黃 潔 白志剛 鐘 楚 金千瑜 朱練峰 曹小闖 朱春權(quán) 張均華

(中國水稻研究所水稻生物學(xué)國家重點實驗室，浙江 杭州 310006)

我國鹽堿土耕地面積達760 萬hm2，其中約660萬hm2鹽漬土和100 萬hm2堿化土[1]。 鹽漬土主要成分是氯化鈉和硫酸鈉[2]。 水稻(Oryza staive)是鹽敏感作物，土壤鹽漬化是水稻最常見的非生物脅迫之一。 鹽脅迫對水稻的影響主要表現(xiàn)為鹽濃度升高造成滲透缺水，水稻吸水困難，生理代謝過程迅速減慢；鈉、氯等離子濃度過高會抑制水稻對其他營養(yǎng)元素的吸收(如鉀、鈣等)，導(dǎo)致細胞離子失衡，養(yǎng)分失調(diào)；水稻細胞產(chǎn)生大量活性氧，膜脂過氧化加劇，破壞水稻細胞和細胞器結(jié)構(gòu)，引起代謝紊亂；光合作用降低，同化物和能量供應(yīng)減少，影響水稻生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)[3]。 多年來，人們從土壤改良技術(shù)[4]、農(nóng)藝栽培措施[5]、耐鹽品種選育[6]、生理及分子調(diào)控等方面[7]，對增加鹽堿地的利用及提高水稻耐鹽性進行了廣泛研究。

水稻是世界性的糧食作物，在中國約占糧食總產(chǎn)量的37%，而五分之一的稻田受鹽脅迫侵害[8]。 稻田受鹽堿化危害日益擴大，嚴重制約著水稻的正常生長。因此，研究水稻耐鹽性對提高鹽脅迫土壤稻谷產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要作用。 目前人們對鹽脅迫下水稻形態(tài)特征及部分生理響應(yīng)機理已有明確認識，但缺乏生理分子綜合效應(yīng)的研究。 本文通過分析鈉在水稻體內(nèi)的吸收轉(zhuǎn)運特征，解析鹽脅迫下水稻的生理分子調(diào)節(jié)機制，明確水稻耐鹽內(nèi)在機理，并提出增強水稻耐鹽性的調(diào)控措施，以期為鹽堿地水稻種植提供參考。

1 水稻體內(nèi)鈉的吸收與轉(zhuǎn)運

鈉鹽在鹽堿土中占重要地位，是自然界含量最豐富最易溶解的鹽類，鹽脅迫對水稻的傷害主要是由鈉離子引起的[9]。 由于鈉離子半徑和水的離子半徑相近，且鈉在維持細胞膨壓增加滲透勢，吸收水分等方面有一定作用，放水稻易吸收鈉離子，但鈉離子濃度過高會對水稻產(chǎn)生毒害。 環(huán)境中鈉離子濃度過高往往會造成水稻生物膜功能受到干擾，影響營養(yǎng)物質(zhì)吸收和細胞內(nèi)溶質(zhì)平衡，導(dǎo)致生理代謝紊亂[10]。 因此，了解水稻對鈉的感應(yīng)及鈉在水稻體內(nèi)的吸收和轉(zhuǎn)運機制，對提高水稻耐鹽性、培育耐鹽品種、減輕鹽危害具有參考價值。

