓解盐胁迫对种子萌发的抑制作用。

1.2幼苗的生长发育

在盐胁迫环境中植物的生长发育受到阻碍。事实上，自然状态下，植物在其生存环境中可产生一定量的NO(即内源NO)[22]。为了消除内源NO对试验结果的干扰，揭示盐胁迫下外源NO对植物抑制作用的缓解效应，时振振等[23-24]用NO供体硝普钠(SNP)和NO清除剂c-PTIO分别对盐胁迫下的豌豆和苜蓿幼苗进行处理，结果表明，添加外源NO能够明显促进盐胁迫下豌豆幼苗的胚芽、胚根长和幼苗干重提高，对于苜蓿幼苗，外源 NO处理能明显缓解盐胁迫对苜蓿幼苗的生长抑制作用，并促进单株干质量增加，说明通过外源NO处理，可以缓解盐胁迫对植物幼苗生长的抑制作用。大量研究表明，盐胁迫下外源NO对植物抑制作用的缓解效应取决于NO浓度、盐胁迫程度和品种的抗(耐)盐性，而且植物的不同器官对外源NO的响应也存在差异[25-28]。刘开力等[25]研究表明，在0～150 mmol/L NaCl胁迫条件下，以0.2 mmol/L、0.4 mmol/L和0.6 mmol/L SNP溶液浸泡水稻种子，各浓度的SNP可缓解不同浓度盐胁迫对水稻幼苗的抑制作用，且SNP的作用效果与其浸种浓度及 NaCl的胁迫程度密切相关。外源NO供体SNP在缓解盐胁迫抑制黑麦草生长中也具有重要作用，以50 μmol/L SNP缓解效果最明显，而150 μmol/L以上的SNP处理则会抑制黑麦草根的生长[27]。在100 mmol/L NaCl 胁迫下，经过50 mmol/L SNP处理黄金树种子，可以显著促进黄金树的苗高生长，但2 000 μmol/L SNP浸种才能够明显增加黄金树的发根数[26]，说明相同盐胁迫条件下植物不同器官抑制作用的恢复程度因外源NO的浓度而存在差异。芦翔等[28]研究盐胁迫下不同燕麦品种对外源NO的响应发现，外源NO均可缓解盐胁迫对不同燕麦品种的抑制作用，但盐胁迫对不同品种抑制作用的恢复程度因外源NO的浓度而存在差异，推断外源NO缓解盐胁迫伤害的程度可能依赖于品种自身的抗盐能力。谷文英等[29]研究发现，利用叶面喷洒法将SNP溶液喷洒至菊苣叶面上，连续处理2 d(2次/d，间隔12 h)，SNP叶面喷洒法也可以缓解盐胁迫对菊苣叶的生长。樊怀福等[30]通过添加NO信号传递途径关键酶“鸟苷酸环化酶抑制剂亚甲基蓝(MB-1)”研究盐胁迫下外源NO缓解黄瓜幼苗生长抑制作用的途径发现，盐胁迫下外源NO对黄瓜幼苗受伤害的缓解作用并未消除，说明NO可能是通过鸟苷酸环化酶的介导途径而发挥作用。

