绿豆盐胁迫响应机制研究进展

郭玉静，马宗琪，宋佳慧，何晓彤，于梦斐，王颖

（曲阜师范大学生命科学学院，山东 曲阜 273165）

盐渍土是我国主要的中低产土壤类型之一，分布面积广。土壤盐渍化是人们开发利用土壤和水资源过程中遇到的一大难题，是导致土壤质量下降和土地生产力低下的重要原因，制约着土壤开发利用。筛选种植耐盐、适盐经济作物将在土壤盐碱障碍治理和盐渍地修复研究与实践中发挥重要作用［1］。绿豆作为我国传统经济作物，具有抗逆性强、生育期短、播期长、产量稳定、经济效益高以及修复土壤等优良性状和特点，种植发展潜力大，市场前景广阔［2，3］，是改善盐渍土改良和边际土地利用的优良作物之一。近年来，绿豆盐胁迫响应机制研究引起越来越多科研人员的重视，本文对其研究现状进行综述及展望。

1 绿豆不同生长阶段的耐盐性

种子萌发和幼苗生长是植物生活史中的关键阶段，也是对盐胁迫响应的敏感时期［4］。绿豆种子播种后因表层土壤盐分过多而不能萌发、出苗；苗期（1～2片复叶展开）则对盐分极为敏感，盐分过高易形成死苗［5］。这些因素都将直接影响植株后期的生长发育和形态建成。盐胁迫下多数植物的生长相关系数会随着盐胁迫浓度的增加呈现先增后减的变化［6］，盐渍土地也制约着绿豆种子萌发和幼苗生长。

1.1 绿豆萌发期耐盐性

刘顺平［7］采用不同浓度的NaCl对绿豆种子进行盐胁迫，结果表明绿豆种子对NaCl有一定的耐受力，低浓度（≤200 mmol/L）对绿豆种子萌发率没有明显影响，高浓度时产生伤害；而刘永惠［8］、孟庆俊［9］等发现低浓度盐胁迫对种子萌发有促进作用，过高盐浓度才抑制种子萌发。针对栓皮栎（Quercus variabilis）［10］、苜蓿（Medicago sativa L.）［11］、红坚木（Dysoxylum spp.）［12］、非洲菊（Gerbera jamesonii Bolus）［13］等植物种子的研究均得到类似结论。王建科等［14］研究得出，同种盐胁迫下随着盐浓度升高，种子萌发受到显著抑制；殷丽丽等［15］用不同浓度的NaCl、Na2SO4和Na2CO3对绿豆种子进行盐胁迫，发现三种盐胁迫均能抑制绿豆种子萌发，抑制作用Na2CO3＞NaCl＞Na2SO4；张秀玲［16］研究得出，绿豆种子在高浓度NaCl（≥600 mmol/L）和Na2SO4（≥400 mmol/L）盐胁迫下，发芽率降为零，且对不同类型盐胁迫的发芽耐盐极限浓度不同：NaCl为400 mmol/L，Na2SO4为200mmol/L，Na2CO3为75mmol/L。同一绿豆品种对不同盐分胁迫的响应不同，而不同绿豆品种对同一盐分的耐受性也存在差异。王乐政等［18］采用不同浓度的NaCl对绿豆种子进行盐胁迫，发现在不同绿豆品种间耐盐性有着显著差别；王丽艳等［17］研究也得到同样结论，即1.2%NaCl胁迫能较好反映萌发期的耐盐性差异，因而可用于绿豆品种盐胁迫鉴定参考浓度。

1.2 绿豆幼苗期耐盐性

绿豆幼苗期是对盐害最敏感的时期［20］，低浓度（50～200 mmol/L）NaCl对绿豆种子萌发率影响不明显，但显著抑制幼苗生长［7］，因此选择幼苗期耐盐性强的绿豆品种是开展盐碱地绿豆栽培的关键措施。任建华等［20］采用灌根法对绿豆幼苗进行不同程度的NaCl胁迫，结果表明不同浓度的NaCl对绿豆幼苗生长的抑制作用差异显著，且不同基因型绿豆对NaCl胁迫的耐性也存在明显差别；NaCl浓度1.0%以上的胁迫就能导致绿豆幼苗出现严重生理干旱现象，根系吸水能力受到抑制而降低到维持生命的最低限度。王丽艳等［17］的研究表明，不同种类的盐对绿豆幼苗生长的抑制作用存在差异，碱性盐对幼苗生长的伤害大于中性盐，表明幼苗对中性盐Na+浓度耐受力要大于碱性盐Na+浓度，这与其对绿豆萌发期的影响一致。

