果树耐盐机制研究进展

亓正聿 毕泽楷 彭福田

摘    要：盐胁迫是影响果树栽培的重要环境因子，严重制约我国果树产业的发展。主要对果树耐盐性评价方法和耐盐种质资源筛选、果树耐盐性形成的生理机制、果树耐盐性状的遗传及相关基因等研究现状进行了概述，为后续的果树耐盐碱机制解析及耐盐碱果树新品种培育提供参考。

关键词：果树;耐盐机制;研究进展

文章编号： 1005-2690（2021）11-0008-04       中国图书分类号： S66       文献标志码： A

盐胁迫是影响植物生长和发育的重要环境因子之一。近年来，随着工业化进程的加速，耕地面积急剧减少，盐渍化程度显著增加。生产过程中过度施肥及不恰当的灌溉管理，使得土壤盐渍化问题变得日益严峻[1]。

土壤盐渍化已严重影响到我国主要经济树种——果树的发展，影响果品生产的产量和品质。本文对目前果树耐盐机制研究进行了综述，以期为后期抗盐性研究与耐盐育种提供参考。

1   果树耐盐性评价方法和耐盐种质资源筛选

1.1   评价指标

果树耐盐性可以通过测量和计算盐胁迫后各生长指标变化进行评价。常用的生长指标包括植物的植株生长量、株高、叶片数、根系活力及根干鲜质量等[2-5]。

在盐胁迫下变化幅度较为明显的生理生化指标也可作为果树耐盐性评价的指标。常用的生理生化指标包括叶绿素、脯氨酸、丙二醛等物质的含量，钠离子、钾离子质量分数及其比值，过氧化物酶等氧化酶的活性及相对电导率、净光合速率等[6-9]。

果树耐盐机制复杂，通过单一指标或几个指标评价果树的耐盐性，往往具有较大的片面性，无法科学地进行评价，通常对果树各项指标进行分析，从而对其耐盐性进行综合评价[10]。采用综合评价的方法，能够较为全面地评价不同种质间的耐盐性，提高种质表型鉴定的准确性。如在形态指标的选择上，通常采用“盐害指数”这一综合指标，也经常使用平均抗逆系数、耐盐系数等对试验材料进行耐盐性评价。曾丽蓉为评价5种不同苹果砧木耐盐性，测定了14个与耐盐性相关的指标，与耐盐性呈正相关的指标，计算隶属函数值;与耐盐性呈负相关的指标，计算其反隶属函数值，最后根据隶属函数平均值的大小排序。郁万文等以叶片细胞膜相对透性、可溶性糖和游离脯氨酸含量、SOD和POD活性、叶中Na+和K+含量为依据，计算各指标的隶属函数值来综合评价供试桃砧种质的耐盐性。综合各项指标计算隶属函数值的方法比选用某一具体指标更科学合理，此种方法在葡萄、柑橘、梨等大宗水果上也经常应用。研究者进行了积极探索，发现综合各项指标计算隶属函数值的方法比选用某一具体指标更科学合理。

1.2   培养方法及时期

筛选果树耐盐植株的培养方法主要包括土培法、水培法和组织培养3种。对耐盐性材料的处理时间，则根据果树种类和试验目的不同而异。如朱世平等为评价15种柑橘砧木出苗期耐盐碱性，于播种期对柑橘种子进行盐处理。刘育梅等选用苗龄两年的神秘果为试验材料，来探究NaCl胁迫下其叶片的生理响应。

1.3   离子种类及浓度

离子的种类及浓度不同，对果树的伤害性也不同。一般碱性盐比中性盐、高浓度比低浓度对果树的危害往往更大。离子处理种类主要分单盐处理和混合盐碱处理两类。单盐处理一般设置不同浓度梯度的Na+进行试验，混合盐碱处理则大多根据当地盐碱地主要盐分组成特点进行处理，以期为解决当地盐胁迫问题而服务[11]。

1.4   种质资源筛选

对盐胁迫的适应性在植物不同物种之间、同一物种的不同栽培品种之间，甚至在同一栽培品种的不同个体之间是可变的。通过筛选，明确不同品种间的耐盐性差异，可为果树育种提供更为广泛、优质的遗传资源。Latifa A K等[12]筛选出耐盐品种Manoma和Umsila，并将其作为遗传资源，提高了椰枣对盐的耐受性。夏思哲等[13]通过对野生葡萄“燕山-1”ד河岸-3”种间杂交F1代植株的初步筛选，鉴定出11个高耐盐的杂种F1代株系，作为优良的砧木材料组培苗。