1.1 水稻根系對鈉的感應(yīng)與吸收

1.1.1 水稻根系對鈉的感應(yīng) 水稻根系對鹽脅迫信號的感應(yīng)，可能在調(diào)控水稻對鹽脅迫響應(yīng)中發(fā)揮重要作用。 目前對水稻如何感應(yīng)鹽脅迫的認知有限，還未發(fā)現(xiàn)特定的鹽感受器。 研究表明，鹽脅迫下，水稻鈣調(diào)素(calmodulin，CaM) 和類鈣調(diào)素(calmodulin-like，CML)蛋白基因在組織和器官中異常表達，鹽處理后1～3 h 明顯上調(diào)，并在這些基因上游區(qū)域檢測到響應(yīng)非生物脅迫的順式作用元件，包括響應(yīng)干旱、高鹽和低溫脅迫的重要啟動子元件DRES[11]。 控制質(zhì)膜發(fā)育的多肽OsDREPP2 是一種Ca2＋結(jié)合蛋白，CaM 能抑制OsDREPP2 與皮層微管的結(jié)合，提高細胞伸長率，故CaM 基因表達上調(diào)，有助于增強水稻耐鹽性。 此外，CaM 還可能直接激活鈣調(diào)素結(jié)合轉(zhuǎn)錄激活因子(calmodulin-binding transcription activator，CAMTA)等，CaM 與Ca2＋結(jié)合可以激活多種下游蛋白，并調(diào)節(jié)其活性。 由此推測，水稻的高滲物質(zhì)和鈉感受器，可能受鈣離子通道控制[12-13]。 有研究指出SOS3(salt overly sensitive 3)通過與SOS2(salt overly sensitive 2)相互作用來傳遞鹽脅迫誘導(dǎo)的鈣信號，SOS2-SOS3 可以結(jié)合到質(zhì)膜上，從而磷酸化質(zhì)膜鈉鉀反向轉(zhuǎn)運蛋白SOS1(salt overly sensitive 1)，激活SOS1 起作用，由此推測SOS1 可能是鹽感受器[14-15]。 鹽脅迫早期，環(huán)核苷酸受體、嘌呤受體可以激活鉀離子通道，從而增加鉀吸收，減少鈉吸收，這些受體起脅迫應(yīng)答作用。 環(huán)核苷酸與其受體結(jié)合，可以激活鈣離子通道，細胞攝取大量鈣離子，胞漿鈣離子濃度升高，是根細胞適應(yīng)鹽脅迫的關(guān)鍵。 鹽脅迫下，胞質(zhì)鉀含量減少可以激活H＋-ATP 酶，致使膜電位發(fā)生變化，植物由此感應(yīng)鹽脅迫程度。 此外，某些高親和力鉀轉(zhuǎn)運體(high-affinity K＋trasporter，HKT)突變體能夠誘導(dǎo)其他蛋白質(zhì)感受到滲透脅迫[16]。 組氨酸激酶(histidine kinases， AHK1/ATHK1)也可能是鹽傳感器或滲透傳感器[17]，但缺乏足夠的依據(jù)。 也有研究指出根分生組織位于根尖端，含有鹽感受器成分。 水稻對鈉的感知，促使水稻對鹽脅迫作出一系列響應(yīng)[18]。

1.1.2 水稻根系對鈉的吸收 減少水稻對鈉的吸收，控制植株體內(nèi)鈉積累量是提高水稻耐鹽性的有效途徑。 正常生理狀態(tài)下，植物細胞一般保持較高鉀鈉比。鹽脅迫下，由于外界環(huán)境和細胞之間存在電化學(xué)梯度，使得大量外界鈉離子進入植物細胞內(nèi)[19]。 而鈉進入細胞主要與某些通道和轉(zhuǎn)運體有關(guān)，涉及鈉內(nèi)流的通道是非選擇性陽離子通道(non-selective cation channels，NSCC)，包括環(huán)核苷酸門控通道(cyclic nucleotide gated channels， CNGC) 和谷氨酸受體(glutamate receptors，GluR)；涉及鈉內(nèi)流的轉(zhuǎn)運體是HKTs 和HAKs。 目前這些通道和轉(zhuǎn)運體已在水稻中證實[20-21]。 HKT 是植物體內(nèi)普遍存在的一類轉(zhuǎn)運蛋白，介導(dǎo)鈉離子的吸收，其對離子的選擇吸收主要受結(jié)構(gòu)中帶電氨基酸殘基的影響。 水稻體內(nèi)HKT 蛋白分為兩大亞家族，第一類是OsHKT1 和OsHKT8，具有由SGGG(S ＝絲氨酸，G ＝甘氨酸)形成的孔道結(jié)構(gòu)，存在于多肽中，是鈉特異性轉(zhuǎn)運體；第二類是OsHKT2，具有由GGGG 形成的結(jié)構(gòu)，是鈉鉀的共轉(zhuǎn)運蛋白[22]。 如OsHKT2；2/1 是一種從根部分離出的HKT 亞型，介導(dǎo)鹽脅迫下鈉流入植物根系[23]。 HKT 不僅介導(dǎo)鈉內(nèi)流，還與鈉向木質(zhì)部韌皮部轉(zhuǎn)運有關(guān)[24]。 鹽脅迫下水稻OsHAK1 基因在各組織中表達均上調(diào)，特別是在根尖分生組織和莖尖分生組織中，OsHAK1 的過表達增加了鹽脅迫下水稻對鉀的吸收，而鉀濃度與地上部生物量呈正相關(guān)關(guān)系，表明鹽脅迫下OsHAK1 通過調(diào)節(jié)鉀吸收促進水稻生長，增加耐鹽性[25]。 目前廣泛認為非電壓依賴型NSCC(Ⅵ-NSCCs)是植物吸收鈉離子的重要途徑。此通道對奎寧等阻滯劑敏感，通過施加奎寧阻斷NSCCS，可以減少鈉離子進入植物體[26]。 Senadheera等[20]在耐鹽性水稻品種的研究中發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下耐鹽性水稻品種CNGC1 的下調(diào)程度高于鹽敏感品種，證明CNGCs 可能參與鈉內(nèi)流。 GluRs 可能也參與鈉的內(nèi)流，但在水稻中尚未見報道。

