SA 对盐胁迫下草本植物种子萌发及幼苗生理特性影响的研究进展

赵丹，纪鹏，何晓蕾，景艳丽，张涛，王洪义

（黑龙江八一农垦大学，大庆 163319）

草本植物是指一类茎叶未发生木质化的植物的统称[1]，既包括玉簪、萱草、三色堇、百日草、彩叶草、水仙等园林花卉，也包括棉花、水稻、黄瓜等农作物。草本植物不仅具有净化空气、改善区域小气候、减弱噪音、降低大气和水体污染、防止水土流失的生态作用价值，还兼具观赏价值以及经济价值[2-3]。草本植物与木本植物是我们在生活中常见的植物类型，而木本植物由于其茎叶的高度木质化对自身具有一定的保护作用，所以生命力更顽强。相较之下，草本植物在遭受逆境胁迫时生长受限的问题更为严重。过于强烈的光照、持续性的降雨、肥力较弱的土层条件、以及轻、中、重度的盐渍土壤条件等均会抑制草本植物的生长，甚至致使其死亡。全世界约有9.5×10 hm2盐渍土壤，而这种比例每年还在持续的上升。同时我国的土壤情况也不容乐观，由于降水量较少，灌溉措施不合理，土壤水分的蒸发量又相对较大，导致盐分易在地表聚集，我国盐渍化土地已达到现有耕地面积的10%。由此可见，土壤盐渍化既是我国也是世界性的生态和资源问题[4]，这是目前为止在世界上对草本植物生长具有最大影响作用的环境因素之一。土壤过分盐渍化不仅会对植物的株高、叶型、叶色等形态特性造成一定的影响，甚至对未萌发的种子也能产生一定的抑制作用，这种抑制作用的结果可能会因盐胁迫程度的不同而存在差异。通常情况下，轻度盐胁迫会使草本植物种子的细胞膜结构受损，其功能也会发生改变，发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数降低，出苗时间延缓，不利于植物的生长；而重度盐胁迫则会直接导致草本植物的种子因丧失活力而无法萌发，同时也会引发草本植物一系列的生理代谢紊乱，如体内氨积累过多而产生氨害、光合速率降低、植物叶片气孔关闭等，甚至致使其幼苗的死亡[5]。因此，提高草本植物种子及幼苗抗盐胁迫的能力成为近些年重点的研究课题。

水杨酸（salicylic acid，SA）是植物体内一类重要的酚类化合物，在植物应对胁迫过程中发挥信号分子作用[6]，可以参与并调控草本植物体内部一些重要的生理代谢活动，强化植物抗逆性以及诱导防御反应的发生。早在1828 年植物学研究者们便已经对SA 进行了分离和提纯，虽然对SA 的发现较早，但并没有进行较为深入的探讨，直至20 世纪60 年代，研究者们才又一次将目光聚焦到SA 类物质上。在近些年的一些研究中发现外施SA 具有提高草本植物对于非生物胁迫抗性的作用[7]，如对香水百合加施一定浓度的SA，可有效缓解低温对其产生的危害，并提高其超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）活性[8]；外源SA 能诱导德国鸢尾SOD和POD 活性提高，并提高其耐盐性[9]。研究发现SA不仅具有诱导草本植物种子产生耐盐性的作用[10-13]，还能促进草本植物种子萌发及幼苗生长[14-16]。同时，与传统诱导物质相比SA 具有方便高效、无毒无害、无残留等优点，在诱导植物抗性的同时不会对环境造成二次污染。因此，探究SA 对盐胁迫下草本植物种子萌发及幼苗生长的诱导作用机理，能为我国盐碱地区草本植物的品种应用、土壤修复和园林绿化提供一定的理论依据。