1.3光合作用

植物处于盐胁迫环境中会引起叶绿素酶的活性升高，促进叶绿素降解[31]。研究发现，叶绿素含量的降低是引起光合作用受阻的主要原因[32]。在盐胁迫环境中，经过外源NO的处理，苜蓿、水稻、黑麦草、山葡萄、小麦和番茄幼苗的叶绿素含量明显提高[24，33-37]，说明盐胁迫下外源NO可以延缓叶绿素的降解，保证叶绿素的含量，对光合作用起到间接的保护作用。刘建新等[13]从光合作用中的化学反应方面揭示盐胁迫下外源NO保护效应的结果显示，外源NO可通过调节光能的捕获与转换提高黑麦草幼苗的光合能力，促进黑麦草叶片的初始荧光(F0)降低，而叶片的最大荧光(Fm)、PSⅡ潜在光化学效率(Fv/F0)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学荧光猝灭系数(qP)、表观光合电子传递速率(ETR)以及光化学速率(PCR)均得到提高，从而保证光合作用的提高，减缓盐胁迫伤害。此外，外源 NO也可通过保护性热耗散机制缓解盐胁迫条件下山葡萄幼苗的光抑制，致使山葡萄叶片的 PSⅡ最大光化学效率( Fv/ Fm)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学淬灭系数(qP)和保护性热耗散(ΦNPQ)均升高，而初始荧光(F0)和非调节性能量耗散(ΦNO)显著下降[36]。吴雪霞等[37]研究发现，经过外源NO处理盐胁迫下的番茄幼苗，其气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)以及叶绿素荧光参数显著提高，而胞间CO2浓度(Ci)明显下降，说明外源NO可以通过对盐胁迫下光合作用的影响因素进行调控，从而缓解盐胁迫对番茄幼苗光合功能的不利影响。

2外源NO缓解盐胁迫伤害的作用机制

2.1抗氧化酶

盐渍化环境形成逆境胁迫可引起植株体内产生大量的活性氧(ROS)，对植物的生长发育造成氧化损伤[38]，而过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)等是植物体内的活性氧清除酶，在植物抵御逆境胁迫中具有重要意义[39]。大量研究表明，在盐胁迫条件下，外源NO通过调节植物体内的抗氧化酶类改善抗氧化酶的活性，清除体内产生的活性氧，降低膜质过氧化产物丙二醛(MDA)的含量，从而缓解植物遭受盐胁迫的毒害[17-18，20，23，27-28，34-36，40-44]。肖强等[34]研究盐胁迫下外源NO对水稻幼苗抗氧化酶的影响发现，盐胁迫下叶片和幼根中抗氧化酶的种类与活性对外源NO的响应存在差异，在水稻幼苗叶片中SOD和CAT活性呈升高趋势，而幼根中除SOD、CAT活性升高外，还促进愈创木酚过氧化酶(GPX)活性升高。曾长立等[18，44]研究发现，利用外源NO供体SNP分别处理盐胁迫条件下的雪里蕻和谷子幼苗，其抗氧化酶活性因外源NO浓度的变化而改变，存在剂量效应[42]。此外，盐胁迫下外源NO对抗氧化酶的影响也依赖于品种本身的抗(耐)盐性。芦翔等[28]研究发现，在盐胁迫下经过外源NO处理，白燕6号和内散2号2个燕麦品种幼苗叶片中SOD的活性在短期内均显著升高，且在处理2 d后达到峰值，之后迅速下降；在盐胁迫8 d时，白燕6号的SOD活性仍高于对照，但内散2号的SOD活性已低于对照，推断可能是随盐胁迫时间的延长，消弱了SOD清除活性氧的能力，造成活性降低。总体看，外源NO通过调节植物的抗氧化酶活性适应盐胁迫的伤害，但抗氧化酶的种类与活性因植物种类、品种不同，植物器官不同，盐胁迫强度以及胁迫时间的长短等而存在显著差异。

2.2有机渗透调节物质

有机渗透调节物质是植物在受到逆境胁迫时，植物体内可主动产生或积累的一些有机物质，通过有机物质含量的增加提高细胞液的浓度，降低渗透势，促进细胞的吸水或保水能力，从而增强对逆境胁迫的适应性。在盐胁迫条件下经过外源NO的处理，可诱导一些含氮或含碳化合物的产生和积累，该含氮或含碳化合物在调控植物适应盐胁迫伤害中具有重要意义[30]。刘建新等[13]研究表明，50 μmol/L的SNP能显著提高盐胁迫下黑麦草幼苗的叶片精胺(Spm)以及亚精胺(Spd)的含量，减缓盐胁迫对植株的伤害程度。而适宜低浓度的SNP可显著提高盐胁迫下水稻叶片脯氨酸含量，增加水稻对盐胁迫的适应能力[34]。李运合等[45]利用外源NO供体SNP处理50 mmol/L NaCl胁迫下的玉米幼苗发现，其蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)的活性升高，蔗糖与可溶性总糖的积累量增加，进而缓解盐胁迫对玉米幼苗的伤害。谷文英等[29]研究发现，经SNP预处理的菊苣幼苗置于盐胁迫环境中，外源NO能够促进渗透调节物质脯氨酸以及果聚糖的产生，尤其是蔗果四糖的生成，进而增强菊苣幼苗抵御盐胁迫的能力。此外，在盐胁迫条件下，通过外源NO处理黄瓜幼苗，可明显促进其可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸含量的增加，进而缓解盐胁迫对黄瓜幼苗的伤害，提高黄瓜幼苗适应盐胁迫的能力[30]。

