魏嘉，蔡勤安，李源，尚麗霞，卜顯鋒，于志晶，馬瑞

（1.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究所/吉林省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長春 130033；2.吉林省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，吉林 長春 130033）

鹽堿和干旱等非生物脅迫嚴(yán)重限制作物產(chǎn)量［1］。在非生物脅迫中，高鹽堿脅迫是最為嚴(yán)重的一種環(huán)境脅迫，它損害全球至少20%灌溉土地的作物生產(chǎn)。中國鹽堿化土壤總面積約1億hm2，約占世界鹽堿地面積10%，耕地中鹽漬化面積高達(dá)920.9萬hm2，占全國耕地面積6.62%［2，3］。伴隨工業(yè)排污，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不合理的灌溉方式等原因，生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，土壤鹽堿化日益加重，次生鹽堿地面積逐年擴(kuò)大。鹽堿土的綜合治理和植物耐鹽性的提高已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境改善的重要內(nèi)容。為了應(yīng)對(duì)鹽堿脅迫，植物已經(jīng)在細(xì)胞、器官和整個(gè)植株水平上進(jìn)化出復(fù)雜的鹽堿響應(yīng)信號(hào)和代謝過程。對(duì)植物耐鹽堿機(jī)制的研究，可為提高植物耐鹽堿能力和作物品種改良提供重要的科學(xué)參考和理論依據(jù)。

1 鹽堿脅迫對(duì)植物的危害

鹽堿脅迫對(duì)植物產(chǎn)生很多危害，主要形成離子危害、滲透脅迫和氧化脅迫，除此之外，堿脅迫會(huì)導(dǎo)致根際土壤pH升高形成高pH脅迫，多種脅迫的積累會(huì)影響植物根系對(duì)礦質(zhì)元素的吸收，阻礙植物的各種生理代謝活動(dòng)，抑制植物正常生長，從而導(dǎo)致植物早衰甚至死亡（圖1）［4，5］。

圖1 鹽堿脅迫對(duì)植物的危害

1.1 離子毒害

植物需要從土壤中吸收多種礦物元素來維持正常生長，通常定位在植物細(xì)胞膜的離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白通過調(diào)節(jié)其凈流量以適應(yīng)細(xì)胞需求，從而建立起體內(nèi)離子動(dòng)態(tài)平衡。鹽堿化使土壤各離子間動(dòng)態(tài)失衡，導(dǎo)致植物根系吸收離子不均衡進(jìn)而產(chǎn)生離子毒害作用。鹽脅迫主要以NaCl形式為主，植物對(duì)Na+和K+的吸收機(jī)制類似，兩種陽離子的吸收存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系［6］，根際過量的Na+抑制植物對(duì)K+的吸收，導(dǎo)致植物體內(nèi)酶合成受阻；此外，Na+的過量積累會(huì)減少植物對(duì)Ca2+的吸收，從而破壞細(xì)胞膜和細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及干擾信號(hào)傳導(dǎo)［7］。因此，重新建立細(xì)胞離子穩(wěn)態(tài)對(duì)于植物適應(yīng)鹽環(huán)境、維持代謝功能和生長至關(guān)重要。

1.2 滲透脅迫

植物細(xì)胞的水分獲取以滲透吸水為主，其主要?jiǎng)恿碓礊闈B透壓。正常情況下，植物細(xì)胞的滲透壓高于土壤溶液，植物細(xì)胞則通過高滲透壓吸收土壤中的水分和礦物元素。鹽堿脅迫會(huì)使土壤鹽濃度高于植物體生長所需的鹽濃度，導(dǎo)致植物對(duì)水分的吸收能力減弱甚至外滲，產(chǎn)生滲透脅迫［8］。研究表明，滲透脅迫屬于植物響應(yīng)鹽堿脅迫的初級(jí)脅迫，反應(yīng)迅速且持續(xù)時(shí)間短，影響植物從土壤中吸收維持正常生長所需的養(yǎng)分及礦物質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)造成植物生理干旱，蒸騰作用降低、氣孔關(guān)閉，抑制葉片的光合作用［9，10］。

