李麗麗， 李銳娟， 李炎艷， 肖 磊*

(1.邯鄲市農(nóng)業(yè)科學院， 河北 邯鄲 056001； 2.沙河市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局， 河北 沙河 054100)

我國目前鹽漬化土壤約為670萬hm2，而且隨著降雨量的減少，對灌溉水的依賴進一步加劇，引起我國土壤的鹽漬化面積呈逐年增加趨勢[1]。鹽漬化土壤一方面造成土壤板結與肥力下降，不利于植物吸收養(yǎng)分，阻礙植物生長發(fā)育；另一方面因離子毒害和滲透脅迫，引起植物細胞葉綠體及線粒體在電子傳遞過程中泄露大量的電子，產(chǎn)生活性氧積累現(xiàn)象，對植物造成氧化損傷，嚴重時甚至導致植物死亡[2]。因此，鹽漬化土壤不能直接用于植物生產(chǎn)。

隨著鹽漬化土地面積的逐年增加，我國的可利用耕地面積呈逐年減少趨勢，嚴重制約了農(nóng)業(yè)的發(fā)展。相關領域的學者通過大量研究發(fā)現(xiàn)，通過采取合理有效的措施緩解植物遭受鹽脅迫傷害是一種行之有效的途徑。一氧化氮(NO)是植物體內(nèi)的一種生物活性分子，對增強植物抗病性[3]、減緩植物重金屬脅迫[4]與鹽脅迫傷害[5-6]方面具有重要作用。有研究表明，NO具有緩解鹽脅迫對植物種子萌發(fā)和幼苗生長的抑制作用[7-12]，進而促使植物在適應鹽漬化土壤中發(fā)揮重要作用[13-14]。然而，有關外源NO在緩解植物鹽脅迫傷害中的研究不夠系統(tǒng)，在指導生產(chǎn)方面存在一定局限性。為鹽漬化土壤合理利用提供參考，從外源NO對植物鹽脅迫傷害的緩解效應及其作用機制方面概述了外源NO緩解植物鹽脅迫傷害的研究進展，對今后的研究方向進行展望。

1外源NO對植物鹽脅迫傷害的緩解效應

1.1種子萌發(fā)

種子萌發(fā)是植物生活史的起點，是植物吸水后所進行的一系列生理生化反應和形態(tài)建成的過程。水分是種子萌發(fā)的必需環(huán)境條件，用于活化相關酶類，分解貯能有機物，進行新陳代謝，從而進行萌發(fā)。然而，在鹽脅迫環(huán)境中，因滲透壓影響致使種子的發(fā)芽率降低，出苗時間延遲[15]。在鹽脅迫環(huán)境中，利用外源NO供體硝普鈉(SNP)處理植物的種子，可使因鹽脅迫造成種子萌發(fā)的抑制作用得到緩解，主要表現(xiàn)為種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢和活力指數(shù)得以提高[16-20]。趙威等[16]研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度的SNP溶液處理100 mmol/L NaCl脅迫下待萌發(fā)玉米種子，SNP不僅可促進其萌發(fā)，而且還可促進其根和芽的生長；以100 μmol/L SNP溶液處理效果最佳。在100 mmol/L NaCl脅迫下，0.1 mmol/L SNP的處理效果最佳，紫蘇種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)較對照分別提高78.3%、60.4%、13.7和0.109 3[17]。劉文瑜等[20]研究發(fā)現(xiàn)，以0.1 mmol/L、0.3 mmol/L和1.0 mmol/L SNP溶液浸泡蒺藜苜蓿種子48 h后置于2.0% NaCl脅迫環(huán)境中進行種子萌發(fā)，其中0.1 mmol/L SNP處理的效果最佳，可顯著緩解鹽脅迫抑制作用，而1.0 mmol/L SNP處理則抑制種子萌發(fā)，表明外源NO可以通過種子浸種發(fā)揮其緩解鹽脅迫的作用，但緩解效應取決于其濃度的高低。袁芳等[21]研究發(fā)現(xiàn)，800 mmol/L NaCl鹽脅迫下應用SNP可顯著提高堿蓬種子的含水量與吸水速率，緩解鹽脅迫對種子萌發(fā)的抑制作用。