2.3植物细胞中的离子

处于盐胁迫条件下，植物细胞中的离子平衡被打破，引起组织中Na+含量的增加，K+、Ca2+和Mg2+含量的减少，进而抑制植物的生长，甚至导致代谢紊乱，严重时造成植株死亡[46]。吴雪霞等[37]研究发现，经外源NO处理可显著降低盐胁迫下番茄幼苗叶片和根系中的Na+含量，并促进K+、Ca2+和Mg2+含量升高。刘建新等[27，41]分别研究盐胁迫下黑麦草和海滨锦葵幼苗中离子含量的变化发现，经外源NO处理后均可引起体内K+含量的增加，Na+含量的降低。总体看，盐胁迫下外源NO能够改善离子的选择性吸收。一般表现为促进对K+、Ca2+和Mg2+的吸收，降低对Na+的吸收。说明外源NO可通过某种机制降低植物对Na+的吸收，直接或间接的影响细胞对离子的选择性吸收[47]，同时减少细胞膜的渗透作用，维持胞质离子的平衡，进而保护细胞膜的结构免受损伤，缓解盐胁迫伤害[48]。

3小结

盐渍化的土壤可造成土壤板结与肥力下降，不利于植物的生长发育。作为一项逆境胁迫因子，盐渍化土壤会产生离子毒害、渗透胁迫以及氧化胁迫等[49]，引起植物细胞受损伤，蛋白质变性以及核酸断裂，影响种子萌发和幼苗生长发育，并降低植物的光合作用，严重时甚至造成植物死亡。因此，在盐渍化土壤中种植植物必须采取相应措施缓解盐胁迫的伤害。一氧化氮(NO)是一种存在于植物体内的活性分子，也是一种信号转导分子[50]，在适应逆境胁迫中发挥着重要作用[51]。当植物处于逆境胁迫时，可在NO合成酶和硝酸还原酶的作用下，也可能通过非酶促反应等途径合成NO[52]，通过信号转导途径调节植物对逆境胁迫伤害的适应性。通过分析探讨外源NO在植物抵御盐胁迫伤害中的作用效果与机制发现，通过浸种、直接灌根和叶面喷洒外源NO供体SNP等不同方式处理盐胁迫下的植物，均可减缓盐胁迫对种子萌发的伤害程度，促进种子萌发，也能缓解盐胁迫对幼苗生长和光合机构的伤害程度，促进幼苗生长和改善幼苗的光合作用；盐胁迫下外源NO对植物的保护作用在于调控体内的抗氧化酶、清除活性氧和保护植物免受氧化损伤，调控体内的有机渗透调节物质、降低渗透势和提高细胞吸水或保水能力，调节离子的选择性吸收、减少细胞膜的离子渗漏和维持胞质离子的平衡。

盐渍化土壤的改良是一个长期、持续的过程，将较长时间影响植物的整个生活史。当前有关外源NO对植物的保护效应多集中在种子萌发或幼苗生长阶段，缺乏对植物整个生活史影响的评价。此外，对于大多数农作物而言，目前研究多以产量与品质为生产、经营目的，同样也缺乏盐胁迫下外源NO在产量和品质方面调控效应的相关研究。因此，今后应重点评价盐胁迫下外源NO在植物整个生活史中的保护效应，以及盐胁迫下外源NO对作物产量及品质的保护效应。