1.3 活性氧脅迫

活性氧（reactive oxygen species，ROS）是植物有氧代謝的副產(chǎn)物，正常環(huán)境情況下，ROS的產(chǎn)生與清除處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，而當(dāng)植物遭受嚴(yán)重的鹽堿脅迫后，伴隨形成的離子脅迫以及滲透脅迫導(dǎo)致氣孔關(guān)閉、光合速率降低以及葉綠體光化學(xué)反應(yīng)改變，打破其動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致植物細(xì)胞器（葉綠體、過氧化物酶體等）過度積累ROS，產(chǎn)生氧化脅迫［11］。氧化脅迫對(duì)細(xì)胞的幾乎所有組分都有影響，表現(xiàn)為DNA片段氧化作用，RNA降解，脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的氧化、修飾和破壞，最終導(dǎo)致植物生長發(fā)育和生產(chǎn)力下降［12，13］。

1.4 高pH脅迫

前人研究認(rèn)為鹽脅迫是中性鹽形成的脅迫，堿脅迫是堿性鹽形成的脅迫［14］。堿脅迫與鹽脅迫的比較揭示了堿脅迫附加的高pH脅迫，即鹽脅迫和堿脅迫都是以滲透脅迫和離子傷害為基礎(chǔ)，然而堿脅迫在鹽脅迫形成的有害因素基礎(chǔ)上還形成高pH脅迫。堿脅迫引起的高pH脅迫可以破壞根的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致根的正常生理功能喪失［15，16］，抑制Cl-、NO-3、H2PO-4等離子的吸收，從而嚴(yán)重影響K+和Na+的代謝，破壞植物代謝穩(wěn)態(tài)［17］。

2 植物響應(yīng)鹽堿脅迫的生理機(jī)制

植物為了應(yīng)對(duì)鹽堿脅迫，通過長期進(jìn)化形成了復(fù)雜的適應(yīng)機(jī)制，包括滲透調(diào)節(jié)、選擇性離子吸收/排斥、有毒離子的區(qū)室化、光合和能量代謝的調(diào)節(jié)、抗氧化酶的積累、激素的調(diào)節(jié)、相容產(chǎn)物的合成和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的修飾等。

2.1 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成

鹽脅迫可以制約植物的生長和發(fā)育。第一個(gè)制約因素是滲透壓力（外部水勢(shì)的降低），損害植物吸收水分的能力。為了解決這個(gè)問題，植物通常通過兩種主要途徑實(shí)現(xiàn)滲透調(diào)節(jié)：其一是通過增加對(duì)無機(jī)離子的吸收，在40～60 min內(nèi)，根中大部分細(xì)胞膨壓被恢復(fù)，生長得以恢復(fù)，盡管速度降低［18］；其二，植物通過在細(xì)胞中合成有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，提高溶質(zhì)濃度，從而從外界吸收水分。滲透調(diào)節(jié)能力的提高是植物耐鹽堿的重要生理機(jī)制。有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)包括脯氨酸（proline，Pro）、可溶性糖、甘氨酸甜菜堿（glycine betaine，GB）和有機(jī)酸等。

在植物正常的生理pH范圍內(nèi)，游離脯氨酸不帶凈電荷，對(duì)植物生理代謝無毒無害，是一種有效的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其在植物適應(yīng)鹽堿脅迫過程中發(fā)揮重要作用。張?zhí)炜〉龋?9］發(fā)現(xiàn)，在不同強(qiáng)度鹽堿脅迫條件下，菊芋幼苗不同部位的脯氨酸含量主要呈上升趨勢(shì)。藍(lán)果忍冬（Lonicera caeruleaL.）的正常生長對(duì)土壤要求不嚴(yán)：蘇雅等［20］對(duì)藍(lán)果忍冬進(jìn)行鹽脅迫后發(fā)現(xiàn)，隨著Na+濃度的增加，其體內(nèi)脯氨酸、可溶性糖含量均呈上升趨勢(shì)；伴隨鹽脅迫形成的ROS積累，導(dǎo)致“藍(lán)精靈”品種發(fā)生生理代謝紊亂，但其仍然可以通過合成并積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)維持細(xì)胞保水力，從而提高對(duì)NaCl脅迫引起的滲透脅迫的適應(yīng)程度。