1.2 鈉在水稻體內(nèi)的轉(zhuǎn)運

鈉在水稻體內(nèi)的轉(zhuǎn)運分為短距離運輸和長距離運輸。 短距離運輸依賴于質(zhì)膜上離子轉(zhuǎn)運蛋白和液泡膜離子轉(zhuǎn)運蛋白的作用。 質(zhì)膜離子轉(zhuǎn)運蛋白分為鈉內(nèi)流蛋白和鈉外排蛋白，介導(dǎo)鈉內(nèi)流的蛋白和通道是HKT、HAK、NSCC，鈉外排主要通過SOS1 和質(zhì)膜鈉鉀反向轉(zhuǎn)運體兩種途徑。 且這種途徑主要通過根和莖外排鈉來減少水稻體鈉的積累[23，27]。 液泡膜Na＋/H＋交換體(NHX)是將細胞內(nèi)的鈉轉(zhuǎn)移至液泡中并儲存起來的重要調(diào)節(jié)因子，通過跨液泡膜H＋梯度驅(qū)動來轉(zhuǎn)運Na＋，其中NHX 1 和NHX 2 是含量最豐富的NHX，而NHX 1 在水稻、玉米、小麥中均有發(fā)現(xiàn)[28]。 Liu 等[29]研究發(fā)現(xiàn)，與野生型水稻相比，過表達的OsNHX1 植株受鹽傷害程度較小，光合活性提高，根系生物量增加。NHX 通過將鹽分隔離在液泡中，一方面可以減少細胞質(zhì)中的鹽積累，減緩對重要器官和組織的傷害，使耐鹽性水稻品種能夠在液泡中固存更多鈉，從而增強耐鹽性。 另一方面防止鈉從液泡向胞漿的滲漏也可能是其增強耐鹽性的重要機制之一。 鈉的長距離運輸包括鈉進入木質(zhì)部、在木質(zhì)部的裝載以及通過韌皮部從莖到根的再循環(huán)過程，受多種轉(zhuǎn)運體和通道的共同調(diào)節(jié)。根系將鈉轉(zhuǎn)移至木質(zhì)部，然后通過木質(zhì)部蒸騰流作用，將其轉(zhuǎn)移至葉片，因此，增加木質(zhì)部儲存鈉也是提高水稻耐鹽性的重要方向[30]。 HKT 在鈉長距離運輸中也起著重要作用，Ren 等[31]研究發(fā)現(xiàn)水稻莖中由SKC1基因編碼的HKT 可能通過從木質(zhì)部卸載而參與鈉的再循環(huán)；與SKC1 基因相關(guān)的OsHKT 1；5 已被證實位于根木質(zhì)部附近細胞中，介導(dǎo)韌皮部鈉的外排，可以減緩水稻葉片受到鹽脅迫的傷害[32](如圖1 所示)。

圖1 鈉的吸收與轉(zhuǎn)運(引自Wu[18]，部分已修改)Fig.1 Sodium absorption and transport(quoted from Wu[18]， partially modified)

2 水稻耐鹽生理調(diào)節(jié)機制

2.1 水稻生理特征對鹽脅迫的響應(yīng)