1.2幼苗的生長發(fā)育

在鹽脅迫環(huán)境中植物的生長發(fā)育受到阻礙。事實上，自然狀態(tài)下，植物在其生存環(huán)境中可產(chǎn)生一定量的NO(即內(nèi)源NO)[22]。為了消除內(nèi)源NO對試驗結果的干擾，揭示鹽脅迫下外源NO對植物抑制作用的緩解效應，時振振等[23-24]用NO供體硝普鈉(SNP)和NO清除劑c-PTIO分別對鹽脅迫下的豌豆和苜蓿幼苗進行處理，結果表明，添加外源NO能夠明顯促進鹽脅迫下豌豆幼苗的胚芽、胚根長和幼苗干重提高，對于苜蓿幼苗，外源 NO處理能明顯緩解鹽脅迫對苜蓿幼苗的生長抑制作用，并促進單株干質(zhì)量增加，說明通過外源NO處理，可以緩解鹽脅迫對植物幼苗生長的抑制作用。大量研究表明，鹽脅迫下外源NO對植物抑制作用的緩解效應取決于NO濃度、鹽脅迫程度和品種的抗(耐)鹽性，而且植物的不同器官對外源NO的響應也存在差異[25-28]。劉開力等[25]研究表明，在0～150 mmol/L NaCl脅迫條件下，以0.2 mmol/L、0.4 mmol/L和0.6 mmol/L SNP溶液浸泡水稻種子，各濃度的SNP可緩解不同濃度鹽脅迫對水稻幼苗的抑制作用，且SNP的作用效果與其浸種濃度及 NaCl的脅迫程度密切相關。外源NO供體SNP在緩解鹽脅迫抑制黑麥草生長中也具有重要作用，以50 μmol/L SNP緩解效果最明顯，而150 μmol/L以上的SNP處理則會抑制黑麥草根的生長[27]。在100 mmol/L NaCl 脅迫下，經(jīng)過50 mmol/L SNP處理黃金樹種子，可以顯著促進黃金樹的苗高生長，但2 000 μmol/L SNP浸種才能夠明顯增加黃金樹的發(fā)根數(shù)[26]，說明相同鹽脅迫條件下植物不同器官抑制作用的恢復程度因外源NO的濃度而存在差異。蘆翔等[28]研究鹽脅迫下不同燕麥品種對外源NO的響應發(fā)現(xiàn)，外源NO均可緩解鹽脅迫對不同燕麥品種的抑制作用，但鹽脅迫對不同品種抑制作用的恢復程度因外源NO的濃度而存在差異，推斷外源NO緩解鹽脅迫傷害的程度可能依賴于品種自身的抗鹽能力。谷文英等[29]研究發(fā)現(xiàn)，利用葉面噴灑法將SNP溶液噴灑至菊苣葉面上，連續(xù)處理2 d(2次/d，間隔12 h)，SNP葉面噴灑法也可以緩解鹽脅迫對菊苣葉的生長。樊懷福等[30]通過添加NO信號傳遞途徑關鍵酶“鳥苷酸環(huán)化酶抑制劑亞甲基藍(MB-1)”研究鹽脅迫下外源NO緩解黃瓜幼苗生長抑制作用的途徑發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下外源NO對黃瓜幼苗受傷害的緩解作用并未消除，說明NO可能是通過鳥苷酸環(huán)化酶的介導途徑而發(fā)揮作用。

1.3光合作用

植物處于鹽脅迫環(huán)境中會引起葉綠素酶的活性升高，促進葉綠素降解[31]。研究發(fā)現(xiàn)，葉綠素含量的降低是引起光合作用受阻的主要原因[32]。在鹽脅迫環(huán)境中，經(jīng)過外源NO的處理，苜蓿、水稻、黑麥草、山葡萄、小麥和番茄幼苗的葉綠素含量明顯提高[24，33-37]，說明鹽脅迫下外源NO可以延緩葉綠素的降解，保證葉綠素的含量，對光合作用起到間接的保護作用。劉建新等[13]從光合作用中的化學反應方面揭示鹽脅迫下外源NO保護效應的結果顯示，外源NO可通過調(diào)節(jié)光能的捕獲與轉換提高黑麥草幼苗的光合能力，促進黑麥草葉片的初始熒光(F0)降低，而葉片的最大熒光(Fm)、PSⅡ潛在光化學效率(Fv/F0)、PSⅡ最大光化學效率(Fv/Fm)、PSⅡ實際光化學效率(ΦPSⅡ)、光化學熒光猝滅系數(shù)(qP)、表觀光合電子傳遞速率(ETR)以及光化學速率(PCR)均得到提高，從而保證光合作用的提高，減緩鹽脅迫傷害。此外，外源 NO也可通過保護性熱耗散機制緩解鹽脅迫條件下山葡萄幼苗的光抑制，致使山葡萄葉片的 PSⅡ最大光化學效率( Fv/ Fm)、PSⅡ實際光化學效率(ΦPSⅡ)、光化學淬滅系數(shù)(qP)和保護性熱耗散(ΦNPQ)均升高，而初始熒光(F0)和非調(diào)節(jié)性能量耗散(ΦNO)顯著下降[36]。吳雪霞等[37]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過外源NO處理鹽脅迫下的番茄幼苗，其氣孔導度(Gs)、凈光合速率(Pn)以及葉綠素熒光參數(shù)顯著提高，而胞間CO2濃度(Ci)明顯下降，說明外源NO可以通過對鹽脅迫下光合作用的影響因素進行調(diào)控，從而緩解鹽脅迫對番茄幼苗光合功能的不利影響。