甜菜堿（betaine）廣泛存在于植物體內(nèi)，是具有穩(wěn)定蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)和高度有序的次生代謝產(chǎn)物，其生物合成途徑比較簡(jiǎn)單，由膽堿（choline）在膽堿單氧化酶（choline monooxygenase，CMO）和甜菜堿醛脫氫酶（betaine aldehyde dehydrogenase，BADH）的氧化作用下產(chǎn)生。研究表明，過量表達(dá)BADH基因，提高植物細(xì)胞中甜菜堿含量，從而提高植物抗逆能力［21］。鹽堿脅迫期間，甜菜堿除了通過調(diào)節(jié)滲透壓參與滲透調(diào)節(jié)作用，還可以通過影響植物體內(nèi)離子分布、穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、保護(hù)光合系統(tǒng)進(jìn)而緩解脅迫傷害［22］。此外，體外添加甜菜堿可以通過調(diào)節(jié)其光合作用、能量代謝、抗氧化酶活性等生理過程，緩解氧化損傷，從而提高植物抗鹽性，這也為證明甜菜堿與植物耐鹽性相關(guān)提供了有力證據(jù)［23，24］。

2.2 離子的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)

鹽堿脅迫植物存在過量的Na+，為了防止發(fā)生離子毒害，Na+從根中排除、根冠運(yùn)輸?shù)恼{(diào)節(jié)以及Na+的細(xì)胞區(qū)室化是提高植物耐鹽性的幾個(gè)重要方面［25］。

非鹽生植物的耐鹽響應(yīng)機(jī)制通常表現(xiàn)為根系對(duì)Na+的限制性吸收，并且選擇性降低地下部向地上部尤其是向葉片和籽粒的運(yùn)輸，而選擇性地增加對(duì)K+的運(yùn)輸，從而維持葉片中較低的Na+濃度。沙棗（Elaeagnus angustifoliaLinn.）適應(yīng)鹽脅迫的機(jī)制：一方面是提高根系對(duì)Na+的積累與限制作用以及根冠對(duì)Na+的忍耐，另一方面是通過提高根、莖和葉片對(duì)K+、Ca2+的選擇性運(yùn)輸能力以限制器官中Na+濃度，從而緩解鹽害［26］。

鹽生植物受到鹽脅迫時(shí)，通常將Na+從細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器中轉(zhuǎn)移并分隔至液泡中，調(diào)節(jié)細(xì)胞中的離子濃度以維持其相對(duì)穩(wěn)態(tài)，緩解鹽脅迫，這種現(xiàn)象稱為鹽的離子區(qū)域化。Munns等［27］通過量化Na+和Cl-在植物中運(yùn)輸?shù)恼{(diào)節(jié)，以及根中有機(jī)溶質(zhì)滲透調(diào)節(jié)的成本，顯示：在高鹽度下生長的植物中，因?yàn)橛袡C(jī)滲透物質(zhì)的合成具有非常高的碳成本，使用這種策略的植物能夠在脅迫條件下存活，但可能生長不良。通過無機(jī)離子吸收進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)的碳成本比通過有機(jī)滲透電解質(zhì)合成低一個(gè)數(shù)量級(jí)，在Na+毒性解決的情況下通常前者是優(yōu)選。鹽生植物就是這種情況［28］，在無機(jī)滲透劑中，K+在細(xì)胞中最豐富，因此無毒是優(yōu)選。然而，在鹽脅迫條件下吸收K+有額外的成本，而Na+以高濃度存在于土壤中，可以被動(dòng)吸收。因此，鹽生植物依靠Na+作為“廉價(jià)的滲透物質(zhì)”來維持細(xì)胞膨壓，然后通過增加有機(jī)滲透物質(zhì)的積累來調(diào)節(jié)胞質(zhì)的滲透勢(shì)，使之與液泡的滲透勢(shì)相匹配。堿蓬［Suaeda salsa（Bunge）Bunge］是一種典型的鹽生植物，通過最大程度地將Na+轉(zhuǎn)移并集中于液泡中，以維持細(xì)胞內(nèi)的離子平衡，從而適應(yīng)鹽脅迫；目前已從鹽地堿蓬中克隆的相關(guān)基因有：SeNHX1、SeVHA-A、SeVP1和SsSOS1，分別編碼Na+/H+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、V-H+-ATPase酶、VH+-PPase酶和Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，它們?cè)谄湟号蓰}離子區(qū)域化中發(fā)揮重要作用［29-32］。