鹽脅迫下水稻生長發(fā)育受到抑制，組織生長及器官分化減緩，且隨著鹽濃度的增加抑制作用更加明顯。水稻種子萌發(fā)階段受到鹽脅迫，不僅限制了種子的生理吸水，而且在吸水過程中膜結(jié)構(gòu)受鹽脅迫影響而遭到破壞，導(dǎo)致種子萌發(fā)受阻，發(fā)芽率降低，發(fā)芽不整齊，甚至不發(fā)芽。 張靜[33]研究發(fā)現(xiàn)，40 mmol·L-1鹽溶液對發(fā)芽無顯著影響，而200 mmol·L-1以上鹽濃度幾乎不能成苗。 高鹽脅迫下水稻種子發(fā)芽率、芽長、主根長和根數(shù)顯著下降，出芽后，根芽生長對鹽脅迫更敏感[34]。 研究表明，鹽脅迫下水稻種子的萌發(fā)能力主要受2～3 個主基因＋多基因協(xié)同調(diào)控，且每個發(fā)芽特征指數(shù)均由特定的主要基因控制[35]。 苗期是水稻對鹽脅迫最敏感的時期，在鹽脅迫下水稻植株首先表現(xiàn)出生長受到抑制、老葉死亡、綠葉葉面積下降等特征[36]。鹽脅迫初期，耐鹽品種根部迅速合成大量的脫落酸(abscisic acid，ABA)，誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉，顯著降低葉片蒸騰速率，避免水稻吸收過多鈉[37]。 鈉離子還對水稻色素含量、抗氧化系統(tǒng)、光系統(tǒng)Ⅱ光化學(xué)效率、光合電子傳遞等產(chǎn)生影響，鹽脅迫導(dǎo)致葉片葉綠素降解加快，光合速率降低，地上部生長發(fā)育受到抑制[3]。 有研究表明，水稻分蘗期受鹽脅迫，其分蘗及葉片生長均將受到抑制，單株分蘗力下降，莖桿變粗，葉片較正常葉片小且發(fā)黃，株高降低，高鹽條件下甚至造成葉片死亡[38]；水稻抽穗期受到鹽脅迫會導(dǎo)致抽穗期延遲、穎花退化嚴重、結(jié)實率降低等，嚴重影響產(chǎn)量，并引起籽粒脂肪酸、礦物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生變化，降低稻谷品質(zhì)[39]。

2.2 水稻耐鹽生理調(diào)節(jié)機制

2.2.1 滲透調(diào)節(jié) 鹽脅迫下，外界環(huán)境的滲透勢降低，水稻根系吸水困難，表現(xiàn)為水分脅迫，處于生理干旱狀態(tài)。 水稻若要吸收水分或者減少自身失水，必須積累足夠多的溶質(zhì)來減小與外界環(huán)境的滲透勢差。 植物通常采取兩種滲透調(diào)節(jié)方式:一是自身合成有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，二是從外界吸收更多的無機離子。 自身合成的有機溶質(zhì)包括脯氨酸、甜菜堿、可溶性糖、多元醇、有機酸、海藻糖等。 鹽脅迫下脯氨酸大量增加，可達正常水平的數(shù)十至數(shù)百倍；脯氨酸與蛋白質(zhì)結(jié)合可以束縛更多的水，有效緩解水分虧缺，防止蛋白質(zhì)變性；可溶性糖、可溶性蛋白和葉綠素含量以及抗氧化酶活性均受脯氨酸含量影響；此外，脯氨酸還是氮、碳快速補償來源[40-42]。 甜菜堿主要積累在細胞質(zhì)中，可以促進鹽分在液泡中儲存，穩(wěn)定光系統(tǒng)Ⅱ和類囊體膜結(jié)構(gòu)，且在滲透脅迫下有助于膽堿和蔗糖的積累[43]。 可溶性糖和多元醇作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，通過調(diào)節(jié)滲透勢緩解過高鹽濃度帶來的傷害。 有機酸主要起到調(diào)節(jié)pH 值的作用，細胞、組織或器官在排出鈉離子時產(chǎn)生大量H＋，有機酸也可以平衡部分陽離子。 外界無機離子在緩解鹽脅迫方面有較多優(yōu)勢，無需消耗物質(zhì)和能量來合成有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在調(diào)節(jié)滲透勢方面也起著重要作用，參與滲透調(diào)節(jié)的無機離子主要有鉀離子、鈉離子和氯離子，耐鹽水稻品種可以較鹽敏感品種減少鈉的吸收，增加鉀的吸收，從而維持細胞滲透調(diào)節(jié)能力[44-45]。