2外源NO緩解鹽脅迫傷害的作用機制

2.1抗氧化酶

鹽漬化環(huán)境形成逆境脅迫可引起植株體內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧(ROS)，對植物的生長發(fā)育造成氧化損傷[38]，而過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)等是植物體內(nèi)的活性氧清除酶，在植物抵御逆境脅迫中具有重要意義[39]。大量研究表明，在鹽脅迫條件下，外源NO通過調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的抗氧化酶類改善抗氧化酶的活性，清除體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧，降低膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)的含量，從而緩解植物遭受鹽脅迫的毒害[17-18，20，23，27-28，34-36，40-44]。肖強等[34]研究鹽脅迫下外源NO對水稻幼苗抗氧化酶的影響發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下葉片和幼根中抗氧化酶的種類與活性對外源NO的響應存在差異，在水稻幼苗葉片中SOD和CAT活性呈升高趨勢，而幼根中除SOD、CAT活性升高外，還促進愈創(chuàng)木酚過氧化酶(GPX)活性升高。曾長立等[18，44]研究發(fā)現(xiàn)，利用外源NO供體SNP分別處理鹽脅迫條件下的雪里蕻和谷子幼苗，其抗氧化酶活性因外源NO濃度的變化而改變，存在劑量效應[42]。此外，鹽脅迫下外源NO對抗氧化酶的影響也依賴于品種本身的抗(耐)鹽性。蘆翔等[28]研究發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫下經(jīng)過外源NO處理，白燕6號和內(nèi)散2號2個燕麥品種幼苗葉片中SOD的活性在短期內(nèi)均顯著升高，且在處理2 d后達到峰值，之后迅速下降；在鹽脅迫8 d時，白燕6號的SOD活性仍高于對照，但內(nèi)散2號的SOD活性已低于對照，推斷可能是隨鹽脅迫時間的延長，消弱了SOD清除活性氧的能力，造成活性降低。總體看，外源NO通過調(diào)節(jié)植物的抗氧化酶活性適應鹽脅迫的傷害，但抗氧化酶的種類與活性因植物種類、品種不同，植物器官不同，鹽脅迫強度以及脅迫時間的長短等而存在顯著差異。

2.2有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)

有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)是植物在受到逆境脅迫時，植物體內(nèi)可主動產(chǎn)生或積累的一些有機物質(zhì)，通過有機物質(zhì)含量的增加提高細胞液的濃度，降低滲透勢，促進細胞的吸水或保水能力，從而增強對逆境脅迫的適應性。在鹽脅迫條件下經(jīng)過外源NO的處理，可誘導一些含氮或含碳化合物的產(chǎn)生和積累，該含氮或含碳化合物在調(diào)控植物適應鹽脅迫傷害中具有重要意義[30]。劉建新等[13]研究表明，50 μmol/L的SNP能顯著提高鹽脅迫下黑麥草幼苗的葉片精胺(Spm)以及亞精胺(Spd)的含量，減緩鹽脅迫對植株的傷害程度。而適宜低濃度的SNP可顯著提高鹽脅迫下水稻葉片脯氨酸含量，增加水稻對鹽脅迫的適應能力[34]。李運合等[45]利用外源NO供體SNP處理50 mmol/L NaCl脅迫下的玉米幼苗發(fā)現(xiàn)，其蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)的活性升高，蔗糖與可溶性總糖的積累量增加，進而緩解鹽脅迫對玉米幼苗的傷害。谷文英等[29]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)SNP預處理的菊苣幼苗置于鹽脅迫環(huán)境中，外源NO能夠促進滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸以及果聚糖的產(chǎn)生，尤其是蔗果四糖的生成，進而增強菊苣幼苗抵御鹽脅迫的能力。此外，在鹽脅迫條件下，通過外源NO處理黃瓜幼苗，可明顯促進其可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸含量的增加，進而緩解鹽脅迫對黃瓜幼苗的傷害，提高黃瓜幼苗適應鹽脅迫的能力[30]。