2.3 活性氧清除機(jī)制

正常生長條件下，植物體內(nèi)ROS的產(chǎn)生和清除處于動(dòng)態(tài)平衡中，且對(duì)植物無害。然而，在鹽堿脅迫下，植物線粒體和葉綠體中電子傳遞鏈的過度還原產(chǎn)生大量ROS引起氧化脅迫。這時(shí)，為了維持ROS平衡，緩解鹽堿脅迫損害，植物體內(nèi)進(jìn)化出活性氧清除系統(tǒng)，主要為兩類物質(zhì)：一類是由超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化物酶（peroxidase，POD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）、抗壞血酸過氧化物酶（aseorbateperoxidase，APX）、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GPX）等組成的酶類清除系統(tǒng)；另一類是由谷胱甘肽（L-glutathione，GSH）、抗壞血酸（ascorbate acid，AsA）、類胡蘿卜素（carotenoid，Car）、維生素E等抗氧化還原物質(zhì)組成的非酶類系統(tǒng)［33］。

SOD是活性氧清除系統(tǒng)中第一個(gè)發(fā)揮作用的抗氧化酶。植物在逆境脅迫時(shí)，ROS在SOD的催化歧化反應(yīng)作用下生成H2O2和O2，避免或減輕氧化脅迫對(duì)植物細(xì)胞產(chǎn)生的傷害［34］。鹽脅迫條件下，耐鹽番茄（Lycopersicon pennellii）根系細(xì)胞中過氧化物酶體出現(xiàn)脂質(zhì)過氧化和H2O2水平降低，SOD、APX和CAT活性增強(qiáng)［35］。在植物中，CAT的主要功能是專一性地清除光呼吸、線粒體電子傳遞和脂肪酸氧化等過程中產(chǎn)生的過量H2O2，以防止過多ROS積累所形成的氧化脅迫對(duì)植物造成傷害［36］。SOD、POD、CAT是反映植物抗氧化水平的重要因素，并且三者在植物活性氧清除系統(tǒng)中共同參與ROS清除反應(yīng)。對(duì)景天三七（Sedum aizoonL.）幼苗進(jìn)行不同鹽濃度脅迫處理，通過觀察其生長情況，以及生理生化指標(biāo)的測(cè)定發(fā)現(xiàn)，0.4%以下鹽濃度脅迫可以促進(jìn)其生長，體內(nèi)SOD、CAT及POD活性提高，從而增強(qiáng)植物抗鹽性［37］。李志剛等［38］通過比較不同生境牧草的抗氧化酶活性發(fā)現(xiàn)，在活性氧清除系統(tǒng)中，鹽生牧草主要通過SOD和CAT發(fā)揮作用，沙生牧草主要通過POD發(fā)揮作用。