2.2.2 養(yǎng)分調(diào)節(jié) 水稻在正常生長環(huán)境中，各養(yǎng)分處于平衡狀態(tài)，但在鹽脅迫下，過多的鹽離子尤其是鈉離子抑制了水稻對其他元素的吸收，如鉀、鈣等。 鹽脅迫往往伴隨著缺鉀，而鉀在細胞內(nèi)可以作為多種酶的催化劑，對蛋白質(zhì)、糖類合成有促進作用，且鉀參與調(diào)節(jié)氣孔開放程度，直接影響植物光合作用，故鹽脅迫下光合活性迅速降低[46]；鈣是重要的第二信使，具有調(diào)節(jié)鈣調(diào)蛋白和磷酸肌醇系統(tǒng)的功能，鈣能降低水稻對鈉的吸收，同時恢復(fù)根系對鉀的吸收，增大根冠比，從而提高水稻耐鹽性[47]。 此外鹽脅迫不利于水稻對氮素的獲取以及銨態(tài)氮和硝態(tài)氮在水稻體內(nèi)的同化過程，尤其對硝態(tài)氮影響更大[48]。 因此鹽脅迫下，稻田適當(dāng)增施氮肥、鉀肥及硅等微肥，有利于維持水稻氮代謝，保持植株正常生長，有利于稻米產(chǎn)量及品質(zhì)趨于正常水平。 研究表明，在富含鈉的土壤中添加硅時，水稻植株的含水量提高了7.3%，同時顯著提高了光合效率及CO2同化效率[49]。

2.2.3 抗氧化系統(tǒng)調(diào)節(jié) 相較于正常環(huán)境，鹽脅迫下水稻體內(nèi)會產(chǎn)生大量活性氧，從而導(dǎo)致膜脂過氧化加劇，丙二醛(malondialdehyde，MDA)大量積累。 植物體內(nèi)存在清除活性氧的過氧化酶系統(tǒng)和抗氧化劑，主要有超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、過氧化氫酶(catalase，CAT)、過氧化物酶(peroxidase，POD)、抗壞血酸(ascorbic acid，ASA)以及維生素C等。 高鹽脅迫時，水稻體內(nèi)清除活性氧的膜保護體系活性加強，抗氧化物質(zhì)含量增加，從而清除體內(nèi)過多的活性氧，減少傷害。 研究發(fā)現(xiàn)，耐鹽水稻比鹽敏感水稻具有更強的清除活性氧能力，水稻葉片中的SOD、POD活性隨著鹽脅迫程度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在一定鹽濃度范圍內(nèi)呈正相關(guān)趨勢[50-51]。 抗氧化系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，可以有效清除對水稻有害的活性氧，保護水稻膜系統(tǒng)，維持正常膜結(jié)構(gòu)。

2.2.4 激素調(diào)節(jié) 在水稻應(yīng)對逆境脅迫過程中，內(nèi)源激素也起著重要的調(diào)節(jié)作用。 脫落酸(abscisic acid，ABA)被稱為逆境激素，在鹽脅迫早期根系A(chǔ)BA 含量迅速增加，到達峰值后下降，之后趨于穩(wěn)定。 有研究認為ABA 作為信號調(diào)節(jié)物質(zhì)，調(diào)控著鈉離子的吸收和轉(zhuǎn)運[52]。 耐性品種的ABA 含量在鹽脅迫期間一般高于常規(guī)水平。 ABA 合成后隨木質(zhì)部汁液運輸至水稻植株地上部，調(diào)節(jié)氣孔關(guān)閉，降低葉片蒸騰作用和光合作用，減少水稻體內(nèi)水分及養(yǎng)分的消耗，避免水稻吸收過多的鈉離子[37]。 鹽脅迫條件下，內(nèi)源細胞分裂素(cytokinin， CTK)和乙烯(ethylene， ETH)積累量降低，而CTK 和ETH 均能解除逆境對種子萌發(fā)的抑制作用。 耐鹽品種生長素(auxin，IAA)含量增加，研究發(fā)現(xiàn)IAA 可以提升H＋-ATP 酶活性，有利于鈉向外運輸及儲存[53]。