1 SA 对盐胁迫下草本植物种子萌发的影响

盐分浓度对于草本植物种子萌发的影响主要体现在增效效应、负效效应以及完全阻抑效应。其中低浓度盐分能促进草本植物种子的萌发，随着盐浓度的上升，种子发芽率、发芽指数以及活力指数都随之减小，而过高的盐浓度则会对种子萌发起抑制作用[17]。在盐胁迫对碱茅种子萌发影响的研究中发现，在盐浓度低于0.54 g·100-1mL 时，碱茅种子的累积发芽率随其升高呈上升趋势；盐浓度在0.54～0.72 g·100-1mL 之间时，种子发芽率处于稳定状态；而在0.72～4.74 g·100-1mL 之间时，碱茅种子的萌发总曲线随盐浓度的升高却持续下降；当高于4.74 g·100-1mL 时种子发芽率逐渐趋向于零[18]。在对粉色波斯菊的研究中发现当NaCl 浓度为15 mmol·L-1时，发芽率为76.67%，高于对照组的46.67%；而当NaCl 浓度大于35 mmol·L-1时，种子的萌发率、发芽势均显著降低[4]。在对星星草的研究中发现低于0.6 g·100-1mL 的盐浓度能促进种子萌发；而盐浓度介于0.7～3.6 g·100-1mL 之间时，种子的萌发率和累积发芽率明显下降；盐浓度高于3.7 g·100-1mL 会抑制星星草种子的萌发[19]。对于黑麦草、高羊茅和早熟禾[20]等草本植物的相关研究中也得到了与相似的结果。

SA 对盐胁迫下草本植物的种子萌发具有一定促进作用，但这种促进作用会因植物种类以及盐胁迫程度的不同存在一定的差异性，如在对百日草[21]、花椰菜[13]、小麦[11]、紫苏[22]、小黑麦[23]、黄瓜[24]、孔雀草[25]的研究中发现外施SA 对种子的萌发均有一定的促进作用，但是SA 的最适诱导浓度存在一定差异。在SA 对盐胁迫下三角滨藜种子[26]和幼苗抗盐能力影响的研究中发现，对照组SA 能够提高三角滨藜种子的萌发率，但在盐胁迫下却促进了盐害对种子的抑制作用。在SA 对盐胁迫下广藿香种子萌发和幼苗生长的研究中发现[16]，一定浓度范围内的SA 可有效缓解广藿香的盐害程度，而0.5 mmol·L-1SA 处理却加剧了盐胁迫对种子萌发的抑制作用。造成这些差异的原因可能是植物的抗盐能力和耐受性不同。

2 SA 对盐胁迫下草本植物幼苗生长的影响

通常在土壤含盐量超过0.2%～0.25%时，就会对植物造成盐分胁迫，使植物生长会产生异常状况，如植株矮小，叶片过小而呈暗绿色、似干旱缺水状态。在盐胁迫下，草本植物会在形态结构上产生相应的改变来适应环境。盐胁迫对草本植物最明显最普遍的作用就是抑制生长[27]。不同程度的盐分胁迫使小麦幼苗、芙蓉葵株高生长量下降，同时降低了芙蓉葵的茎粗增长量[28]。随着NaCl 浓度的升高，番茄的株高、根长显著降低；随着盐处理时间的增加，新发根数逐渐减少[29]。在盐胁迫对芦荟幼苗生长情况影响的研究中发现，其叶片的生长速率以及干物质的积累量显著降低[30]。盐胁迫下雪菊幼苗株高、根长、根干鲜重、地上部干鲜重均随盐浓度的升高而降低[31]。但对高羊茅盐胁迫研究中发现，低盐胁迫对幼苗地上部分和根系的鲜重、干重和含水量影响不大，而高盐环境会严重影响其幼苗的生长，且对其地上部分的抑制作用要大于根部[32]。

盐胁迫下，外源SA 对植物幼苗生长的促进作用随其浓度的升高而降低。SA 缓解盐胁迫对草本植物幼苗生长影响的最佳浓度因植物种类的不同而有所差异。研究发现，外施0.25 mmol·L-1SA 能有效提高苜蓿幼苗的株高、根长和鲜重[33]；0.6 mmol·L-1SA 对盐胁迫下沙打旺幼苗株高和干重的增加效果最好[34]；而0.25 mmol·L-1的SA 为增强盐胁迫下广藿香幼苗的环境适应能力的最佳浓度[16]。