GPX途徑通常被認(rèn)為是針對(duì)氧化膜損傷的主要酶防御系統(tǒng)［39］。GPX可以通過GSH和/或其它還原等價(jià)物將H2O2還原成相應(yīng)的羥基化合物。胡楊（Populus euphraticaOlicv.）是中國西北鹽堿地區(qū)域天然進(jìn)化形成的森林樹種，具有極強(qiáng)的抗鹽堿能力。將胡楊PeGPX基因轉(zhuǎn)入煙草（Nicotiana tabacumL.），在鹽脅迫條件下，與野生型相比，轉(zhuǎn)基因煙草的凈光合速率受到的脅迫影響程度顯著降低，GPX活性顯著提高，說明過表達(dá)PeGPX基因顯著調(diào)高煙草的耐鹽性［40］。此外，谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶（glutathione S-transferases，GSTs）具有GPX活性，可以利用GSH將脂肪酸和核酸的有機(jī)氫過氧化物還原成相應(yīng)的單羥基醇。GSTs在防止有機(jī)氫過氧化物降解為細(xì)胞毒性醛衍生物方面起著關(guān)鍵作用，因此，它們可以保護(hù)植物免受鹽脅迫形成的氧化損傷［41］。GSHAsA循環(huán)是清除細(xì)胞質(zhì)、線粒體、葉綠體和過氧化物酶體中產(chǎn)生的H2O2的最重要抗氧化保護(hù)系統(tǒng)之一，在這個(gè)循環(huán)中，H2O2被APX在AsA為電子供體條件下還原成H2O。

2.4 外源物質(zhì)的調(diào)節(jié)

外源物質(zhì)可以通過調(diào)節(jié)植物代謝活動(dòng)從而減緩鹽害，利用外源物質(zhì)提高植物耐鹽性已逐步成為研究植物耐鹽脅迫機(jī)理的有效方式。其中外源物質(zhì)如一氧化氮（nitric oxide，NO）、硫化氫（hydrogen sulfide，H2S）、過氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2）、脫落酸（abscisic acid，ABA）、水楊酸（salicylic acid，SA）等作為信號(hào)分子在逆境信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中扮演重要角色，在調(diào)控植物體內(nèi)一系列的生理代謝過程中發(fā)揮重要作用。

NO是一種化學(xué)性質(zhì)非常活潑的氣體分子，是細(xì)胞間的通訊物質(zhì)，參與調(diào)節(jié)植物生長代謝的許多過程，還可作為重要的信號(hào)分子參與植物對(duì)脅迫的響應(yīng)。NO的作用取決于其細(xì)胞濃度：低水平時(shí)，它充當(dāng)信號(hào)分子，而在高水平時(shí)，它觸發(fā)硝基氧化應(yīng)激。張菊平等［42］發(fā)現(xiàn)，外源NO顯著提高鹽脅迫辣椒（Capsicum annuumL.）幼苗葉片中的葉綠素、脯氨酸、可溶性蛋白質(zhì)以及可溶性糖含量，有效緩解鹽脅迫危害。在鹽脅迫條件下，NO和SA之間的相互作用涉及不同的信號(hào)分子和調(diào)節(jié)因子，參與調(diào)節(jié)植物的生長［43］。SA主要通過誘導(dǎo)植物產(chǎn)生更多的脯氨酸、甜菜堿、可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，以及提高植物光合能力，來調(diào)節(jié)抗氧化系統(tǒng)成分等生理過程，從而改善植物的鹽毒性癥狀［44-47］。ABA可誘導(dǎo)植物體內(nèi)脯氨酸的大量積累，從而維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高保護(hù)酶活性。適度配比的SA和ABA復(fù)合使用，有利于最大程度地保護(hù)膜系統(tǒng)穩(wěn)定性，更有助于玉米幼苗在高鹽脅迫的適應(yīng)性［48］。外源H2O2可以調(diào)節(jié)毛白楊（Populus tomentosa）可溶性蛋白、脯氨酸含量以及抗氧化酶活性等生理響應(yīng)，從而顯著緩解鹽堿脅迫［49］。H2S可以促進(jìn)非生物脅迫下的H2S-Cys循環(huán)平衡，并增強(qiáng)其在調(diào)節(jié)抗氧化系統(tǒng)、替代呼吸途徑和重金屬螯合劑合成中的作用。H2S還可以通過影響氣體信號(hào)分子、活性氧和一氧化氮的產(chǎn)生或競(jìng)爭(zhēng)下游信號(hào)的調(diào)節(jié)來直接響應(yīng)脅迫［50］。Huang等［51］發(fā)現(xiàn)，H2S通過調(diào)節(jié)Na+、K+平衡來提高植物對(duì)鹽脅迫的耐受性。