盐分对植物生长发育造成的影响主要有三种解释［21］：①盐土中的低水势使得植物叶片水势下降，导致气孔导度下降，是盐影响多种生理生化过程的根本原因；②盐害降低光合作用速率，降低同化物与能量的供给，从而制约植物的生长发育；③盐害影响某些特定的酶活性或代谢过程。关于盐胁迫影响植物种子萌发以及植物生长的主要原因仍有所分歧，尚无一致结论。

2 盐胁迫对绿豆生理的影响

2.1 绿豆盐胁迫生理生态指标

植物耐盐性状是受多个数量性状基因座调控的复杂性状［22］，耐盐能力是多种代谢的综合表现［23］，用不同的鉴定指标评价同一个作物品种可能会得到不同的结果［24］。孤立使用某些单项指标很难准确客观地反映作物的耐盐本质，为此，于崧等基于国内外众多学者已筛选出多种与作物耐盐性相关的形态、生理生化和代谢等方面指标进行研究，选用其中较为便捷、直观、简易的指标进行测定，通过耐盐评价数学模型得出显著影响绿豆耐盐能力的指标：种子萌发期发芽率、胚芽长、胚根长、根冠比和活力指数5个生长指标［25］以及苗期净光合速率、相对电导率、最大光化学效率、可溶性糖含量、初始荧光、地上干重、地下鲜重7个鉴定指标［26］，可用于不同基因型绿豆耐盐性强弱的快速评价与预测。此外，株高、植株含水量、超氧化物歧化酶、丙二醛等也作为鉴定绿豆耐盐性的常用指标被大量学者引用［20，27，28］。

2.2 盐胁迫对绿豆光合作用的影响

研究发现，NaCl对植物光合作用的影响通过离子伤害、渗透伤害和糖分积累形成反馈抑制三种途径进行。关于光合速率下降与气孔效应和非气孔效应，盐胁迫对类囊体膜成分与超微结构的影响，对光能吸收转换、光合碳素同化、光合电子传递以及与其它胁迫因子协同作用等方面有所体现［29］。盐胁迫下绿豆叶片净光合速率、PSⅡ最大光化学效率、PSⅡ实际光化学效率、叶绿素含量均有下降，初始荧光明显增大［26］。Bhise等［30］发现，接种阴沟肠杆菌KBPD的盐胁迫绿豆植株与不接种的盐胁迫绿豆植株相比，叶绿素含量高，盐胁迫症状得到一定缓解，得出阴沟肠杆菌KBPD具有减轻盐胁迫、促进绿豆生长的潜能。宋述燕等［31］研究发现，盐胁迫下绿豆幼苗的发光强度-时间曲线呈指数衰减，表明盐胁迫下植物的光合作用生理调控效果和程度可通过检测延迟荧光强度得到快速而准确的反映，这将为实时监测农田植物盐胁迫生理状况提供一种新的光子学方法。

2.3 盐胁迫对绿豆渗透调节和抗氧化酶系统的影响

在盐胁迫下，植物细胞膜的结构和功能首先受到破坏，导致细胞质膜的通透性增大，渗透势升高，从而导致植物各种膜系统的渗透胁迫［32］。通过从外界吸收、积累大量无机盐离子并合成相容性的有机小分子物质，从而降低细胞水势，以便从外界生境中吸取水分的渗透调节成为抗渗透胁迫最有效的措施［33］。

盐胁迫的过程复杂，并且由于对各种代谢活动进行渗透调节，导致植物严重水匮乏［34］，进而导致活性氧ROS（超氧化物、过氧化氢、羟基氢氧基、活性氧自由基和氧气等）的产生，如果不能被及时清除将会形成氧化胁迫而破坏膜结构［35］。超氧化物歧化酶（SOD）是植物清除活性氧的主要抗氧化酶，与过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）等构成植物体内抗氧化的保护酶系统［36］，协同作用共同抵抗氧化胁迫，最终达到保护膜结构的作用。因此，提高植物体内抗氧化酶类活性及增强抗氧化代谢水平是增强植物耐盐性的途径之一［35］。绿豆在盐胁迫下常表现为增加其渗透调节物质和抗氧化酶［28］。Islam等［37］发现蜡样芽孢杆菌Pb25可显著增加绿豆的抗氧化酶（POD、SOD和CAT）活性，可作为生物接种剂用于盐碱地农田，以提高作物产量。