3 水稻耐鹽分子調(diào)節(jié)機制

3.1 水稻耐鹽逆境蛋白調(diào)節(jié)機制

隨著蛋白組學(xué)的發(fā)展，一些鹽逆境調(diào)節(jié)蛋白相繼被發(fā)掘研究。 胚胎發(fā)育晚期豐富蛋白( late embryogenesis abundant proteins，LEA)是種子胚胎發(fā)育后期的脫水保護蛋白。 早先，人們將大麥LEA 蛋白基因HVA導(dǎo)入水稻中，發(fā)現(xiàn)第二代轉(zhuǎn)基因水稻對水分和鹽度的耐受性顯著提高，直接證明了LEA 蛋白在水鹽脅迫下對水稻具有保護作用[54]。 近年，從LEA 基因中分離到一個新基因EhEm1，EhEm1 蛋白能防止鹽脅迫引起的乳酸脫氫酶(lactic dehydrogenase，LDH)失活，有助于LDH 活性的穩(wěn)定，水稻種子EhEm1 基因在非生物脅迫下以ABA 依賴的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑發(fā)揮作用，EhEm1 高表達水稻在鹽脅迫下可以維持較好的發(fā)芽性能、降低葉綠素損傷，增加脯氨酸積累量，增強CAT活性，使水稻更好的適應(yīng)鹽環(huán)境[55]。 鋅指蛋白家族中有多個成員參與非生物脅迫調(diào)控，能夠通過IAA 途徑影響ABA 信號途徑，通過調(diào)節(jié)各差異表達蛋白，對鹽脅迫進行響應(yīng)，維持水稻在鹽環(huán)境中碳的固定[56]。 鈣依賴的蛋白激酶(calcium - dependent protein kinase，CDPKs)直接結(jié)合Ca2＋，介導(dǎo)鈣信號通路，水稻基因組中有31 個CDPK基因，參與調(diào)控ABA 合成和鹽脅迫反應(yīng)。 此外鈣調(diào)素結(jié)合蛋白(calmodulin binding protein，CaMBP) 的合成也有利于提高植物耐鹽性[57-58]。 運用現(xiàn)代測序技術(shù)，檢測到水稻未知功能域(domains of unknown function protein families， DUF)的蛋白質(zhì)OsDUF810 家族成員OsDUF810.7 在鹽脅迫下表達顯著增加，該蛋白可以顯著增強CAT 和POD 活性[59]。 絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)在多種生物和非生物脅迫、激素、細胞分化和發(fā)育進程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，調(diào)控著植物對鹽脅迫的抗性。 有研究指出，一種非典型結(jié)構(gòu)的MAPK(MPKK10.2)能增強水稻對黃單胞菌(xanthomonas oryzae pv.oryzicola，Xoc)的抗性，并提高水稻對干旱脅迫的耐受性。 MAPK10.2 是參與水稻對生物和非生物反應(yīng)的節(jié)點之一，通過在兩個MAPK 級聯(lián)的交叉點上發(fā)揮作用，從而產(chǎn)生Xoc 抗性和耐旱性[60]。 鹽脅迫下水稻根系病程相關(guān)蛋白(pathogenesis-related proteins，PRs)、β-1-3 葡聚糖酶和抗病蛋白表達上調(diào)，這些功能蛋白可能與水稻抗鹽有關(guān)[61]。 鹽脅迫水稻根質(zhì)膜組分中的受體蛋白激酶、G 蛋白、小G 蛋白及通道蛋白等表達豐度變化，有助于脅迫信號和質(zhì)膜受體結(jié)合，并通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)相關(guān)耐鹽基因表達，提高水稻對高鹽環(huán)境的耐受性[62-63]。 此外，有研究表明，水稻黃單胞菌單鏈DNA 結(jié)合蛋白(single strand DNA-binding protein，SSBxoc)的過表達促進了轉(zhuǎn)基因煙草的生長和耐鹽性[64]。 綜上，水稻耐鹽性的蛋白機理是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，蛋白之間的協(xié)同及調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)有待進一步研究。