3 植物響應(yīng)鹽堿脅迫的分子機(jī)制

植物對(duì)鹽堿脅迫的響應(yīng)中，各種基因的表達(dá)水平上調(diào)，其產(chǎn)物直接或間接參與植物保護(hù)。植物響應(yīng)鹽堿脅迫的一般途徑為：（1）質(zhì)膜上的受體接收感應(yīng)脅迫信號(hào)—（2）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)—（3）轉(zhuǎn)錄調(diào)控—（4）耐鹽堿相關(guān)基因的表達(dá)，繼而通過一系列的生理反應(yīng)適應(yīng)鹽堿脅迫環(huán)境（圖2）。由于其復(fù)雜性，植物耐鹽性的遺傳調(diào)控機(jī)制尚未完全了解。事實(shí)上，植物對(duì)高鹽脅迫的敏感性或耐受性是多個(gè)脅迫響應(yīng)基因的協(xié)同作用，這些基因也與脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的其它成分相互作用。參與植物響應(yīng)非生物脅迫的蛋白主要分為兩類：一類是功能蛋白，能夠直接發(fā)揮作用；另一類是調(diào)節(jié)蛋白，如轉(zhuǎn)錄因子（WRKY、MYB、NAC、bZIP等）和某些激酶，能夠通過感受和傳遞脅迫信號(hào)來參與逆境脅迫。一些重要的編碼滲透物合成、離子通道、信號(hào)因子和鹽響應(yīng)酶的蛋白質(zhì)的基因已經(jīng)被克隆和表征，揭示了相關(guān)基因/蛋白質(zhì)在植物對(duì)鹽堿的響應(yīng)和適應(yīng)中的基本功能［52，53］。

圖2 鹽堿脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子機(jī)制

3.1 鹽堿脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

植物鹽堿脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑主要包括ABA途徑、蛋白激酶途徑、SOS途徑。植物中建立的第一個(gè)非生物脅迫信號(hào)途徑是SOS途徑，主要涉及離子脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑［54］。SOS途徑的主要過程為：SOS3（EF鈣結(jié)合蛋白）感應(yīng)鹽脅迫介導(dǎo)的Ca2+信號(hào)，與SOS2（絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶）相互作用并激活SOS2，激活的SOS2磷酸化后激活SOS1。SOS1是一種定位在根表皮細(xì)胞和木質(zhì)部薄壁細(xì)胞的質(zhì)膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，被激活的SOS1可以將根系中過量的Na+排出，以及裝載Na+進(jìn)入木質(zhì)部并通過長距離運(yùn)輸至葉片［55］。在植物中，Ca2+-SOS3-SOS2信號(hào)途徑被廣泛使用。

ABA是保護(hù)細(xì)胞和根組織中負(fù)責(zé)鹽和滲透脅迫信號(hào)的主要植物激素，調(diào)節(jié)生長、發(fā)育和代謝。ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑是植物響應(yīng)鹽脅迫的核心，PYL蛋白家族是ABA的受體，Ca2+通道OSCA1可能參與滲透信號(hào)的傳感，產(chǎn)生的Ca2+信號(hào)可能激活CPKs和CBLs-CIPKs，從而激活SnRK2s，進(jìn)而產(chǎn)生ABA的積累。此外ABA還可以誘導(dǎo)NO和PA等信號(hào)分子，以及激活MAPK途徑。

蛋白激酶在滲透脅迫的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用。植物具有由龐大家族成員組成的MAP激酶途徑，其中絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-acticated protein kinase，MAPK）級(jí)聯(lián)途徑在多逆境脅迫和多信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮作用。Wang等［56］在水稻中發(fā)現(xiàn)了鹽誘導(dǎo)的MAPKK轉(zhuǎn)錄本，osmkk1突變體與野生型相比顯著對(duì)鹽敏感，并靶向OsMPK4，表明OsMKK1和OsMPK4共同構(gòu)成調(diào)控水稻響應(yīng)鹽脅迫的一個(gè)信號(hào)通路。