2   果树耐盐性形成的生理机制

2.1   离子区室化

離子区室化是植物抵御盐害的一个重要策略。研究表明，在盐胁迫过程中，积累的高浓度Na+对植物细胞产生显著伤害，使植物的生长发育受到严重抑制。Agrawal等[14]研究表明，通过用不同浓度的NaCl处理枣品种，发现植物叶片K+的积累和抑制Na+从根部向叶片运输，可提高枣树耐盐性。

2.2   渗透调节

渗透调节物质的变化，对果树的耐盐性产生重大影响。无机渗透和有机渗透是渗透调节机制的两个方面，盐生植物以无机渗透调节为主，而非盐生植物以有机渗透调节为主。尤超等[15]对油桃进行研究发现，盐胁迫处理后油桃茎可溶性糖含量在胁迫初期均呈降低趋势，继而急剧增加达最大值后下降。姜云天等[16]用NaCl胁迫处理四季秋海棠幼苗，结果表明，随着NaCl浓度的升高，四季秋海棠叶片相对电导率逐渐增加，株高生长量下降、鲜重和干重减少，四季秋海棠幼苗的生长明显受抑制，可溶性蛋白质含量逐渐降低而游离脯氨酸含量逐渐增加，且二者之间呈显著负相关关系。

2.3   活性氧的清除

果树遭受盐胁迫时，体内活性氧（ROS）的产生与清除会发生紊乱，以致体内ROS大量累积，形成氧化胁迫，阻碍果树正常生理过程。而果树在长期适应特定环境的过程中，对于活性氧的清除活动，也形成了包括酶促和非酶促两类保护系统。酶促保护系统包括过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）等，非酶促系统包括抗坏血酸（ASA）、谷胱甘肽（GSH）和α-生育酚（VE）等。它们在复杂机制协调作用下，共同完成了对活性氧清除的目标。张瑞等研究发现，砧穗组合Y6+CS主要通过提高POD、SOD活性和细胞的渗透胁迫能力而增加植株的抗逆性能。潘璐等用不同NaCl处理山荆子和湖北海棠，结果显示，两种海棠SOD、POD等随胁迫时间延长总体呈先上升后下降的趋势。

2.4   信号物质的响应

信号传导是指在逆境胁迫下，植物从感受外界刺激到机体通过自身内部的调节反应来适应外界环境的过程。盐超敏感（SOS）信号传导途径是一种Ca2+依赖激活的信号转导途径，主要负责将植物根系细胞中的Na+排出，维持植物离子的动态平衡，与植物的耐盐能力有着密切的联系。SOS信号途径中涉及3个蛋白，分别是SOS1、SOS2和SOS3。在盐胁迫下，植物质膜中的Na+传感器将感受外界刺激产生的信号传入细胞，升高植物细胞内Ca2+浓度并激活SOS3，被活化的SOS3激活SOS2形成SOS2/SOS3复合体，催化部位暴露出来发挥激酶的功能，从而激活下游SOS1，防止Na+在细胞内过多的积累，提高质膜Na+/H+反向转运的能力，加快Na+排出细胞的速度，从而降低了盐害。郭章文将“美红”与“嘎啦”两种苹果苗在300 mmol/L NaCl溶液中处理24 d，发现“美红”与“嘎啦”两种苹果叶片中Md SOS1的表达量都随着盐胁迫时间的增加呈现出先上升后下降的趋势。

3   果树耐盐性状的遗传及相关耐盐基因的研究

植物感知胁迫信号后，会调控基因的表达。研究表明，这些相关基因的表达受复杂机制的调控，如基因启动子附近顺式作用元件、与之相结合的反式作用因子等，人们通过对盐碱胁迫产生前后同一植物的相关基因表达的差异进行了筛选，已经成功克隆和鉴定出了植物在盐碱胁迫下诱导表达的部分相关基因。

3.1   渗透调节物质合成基因

脯氨酸是一种相容性渗透调节物质，是通过谷氨酸和鸟氨酸两条途径合成的。在谷氨酸合成途径中，Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）是关键酶，由P5CS1和P5CS2 两个基因编码。冯远航等[17]通过对枸杞在NaCl胁迫下LmP5CS基因表达量与脯氨酸含量变化发现，两者呈正相关关系，说明LmP5CS基因对脯氨酸的合成起着关键作用。在柑橘[18]、杏[19]等果树上也对该基因进行了克隆和功能验证，证明其在提高果樹抗逆性上发挥着重要的作用。

甜菜碱是植物体内另一类亲和性渗透物质，经历两步不可逆的氧化反应，在植物叶绿体中经胆碱合成，胆碱单加氧酶（CMO）催化了第一步反应，甜菜碱醛脱氢酶（BADH）催化第二步反应。Fu等[20]研究表明，通过把BADH基因转入柑橘等砧木枸橼中，其耐盐能力显著提高。陆平[21]将枸杞甜菜碱生物合成关键酶基因CMO、BADH导入拟南芥基因组中，提高了转基因拟南芥植株的耐盐性。