目前，人们对植物受盐胁迫的影响机制研究仍然不透彻。而关于盐胁迫对绿豆生理影响具体机制的研究也比较少，且研究层次有待进一步拓展和深入。

3 绿豆耐盐分子机理

植物通过对胁迫信号（盐刺激）的感知、转导和反应，诱导耐盐相关基因表达和蛋白合成，构成复杂响应网络调控植物耐盐生理响应以适应或抵御盐胁迫［38］，如图1所示。

图1 盐胁迫信号转导途径及其机制（参考田丽丽等［38］）

植物受到外界盐胁迫，会通过传递一系列信号激发转录因子，而被激发的转录因子会与相应的顺式作用元件相结合启动特定基因的表达，从而对盐胁迫进行应答［39］。转录因子MYB/MYC［40］、WRKY［41］、bZIP［42］、NAC［43］、DREB［44］等在植物盐胁迫中起重要作用（如图2）。Wang等［45］从盐胁迫绿豆的全基因组序列中发现54个bZIP蛋白；Chen等［46］发现绿豆中分离出的VrDREB2A，是一种重要的转录激活因子，有助于提高绿豆的包括盐胁迫在内的非生物胁迫耐受性。不同基因通过调控不同的代谢途径来增强植物耐盐性，这些耐盐基因主要包括四大类［47］：①合成渗透保护物质的相关基因。BADH基因的表达能直接影响甜菜碱的合成，从而参与刚毛柽柳对NaCl胁迫的响应过程［48］。②离子转运蛋白基因。NHX1基因编码的蛋白可以将细胞中过多的Na+区隔化于植物的液泡中，以避免Na+在细胞质中的过度积累，从而减少Na+对细胞的伤害［49］；绿豆盐胁迫可强烈诱导VRNHX1的表达，使绿豆表现出耐盐性［50］。③抗氧化相关基因。SsAPX是细胞质抗坏血酸过氧化物酶的编码基因，盐胁迫条件下盐地碱蓬叶的SsAPX在mRNA水平上增加，APX活性增高［51］。④信号转导相关基因。在拟南芥中超量表达绿豆VrUBC1基因，发现VrUBC1通过对ABA相关基因的转录调控，并可能通过与新型RING E3连接酶的相互作用，在渗透胁迫耐受性方面起着积极作用［52］。这些不同类型的基因共同表达调控植物耐盐性。在耐盐相关转录因子及耐盐基因研究的基础上，耐盐基因在分子育种中得以应用并培育出具备优良耐盐性状的植株，如菊花等观赏植物中研究较多［53，54］，而绿豆分子育种研究有待加强。

图2 耐盐相关转录因子调控网络（引自王楠等［55］）

此外，植物抵抗盐胁迫的有效方式还有植物盐胁迫应答蛋白的表达。盐胁迫应答蛋白水通道蛋白（AQPs）［56］、Na/H+反向运输蛋白［57］、促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）［58］、钙依赖型蛋白激酶（CDPKs）［59］等，在植物遭受盐胁迫的信号感受、调控和表达等方面起重要作用。

总之，植物的耐盐性由植物体内一系列生理生化过程综合作用而形成，受相关的多基因调控以及外界环境因子的影响或制约。这些基因或蛋白在拟南芥等植物中已经开展了不同程度的研究，而绿豆的耐盐分子机理研究尚在开展中。

4 问题及展望

综上所述，国内外学者做了大量作物耐盐性研究工作，并取得很大进展，而绿豆耐盐性研究尚需深入开展，依然存在诸多可能与潜力，并就做好下一步绿豆耐盐性研究提出以下问题和展望。

以往耐盐性研究多集中在室内盐胁迫对于绿豆萌发期与幼苗生长期的影响，而大田绿豆全生育期生长发育耐盐性研究有待加强。植物生长发育过程受多种生态因子的协同作用，绿豆受盐碱、干旱、低温、高温等多方面协同胁迫的研究也很重要，该方面研究较少。绿豆响应盐胁迫的机制在生理层面上研究较多，而对于绿豆耐盐基因的挖掘与筛选、基因定位与克隆、转化及表达等分子机制研究有待加强。分子育种是未来植物育种的主要方向，绿豆盐胁迫及耐盐基因的研究，将为绿豆新品种培育储备重要核心技术和基因资源。