3.2 耐鹽堿相關(guān)基因的表達(dá)

鹽堿脅迫條件下，植物中基因的表達(dá)水平通常會(huì)出現(xiàn)一些復(fù)雜變化，其中一些正?；虻谋磉_(dá)會(huì)受到抑制，但同時(shí)一些抗逆相關(guān)基因的表達(dá)會(huì)受到誘導(dǎo)。植物的耐鹽堿性是由多個(gè)抗逆基因共同表達(dá)調(diào)控的，這些基因編碼合成不同功能的蛋白質(zhì)，參與不同的生理代謝過程，從而提高植物的耐鹽堿性，緩解鹽堿脅迫對(duì)植物的危害。這些基因根據(jù)不同的功能主要分為四類：（1）離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因；（2）滲透調(diào)節(jié)相關(guān)基因；（3）抗氧化相關(guān)基因；（4）信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)基因。SOS1是最先在擬南芥中發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，利用H+梯度驅(qū)動(dòng)Na+外排從而降低細(xì)胞質(zhì)Na+濃度［55］。對(duì)水稻SOS1的研究進(jìn)一步支持了SOS1在將Na+從木質(zhì)部薄壁細(xì)胞輸出到木質(zhì)部導(dǎo)管中，促進(jìn)Na+在莖中積累，從而進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)方面的作用［57］。HKT1離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白廣泛存在于單子葉和雙子葉植物中，其在根細(xì)胞中起重要作用，組織特異性表達(dá)，有助于植物耐鹽性［32］。HKT1參與植物體內(nèi)Na+的長距離運(yùn)輸，調(diào)節(jié)Na+濃度，以維持植物細(xì)胞離子平衡［58］。在鹽脅迫下，植物液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NHX可以調(diào)控體內(nèi)離子平衡從而提高植物耐鹽性。研究表明，在多種植物如擬南芥（Arabidopsis thaliana）［59］、水稻［60］、煙草［61］、大豆（Glycine max）［62］以及虎耳草（Saxifraga stoloniferaCurt.）［63］中過量表達(dá)AtNHX5，都在一定程度上提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽能力。AtRbohD/AtRbohF在鹽脅迫耐受性中的積極作用的潛在機(jī)制已被多項(xiàng)研究揭示。鹽誘導(dǎo)的AtRbohD/AtRbohF產(chǎn)生的ROS促進(jìn)K+進(jìn)入胞質(zhì)溶膠的運(yùn)動(dòng)，從而降低Na+/K+的比率［64］。將Cu/Zn-SOD基因轉(zhuǎn)入水稻中，提高轉(zhuǎn)基因水稻中活性氧的解毒能力，緩解鹽脅迫伴隨的氧化損傷，從而提高水稻對(duì)鹽脅迫的耐受性［65］。近20年來，植物耐鹽性研究的一個(gè)重要進(jìn)展是鹽過度敏感基因的鑒定。通過擬南芥突變體篩選，分離出幾個(gè)鹽過敏突變體，命名為sos突變體，并鑒定了這些SOS基因的分子特征。在這些SOS基因中，SOS1、SOS2和SOS3編碼構(gòu)成SOS信號(hào)通路的蛋白質(zhì)［66］。Ca2+作為重要的第二信使，在植物信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中扮演著重要角色。周非凡等［67］發(fā)現(xiàn)鈣依賴蛋白激酶基因OsCPK12參與激素的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)并對(duì)水稻抗逆有正調(diào)控作用。

此外，水通道蛋白CrPIP2.3主要通過介導(dǎo)水穩(wěn)態(tài)，影響植物在高鹽/高堿脅迫下的生理過程，從而提高轉(zhuǎn)基因擬南芥耐受性［68］。過表達(dá)GmPKS4的轉(zhuǎn)基因擬南芥和大豆毛狀根通過提高的脯氨酸含量以及抗氧化酶活性，一定程度上提高了擬南芥的耐鹽堿性［69］。過量表達(dá)AtPHB2的轉(zhuǎn)基因擬南芥，耐鹽堿和抗氧化脅迫能力增強(qiáng)。AtPHB2通過提高K+/Na+比以及參與ROS降低機(jī)制，影響植物對(duì)鹽脅迫的耐受性［70］。