除了合成脯氨酸和甜菜碱两种最常见的渗透调节物质的关键基因之外，还会合成一些其他渗透调节物质的关键基因。孙琳琳[22]研究发现，幼苗经盐胁迫处理后，各组织中二胺氧化酶（DAO）、精氨酸脱羧酶（ADC）等也会随着胁迫时间不同而发生不同的变化，说明该领域还需要进行更深入的研究。

3.2   转运蛋白编码基因

NHX基因亚家族为钠氢逆转运体，广泛存在于多种物种中，主要参与植物响应盐胁迫过程离子平衡的重建。

Apse等[23]克隆出第一个植物Na+/H+逆向转运蛋白基因NHX1。卢世雄等[24]研究表明，VvNHX06基因与植物耐盐有密切关系。刘威等[25]发现Na+/H+逆向转运蛋白基因PbNHX1，对盐碱、渗透胁迫和ABA处理均存在转录响应，转入该基因能够提高酵母NHX1缺失突变体AXT3对盐胁迫的耐受能力，部分恢复其对阳离子的转运功能，从而促进Na+、K+积累。

3.3   抗逆蛋白编码基因

晚期胚胎发生富集蛋白（LEA）是种子成熟过程中累积的一种高度亲水性球蛋白，在逆境胁迫诱导蛋白相关研究中关注度较高。植物在低温、干旱、盐碱等逆境胁迫下均会诱导植株中该基因的表达，它的抗逆性功能提高了植物抵御外界不良环境的能力。

植物水通道蛋白（AQP）是MIP家族中重要的一类成员，起着高效转运水分子的作用。盐胁迫可以影响果树细胞中许多AQPs的表达，提高果树耐盐能力。其中，质膜水孔蛋白对盐胁迫作用尤为显著。刘海莉[26]对过表达苹果抗旱砧木楸子的水通道蛋白基因MpPIP2;1基因的拟南芥幼苗进行盐胁迫，发现过表达MpPIP2;1基因能够缓解盐胁迫，促进拟南芥的生长。

3.4   转录因子

转录因子（TF）是一种具有特殊结构、行使调控基因表达功能的蛋白质分子，它能与基因5′端上游特定序列专一性结合，起到保证目的基因以特定的强度在特定的时间与空间表达的作用。参与盐碱胁迫传导相关的转录因子家族，主要有AP2/ERF类转录因子、WRKY转录因子和MYB转录因子。其中AP2/ERF转录因子是植物所特有的一类转录因子，种类繁多，根据其保守域不同，可分为AP2亚家族、DREB亚家族和其他类别。邓浪等[27]曾在葡萄基因组中鉴定出38个VvDREB基因，研究发现其在盐胁迫下表达量显著增加。

MYB类转录因子是另一类参与调控的重要转录因子家族，对提高果树耐盐性发挥重要作用。曹忠慧[28]在对苹果的MYB转录因子家族功能的研究中表明，苹果MdMYB121参与调控植物中Na+及 K+的含量，其能增强苹果对盐胁迫的抵抗能力。王春荣等[29]也筛选获得了4个受盐强烈诱导的R2R3-MYB基因。Cao等[30]通过全基因组分析，从苹果基因组中鉴定出229 个MYB基因，同样也发现位于细胞核上的MdoMYB121可显著提高苹果的耐盐性。

WRKY转录因子的作用主要是调控靶基因的转录水平，通过参与植物对逆境胁迫的应答及多种代谢途径行使其生物学功能。许海峰等[31]在“王林”愈伤中分别过表达MdWRKY18和MdWRKY40发现，能够促进MdSOS1和MdNHX1的表达，并提高“王林”愈伤在盐胁迫处理下的生长量，增强“王林”愈伤对盐胁迫的耐性。宋杨等[32]以南高丛越橘“雷格西”为试材，克隆获得越橘维生素C WRKY33基因，证明该基因明显受高盐诱导表达，在越橘的抗盐过程中起重要作用。

4   展望

随着分子生物学、基因组学和基因编辑等技术的快速发展，与果树盐胁迫抗性有关的基因相继发现，部分已被克隆并应用于生产实践及相关转基因研究中，对果树的耐盐机理探索也在不断加深。然而，果树耐盐是一个多基因参与、多途径诱导的过程，受到诸多外界环境因子的影响或制约，每种果树也可能会有不同的耐盐机制，甚至一种果树会同时存在多种耐盐机制，另外果树是否还存在其他的抗性机制和调控途径，这一系列复杂的问题，需要通过更多的科学研究来进一步揭示。

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