3.2 水稻耐鹽基因調(diào)節(jié)機制

水稻耐鹽性是受多基因調(diào)控的數(shù)量形狀，隨著現(xiàn)代測序技術(shù)的發(fā)展，一些耐鹽基因相繼被分離、克隆，但還有很多與抗鹽有關(guān)的基因未被發(fā)現(xiàn)。 目前QTL定位第2、第6 號染色體上與耐鹽相關(guān)基因最多，第10、第11 號染色體最少[65]。 水稻OsDREB基因，在干旱、高鹽和寒冷應(yīng)答基因表達中作為轉(zhuǎn)錄激活因子起作用[66]；ZmWRKY58 基因過表達也可以提高轉(zhuǎn)基因水稻的耐鹽性[67]。 Li 等[68]指出SoP5CS在非生物脅迫響應(yīng)中起重要作用，過表達的SoP5CS可以提高植物耐旱、耐鹽性。 水稻新生多肽結(jié)合復(fù)合體基因(NAC)是一個水稻特異性轉(zhuǎn)錄因子家族，在水稻等植物中與衰老相關(guān)，水稻脯氨酸和可溶性糖的積累與該家族成員OsNAC5 表達水平呈正相關(guān)，鹽脅迫下OsNAC5 表達迅速上調(diào)，水稻滲透調(diào)節(jié)能力增強；且該家族成員ONAC106 基因受鹽脅迫和冷脅迫誘導(dǎo)，可與OsNAC5的啟動子結(jié)合，共同在水稻非生物脅迫中發(fā)揮作用[69]；另外，高鹽誘導(dǎo)時，NAC家族成員NAC1 也可通過調(diào)節(jié)氣孔開度來提高水稻耐鹽性[70]。 通過對不同耐鹽基因型水稻幼苗在鹽脅迫下淀粉代謝基因調(diào)控分析發(fā)現(xiàn)， 鹽脅迫下磷酸葡聚糖- 水二激酶(phosphoglucan water dikinase，PWD)基因和淀粉磷酸化酶(starch phosphorylase，Pho)基因表達上調(diào)。 鹽脅迫下可溶性糖主要來源于光合作用和淀粉代謝，高鹽環(huán)境下水稻維持滲透勢的方法之一是增加可溶性糖含量，可見淀粉代謝基因?qū)λ究果}也具有調(diào)控作用[71]。 此外，植物bZIP轉(zhuǎn)錄因子對非生物脅迫及碳氮代謝等具有重要調(diào)控作用[72]。 Kwon 等[73]發(fā)現(xiàn)光敏色素b 突變體水稻對鹽脅迫耐性更強，光敏色素b突變有助于降低鈉鉀比，可通過上調(diào)鹽脅迫相關(guān)基因來提高細胞膜的完整性，從而提高水稻對鹽脅迫的耐受性。

4 增強水稻耐鹽性的調(diào)控措施

鹽堿地土壤改良和培育高抗鹽品種，是提高水稻耐鹽性能最直接有效的方法，也是實現(xiàn)鹽堿地水稻正常生長的基礎(chǔ)。 此外，栽培農(nóng)藝措施及化學(xué)調(diào)控手段，也是增強水稻耐鹽性的重要方面。

4.1 栽培農(nóng)藝措施

用鹽濃度逐漸升高的溶液預(yù)處理水稻種子，有助于提高水稻植株的耐鹽性。 梅映學(xué)等[74]研究表明用聚乙二醇對水稻幼苗進行干旱預(yù)處理，相比未預(yù)處理的幼苗，其抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性升高，MDA含量顯著降低，有助于提高幼苗耐鹽性，緩解鹽害。 孫志國等[75]指出，保水緩釋肥能促進鹽脅迫下的根系生長，改善氣孔限制，提高水分利用效率，促進光合作用，增強水稻幼苗耐鹽力。 此外，播種前灌水洗鹽、空季培肥地力、秸稈還田、增施有機肥均有利于改善鹽堿地土壤結(jié)構(gòu)；種植時選用耐鹽品種、平田整地、適時早播、適度密植、合理施肥、覆膜栽培，并加強水分管理和病蟲害防治等，均有利于鹽堿地水稻種植[76]。