3.3 轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控響應(yīng)

轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor，TF）是一種特定蛋白質(zhì)，可以接受上游信號(hào)，調(diào)控下游目的基因的表達(dá)。鹽堿脅迫條件下，植物體內(nèi)信號(hào)接收器接收脅迫信號(hào)后發(fā)生一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，最終調(diào)控抗性相關(guān)基因的表達(dá)，在此過程中，轉(zhuǎn)錄因子起著至關(guān)重要的開關(guān)作用。目前與鹽堿脅迫相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子有：WRKY、MYB、NAC、bZIP、C2H2等。植物鋅指蛋白家族WRKY可直接調(diào)控參與鹽堿脅迫應(yīng)答，緩解高鹽引起的傷害［71］。小麥（Triticum aestivum）TaWRKY46可以提高煙草耐鹽性［72］。將玉米轉(zhuǎn)錄因子基因ZmWRKY101在擬南芥中過量表達(dá)，轉(zhuǎn)基因植株的抗氧化酶活性顯著增強(qiáng)，抗脅迫相關(guān)的基因表達(dá)水平也顯著提高，說明其通過調(diào)控抗氧化系統(tǒng)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)提高植株的耐鹽性［73］。研究表明，將來自擬南芥［74］、草莓［75］、水稻［76］、大豆［77］等植物中的MYB基因轉(zhuǎn)入擬南芥，都提高了轉(zhuǎn)基因擬南芥植株的耐鹽性。此外，將擬南芥AtMYB44基因轉(zhuǎn)入栽培大豆，與在擬南芥中觀察到的相似，轉(zhuǎn)基因大豆表現(xiàn)出增強(qiáng)鹽/堿脅迫的耐受性［78］。Li等［79］研究在鹽脅迫下，通過過量表達(dá)以及CRISPR-Cas/9系統(tǒng)結(jié)合發(fā)現(xiàn)，GmNAC06可能通過調(diào)控植物體內(nèi)脯氨酸和甘氨酸含量，以及Na+/K+比例提高植株耐鹽性。Yang等［80］發(fā)現(xiàn)，大豆bZIP家族基因GmbZIP2在擬南芥和大豆毛根中的過表達(dá)可以提高植物對(duì)干旱和鹽脅迫的抗性。張福臻等［81］發(fā)現(xiàn)，擬南芥中過表達(dá)類受體蛋白激酶基因OsRPK2，導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因植株對(duì)逆境信號(hào)的傳導(dǎo)能力下降，降低擬南芥的抗逆性。

4 展望

由于全球氣候變化，環(huán)境壓力愈發(fā)頻繁，非生物脅迫嚴(yán)重制約了植物生長、發(fā)育和作物產(chǎn)量。作為固著生物，植物已經(jīng)進(jìn)化出復(fù)雜的系統(tǒng)來承受非生物脅迫。關(guān)于植物適應(yīng)鹽堿脅迫的研究是當(dāng)下國內(nèi)外學(xué)者們的研究熱門，目前的蛋白質(zhì)組學(xué)為研究植物中復(fù)雜的分子網(wǎng)絡(luò)提供了一種高通量的方法。近年來，通過基因組學(xué)、代謝組學(xué)和蛋白組學(xué)多組學(xué)挖掘植物抗鹽堿相關(guān)基因已取得很大進(jìn)展［82-84］，但為了了解鹽堿脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的復(fù)雜性，揭示由鹽堿脅迫誘導(dǎo)的基因的功能機(jī)制、每個(gè)產(chǎn)物及其相互作用，還需要科研人員進(jìn)一步深入研究，以便為提高植物抗鹽堿性提供理論依據(jù)，以及為育種改良提供新的途徑，從而培育出更能適應(yīng)非生物脅迫的作物品種，提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量。