3 SA 对盐胁迫下草本植物种子及幼苗生理生化的影响

3.1 抗氧化酶系统

盐胁迫时，植物往往会通过增加抗氧化酶的合成来抑制过氧化氢、超氧阴离子等过氧化物对细胞质膜的膜脂过氧化作用[35]。SOD、POD、多酚氧化酶（PPOD）是植物体内重要的抗氧化酶类，其中SOD 和POD 可有效清除自由基，从而减少自由基对植物造成氧化损伤[36]。研究发现，应用较低浓度的SA 处理草本植物种子及幼苗能提高其SOD、POD、PPOD 等的活性[37]，如外施0.25 mmol·L-1SA 诱导早熟禾能促进CAT、POD、SOD 活性的提高[38]，0.05 mmol·L-1SA诱导小麦会促使其SOD、POD、PPOD 活性上升[39]，0.1 mmol·L-1SA 处理黄芪种子，其POD 活性提高最大[40]，但提高程度可能与植物体内的抗氧化酶含量与内源SA 水平有关。

丙二醛（MDA）是植物在盐胁迫下膜脂过氧化的重要产物，其含量的高低可表明细胞膜损伤程度。研究发现，SA 处理能够降低凤仙花[41]、紫苏[22]、红花[42]、辣椒[43]等草本植物内的MDA 含量，降低细胞膜通透性和膜脂过氧化作用，从而减少盐胁迫对植物的损伤，增强草本植物对盐胁迫的抗性。

3.2 渗透调节物质

在自然界中，胁迫往往不是单一存在的，如盐胁迫会使渗透势增高从而使土壤水势降低，植物根系的吸水能力减弱，甚至倒流外渗，发生生理干旱[44]。在发生此类情况时细胞会通过渗透调节来降低细胞水势等以维持正常的生理代谢活动，参与渗透调节的物质主要有两大类，其一是从外界进入植物细胞内的无机离子，如Cl-、NO3-和无机盐等，其二是细胞内合成的有机物，如游离脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等[45]。

盐胁迫促使生理干旱的发生，而水分的缺失导致植物对矿质元素的吸收能力降低，从而使植物的渗透调节主要依靠大分子有机物[46]。藜麦在盐胁迫过程中，可溶性糖、游离脯氨酸含量随盐浓度的升高和处理时间的延长而逐渐升高[47]。在对大穗结缕草、沟叶结缕草和日本结缕草的耐盐性研究中发现，随盐浓度增加游离脯氨酸的含量呈上升趋势[48]。游离脯氨酸作为主要的渗透调节物质之一，主要在细胞质中累积，这一过程是植物在盐胁迫下自身应变出的防御性行为，同时也是其遭受逆境胁迫的一种信号[49]。可溶性糖可为物质的合成提供能量基础，作为渗透调节物质在植物生长发育过程中十分重要。在对盐胁迫下月见草渗透调节作用的研究中发现可溶性糖随盐浓度的升高而降低，游离脯氨酸含量的变化与其相反，而可溶性蛋白则呈先升后降的趋势[50]。长春蔓在盐胁迫过程中，随着盐浓度的增加，可溶性蛋白和游离脯氨酸含量先升后降，可溶性糖含量呈上升趋势[51]。0.5～1.5 mmol·L-1SA 处理的花椰菜[13]游离脯氨酸、可溶性糖含量较高；1 mmol·L-1SA 处理的茄子幼苗[52]游离脯氨酸含量升高，外源SA 明显增加了德国鸢尾[9]的可溶性糖、可溶性蛋白等渗透调节物质的含量，有效缓解了盐胁迫对植物的危害。

3.3 植物激素

植物在生长发育过程中的细胞分裂、体积增大、形态建成等生长过程都与植物内源激素水平密不可分，如生长素（IAA）可促进植物侧根和不定根的形成，赤霉素（GA）能促进茎的伸长[53]。植物激素没有明显的专一性，一种激素能够在多种生理效应中进行参与，而多种激素又可以调节同一生理过程[54]。

通常，处于盐胁迫下的草本植物会通过改变自身内源激素水平的方式来缓解胁迫所带来的伤害。在对盐胁迫下菊芋内源激素调节的研究中发现，中度盐胁迫下叶片和块茎中IAA 和GA3 合成受到抑制，脱落酸（ABA）合成得到促进[55]。盐胁迫下油葵种子在萌发过程中ABA 含量随盐浓度升高产生先降低后升高的趋势，而GA3 则相反[56]。盐胁迫下植物体内的ABA 含量可在短时间内显著增加[57]，而GA 和细胞分裂素（CTK）含量则有不同程度的降低。外源SA 可诱导小麦幼苗IAA 和CTK 含量增加，但同时抑制其ABA 含量[58]。在对外施SA 促进百合鳞茎膨大和其内源激素含量变化的研究中发现，ABA 和GA3 含量下降，IAA 含量上升[59]。外施SA 诱导甜菜提高其叶片IAA 和GA 的含量，降低ABA 含量[60]。