4.2 化學(xué)調(diào)控措施

研究表明，增施氮、鉀、硅、鈣肥可以有效改善鹽脅迫下水稻抗逆生理參數(shù)，減輕鹽脅迫對水稻的傷害[77]。 徐晨等[78]研究表明，鹽脅迫條件下水稻分蘗期、孕穗期和抽穗期最佳的施氮水平應(yīng)為營養(yǎng)液正常含氮量的2 倍。 鹽逆境中外源硅可以促進根系伸長生長，促進水稻對有益元素(N、P、K、Mg、Mn、Ca、Fe)的吸收，降低MDA 含量[79]。 鈣是細胞內(nèi)生理生化反應(yīng)的第二信使，偶聯(lián)胞外信號，同時也是一種很好的膜保護劑。 朱娜等[80]研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)施外源Ca2＋可以降低水稻幼苗電解質(zhì)滲漏，維持細胞膜系統(tǒng)的完整性，顯著提高水稻葉片ASA 含量，有效緩解鹽脅迫傷害，維持其正常生長。 NO 是一種植物內(nèi)源小分子，參與調(diào)節(jié)種子萌發(fā)、光形態(tài)建成、細胞凋亡、乙烯釋放等過程。低濃度NO 有利于增加水稻SOD、POD、CAT 活性，減少MDA 和H2O2的積累，提高水稻耐鹽性[81]；此外，外源H2S、低濃度H2O2均能增強過氧化酶活性，增加脯氨酸含量，此類調(diào)節(jié)物質(zhì)施用均有利于增強水稻抗鹽性。

4.3 植物激素與激素類似物

植物逆境響應(yīng)大多與植物激素的調(diào)控有關(guān)。 鹽脅迫下適當(dāng)施加外源激素，有助于增強水稻耐鹽性。 張麗麗等[82]研究表明，噴施50 mg·L-1外源赤霉素對水稻緩解鹽害效果最明顯，增強了SOD、POD 等活性，降低了葉片MDA 和超氧陰離子自由基含量，保護了膜系統(tǒng)的穩(wěn)定。 褪黑素(N-乙酰-5-甲氧基色胺)是一種普遍存在于動物和植物中的分子，鹽脅迫下，提高水稻耐鹽性最適的褪黑素濃度為200 μmol·L-1，施用褪黑素可明顯提高水稻幼苗的氮、磷、鉀吸收，降低植株鈉的積累，顯著提高水稻對鉀的選擇性吸收，維持體內(nèi)的離子穩(wěn)態(tài)[83-84]。 鹽脅迫下，外源施加水楊酸、茉莉酸、茉莉酸甲酯以及油菜素內(nèi)酯等，均可以通過提高抗氧化能力，緩解鹽害對植株的影響[40，85]。

5 討論與展望

水稻耐鹽性研究對鹽堿地綜合利用，緩解農(nóng)業(yè)用地、用水緊張意義重大。 提高水稻耐鹽性可從多方面考慮，包括通過調(diào)節(jié)或者阻斷轉(zhuǎn)運蛋白和離子通道，減少對鈉及高滲透物質(zhì)的吸收，減少鹽分進入水稻體內(nèi)；增強液泡儲存鈉，增加水稻根系、莖稈中鈉積累，增加水稻對鹽脅迫的耐受性，減輕鹽分對葉片的傷害；鹽堿地作物可以通過泌鹽、析鹽等方式在鹽堿地正常生存，增強水稻體外排鹽，減少機體鹽含量，是提高水稻耐鹽性的途徑之一。 此外，我國鹽堿地類型多樣，分布面積廣，鹽堿地土壤改良有較大困難。 從作物本身耐鹽性方面考慮，有助于解決問題。 水稻本身對鹽較敏感，耐鹽育種工作已進行多年，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，對水稻鹽脅迫的響應(yīng)及抗鹽機理已有一定研究進展，利用分子研究方法已得到部分耐鹽基因。 然而，水稻耐鹽性是由多基因調(diào)控的復(fù)雜性狀，目前還有許多耐鹽基因有待進一步發(fā)掘。 同時，水稻耐鹽性是多基因間互作結(jié)果，體內(nèi)存在復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，有待進一步研究。 因此，提高水稻耐鹽性需要從多方面考慮，通過基因組學(xué)、蛋白組學(xué)等研究可進一步篩選耐鹽基因和蛋白，從而選育耐鹽品種。 在水稻栽培上，合理的高產(chǎn)高效栽培技術(shù)配合外源調(diào)控技術(shù)也是提高鹽堿地水稻產(chǎn)量的有效措施。