2.3植物細胞中的離子

處于鹽脅迫條件下，植物細胞中的離子平衡被打破，引起組織中Na+含量的增加，K+、Ca2+和Mg2+含量的減少，進而抑制植物的生長，甚至導致代謝紊亂，嚴重時造成植株死亡[46]。吳雪霞等[37]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)外源NO處理可顯著降低鹽脅迫下番茄幼苗葉片和根系中的Na+含量，并促進K+、Ca2+和Mg2+含量升高。劉建新等[27，41]分別研究鹽脅迫下黑麥草和海濱錦葵幼苗中離子含量的變化發(fā)現(xiàn)，經(jīng)外源NO處理后均可引起體內(nèi)K+含量的增加，Na+含量的降低?？傮w看，鹽脅迫下外源NO能夠改善離子的選擇性吸收。一般表現(xiàn)為促進對K+、Ca2+和Mg2+的吸收，降低對Na+的吸收。說明外源NO可通過某種機制降低植物對Na+的吸收，直接或間接的影響細胞對離子的選擇性吸收[47]，同時減少細胞膜的滲透作用，維持胞質(zhì)離子的平衡，進而保護細胞膜的結構免受損傷，緩解鹽脅迫傷害[48]。

3小結

鹽漬化的土壤可造成土壤板結與肥力下降，不利于植物的生長發(fā)育。作為一項逆境脅迫因子，鹽漬化土壤會產(chǎn)生離子毒害、滲透脅迫以及氧化脅迫等[49]，引起植物細胞受損傷，蛋白質(zhì)變性以及核酸斷裂，影響種子萌發(fā)和幼苗生長發(fā)育，并降低植物的光合作用，嚴重時甚至造成植物死亡。因此，在鹽漬化土壤中種植植物必須采取相應措施緩解鹽脅迫的傷害。一氧化氮(NO)是一種存在于植物體內(nèi)的活性分子，也是一種信號轉導分子[50]，在適應逆境脅迫中發(fā)揮著重要作用[51]。當植物處于逆境脅迫時，可在NO合成酶和硝酸還原酶的作用下，也可能通過非酶促反應等途徑合成NO[52]，通過信號轉導途徑調(diào)節(jié)植物對逆境脅迫傷害的適應性。通過分析探討外源NO在植物抵御鹽脅迫傷害中的作用效果與機制發(fā)現(xiàn)，通過浸種、直接灌根和葉面噴灑外源NO供體SNP等不同方式處理鹽脅迫下的植物，均可減緩鹽脅迫對種子萌發(fā)的傷害程度，促進種子萌發(fā)，也能緩解鹽脅迫對幼苗生長和光合機構的傷害程度，促進幼苗生長和改善幼苗的光合作用；鹽脅迫下外源NO對植物的保護作用在于調(diào)控體內(nèi)的抗氧化酶、清除活性氧和保護植物免受氧化損傷，調(diào)控體內(nèi)的有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、降低滲透勢和提高細胞吸水或保水能力，調(diào)節(jié)離子的選擇性吸收、減少細胞膜的離子滲漏和維持胞質(zhì)離子的平衡。

鹽漬化土壤的改良是一個長期、持續(xù)的過程，將較長時間影響植物的整個生活史。當前有關外源NO對植物的保護效應多集中在種子萌發(fā)或幼苗生長階段，缺乏對植物整個生活史影響的評價。此外，對于大多數(shù)農(nóng)作物而言，目前研究多以產(chǎn)量與品質(zhì)為生產(chǎn)、經(jīng)營目的，同樣也缺乏鹽脅迫下外源NO在產(chǎn)量和品質(zhì)方面調(diào)控效應的相關研究。因此，今后應重點評價鹽脅迫下外源NO在植物整個生活史中的保護效應，以及鹽脅迫下外源NO對作物產(chǎn)量及品質(zhì)的保護效應。