3.4 植物的光合作用和蒸腾作用

盐胁迫会对叶绿体结构和光合色素造成破坏，使叶绿素和叶绿素蛋白复合体含量下降，降低净光合速率（Pn），从而影响植物的光合作用[61]。在盐胁迫对啤酒大麦幼苗光合作用影响的研究中发现，高浓度盐分能显著抑制其净光合速率[62]。盐胁迫下，随着盐浓度的升高，碱蓬和三角叶滨藜的净光合速率显著下降[63]。有研究发现，SA 能提高盐胁迫下玉米叶绿素a、b 和类胡萝卜素的含量，增强其光合能力[64]。孙德智研究表明SA 可诱导盐胁迫下的番茄幼苗叶片光合速率、叶绿素含量、气孔导度的显著升高[65]。在对盐胁迫下外施SA 对黄瓜叶片光合参数调节作用的研究中发现，叶绿素含量、净光合速率和气孔导度相比盐胁迫对照都明显提高[66]。

盐胁迫引起植物叶片气孔关闭，从而引发植物蒸腾速率下降。研究发现，在盐胁迫下，随盐浓度的增加，互花米草、结缕草、辣椒幼苗的气孔阻力逐渐增大，蒸腾速率呈逐渐降低趋势，但当盐浓度达到一定程度时，蒸腾速率变化不再明显[67-69]。

4 SA 对盐胁迫下草本植物种子及幼苗影响分子水平的研究

随着分子生物学和转基因技术的飞速发展，科研工作者利用基因沉默、定点突破技术探索出多种耐盐基因，并通过分子克隆技术将其克隆出来。此外，还通过研究调控耐盐基因转录表达的转录因子来增强转基因植物的耐盐性[70]。将从盐角草中得到的Se NHX1 基因转入烟草中获得盐胁迫下生长良好的转基因烟草[71]。将酵母海藻糖-6-磷酸合成酶（trehalose-6-phosphate synthase，TPS）基因TPS1 和海藻糖-6-磷酸磷酸酶（trehalose-6-phosphate phosphatase，TPP）基因TPS2 融合转入紫花苜蓿中表达，获得耐盐性明显增强的转基因紫花苜蓿[72]。当今由于草本植物自身可利用抗性基因较少，导致草本植物中的抗非生物胁迫基因大都来自于作物或模式植物，从而引发了一些相关抗性基因在特定植物类群表达优良，但转入草本植物中抗逆能力下降的现象[73]。近些年有研究发现非生物胁迫和SA 具有诱导特殊基因表达的作用，如包括盐胁迫在内的部分非生物胁迫和SA 能够诱导TOP2[74]、AtPLAⅡA[75]等基因的表达，说明SA 有可能通过诱导基因的表达来提高植物对非生物胁迫的抗性。但目前对于通过外施SA 来提高草本植物耐盐性分子水平影响的研究还有待增加和深入。

5 建议

盐胁迫使草本植物的生态价值、观赏价值以及经济价值产生不同程度的降低，外源SA 诱导为草本植物种子及幼苗抗盐能力的改善提供了新的思路，但是由于植物内源生理生化代谢作用较为复杂，若要将此应用于实践，还需要进行更为深入的探讨。目前，针对外源SA 缓解盐胁迫对草本植物种子和幼苗的影响已经有了一些结论：SA 对草本植物种子和幼苗的抗盐能力存在一定的促进作用，但这种促进作用会因植物种类、耐受性、处理时间、处理方式和盐浓度的不同等因素而存在一定的差异性。同时笔者在总结前人的理论与经验时发现一些问题：1）目前此类诱导抗盐性的研究主要集中在经济作物上，对于观赏性草本植物的研究较少；2）外源物质的种类及施用方式较多，不同种类以及不同施用方法对植物诱导作用的影响情况尚不明确；3）转基因植物可能会对生态系统稳定性产生影响，因此，在转基因耐盐草本植物实地应用之前应进行系统安全测评工作。