陳芬

摘 要：本文系統(tǒng)的從鹽脅迫與干旱脅迫對(duì)大豆的毒害現(xiàn)象著手，從分子生物學(xué)的基礎(chǔ)上研究大豆耐鹽機(jī)制、大豆耐逆相關(guān)功能基因。將植物組織對(duì)逆境傷害的拮抗機(jī)理和功能基因?qū)鼓婢趁{迫的遺傳學(xué)原理進(jìn)行深入闡述，為今后更多地將轉(zhuǎn)基因大豆品種的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)和最終投入到生產(chǎn)實(shí)踐提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：大豆株系；耐鹽性；鹽害

中圖分類(lèi)號(hào)：S565.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20161233016

全球鹽漬土約9.5億，我國(guó)均有約9913萬(wàn)hm2鹽漬化土地，鹽堿地面積約占全國(guó)可耕地面積的25%。近年來(lái)土壤的鹽漬化問(wèn)題日趨嚴(yán)峻，而人口的劇增和不適當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)耕作措施又造成了大量良田的次生鹽漬化問(wèn)題，潛在鹽堿地面積與日俱增，世界農(nóng)業(yè)將面臨更大的挑戰(zhàn)。

1 鹽脅迫對(duì)大豆的毒害作用

不同大豆品種間以及大豆的不同生長(zhǎng)階段的其對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)差異也極顯著。鹽脅迫改變了植物細(xì)胞質(zhì)膜蛋白和脂質(zhì)的組分，打破了離子間的平衡，造成高滲脅迫，導(dǎo)致葉面積停止增加，葉、莖和根的鮮重及干重降低，最終影響到植物的正常生長(zhǎng)和發(fā)育。

2 植物耐鹽機(jī)理及相關(guān)基因研究進(jìn)展

2.1 植物主要耐鹽機(jī)制

耐鹽是指植物通過(guò)生理或代謝過(guò)程來(lái)適應(yīng)細(xì)胞內(nèi)高鹽環(huán)境的現(xiàn)象。在鹽脅迫下，植物的外部形態(tài)和內(nèi)部生理生化特性都發(fā)生了一系列變化，植物的這些變化可以分為積極應(yīng)答和消極反應(yīng)2種方式。

滲透調(diào)節(jié)。細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力是植物耐鹽所必備的。植物有兩種滲透調(diào)節(jié)方式：在細(xì)胞中積累和吸收 Na+、K+、Ca2 +、Cl-等無(wú)機(jī)離子。無(wú)機(jī)離子主要是 K+、Na+、Cl-，無(wú)論是在鹽生植物還是在非鹽生雙子葉植物，這 3 種離子為其提供了80%～95% 的細(xì)胞液滲透壓；可溶性有機(jī)溶質(zhì)：氨基酸、有機(jī)酸、可溶性碳水化合物、糖醇類(lèi)。

離子調(diào)控。鹽脅迫下，為了避免細(xì)胞傷害和營(yíng)養(yǎng)缺乏，植物需要在胞質(zhì)中維持足夠的K+和適當(dāng)?shù)腒+/Na+比。植物保持細(xì)胞內(nèi)的離子平衡對(duì)維持正常生長(zhǎng)至關(guān)重要，離子的選擇性吸收和區(qū)域化分布是實(shí)現(xiàn)離子平衡的重要途徑（王素平等，2006）；植物對(duì)鹽堿環(huán)境適應(yīng)的同時(shí)還能在細(xì)胞中積累可溶性有機(jī)物質(zhì)，進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)，以適應(yīng)外界的低水勢(shì)。

區(qū)隔化機(jī)制。由于植物的細(xì)胞質(zhì)中酶對(duì)Na+都非常敏感，因此為了保持細(xì)胞質(zhì)免受Na+毒害，就鹽生植物而言，一般將無(wú)機(jī)鹽離子通過(guò)跨膜運(yùn)輸轉(zhuǎn)入液泡中，降低細(xì)胞滲透勢(shì)的同時(shí)，又使細(xì)胞質(zhì)免受離子毒害。而非鹽生植物則是盡量減少對(duì)有害離子的吸收，并將吸收的有害離子輸送到老的組織器官，以保護(hù)幼嫩組織器官。這兩種方式，除了降低細(xì)胞質(zhì)中Na+濃度，避免細(xì)胞質(zhì)中Na+對(duì)細(xì)胞生理生化代謝影響。同時(shí)降低植物細(xì)胞水勢(shì)，促進(jìn)植物從外界吸收水份，以利于植物在鹽漬化土壤上生存。

水稻鹽敏感品種比耐鹽品種Na+含量高，鹽敏感品種Na+含量的分布順序?yàn)槔先~>穗>莖>幼葉；而耐鹽品種Na+含量分布順序?yàn)槔先~>莖>幼葉>穗，Cl-通常聚集于衰老或生理功能較弱的組織中。

2.2 耐鹽相關(guān)功能基因

大豆是中度耐鹽植物，其耐鹽性狀是一個(gè)由多基因控制的數(shù)量性狀，早期研究表明該性狀僅由幾個(gè)主效基因控制，但隨著研究的深入，也有一些研究者認(rèn)為大豆耐鹽性更趨向于由多個(gè)微效基因控制。

脯氨酸合成相關(guān)基因。Delauney在大豆中發(fā)現(xiàn)了P5CS酶及其滲透調(diào)節(jié)作用，由此提取mRNA，反轉(zhuǎn)錄獲得cDNA，進(jìn)一步篩選得到了AtP5CS基因。Strizhov等又在擬南芥中發(fā)現(xiàn)P5CS酶由2個(gè)不同的調(diào)節(jié)基因編碼，并將其命名為AtP5CS1和AtP5CS2。這3個(gè)基因（AtP5CS1、AtP5CS1、AtP5CS2）的2種產(chǎn)物（P5C、P5CA），在谷氨酸生物合成脯氨酸的過(guò)程中起重要作用，使擬南芥在受到鹽脅迫后脯氨酸含量迅速增加。

保護(hù)酶及相關(guān)基因。保護(hù)酶是人們研究較早的與脅迫有關(guān)的物質(zhì)之一。鈣調(diào)磷酸酶互作蛋白激酶（CIPK）在轉(zhuǎn)錄前和翻譯后對(duì)生物脅迫起到關(guān)鍵調(diào)控作用。擬南芥和大麥通過(guò)轉(zhuǎn)入正向遺傳篩選的擬南芥蛋白激酶基因（AtCIPK16）可以降低根部鹽分積累和提高植株耐鹽性。

LEA基因及相關(guān)蛋白。Dure等人首次從棉花種子發(fā)育晚期的胚胎中發(fā)現(xiàn)一類(lèi)大量積累的蛋白質(zhì)。隨后LEA蛋白家族的其他蛋白也陸續(xù)從不同種類(lèi)植物中獲得，編碼這類(lèi)蛋白的基因都稱(chēng)為L(zhǎng)EA基因，它們目前已從大麥、小麥、水稻、棉花、油菜、玉米、大豆等作物中均克隆到了相應(yīng)的LEA基因。Xu等利用基因槍法將來(lái)源于大麥的LEA基因的HVA1基因轉(zhuǎn)入水稻懸浮細(xì)胞，獲得了大量的轉(zhuǎn)基因植株。在脅迫下，轉(zhuǎn)基因植株仍能保持很高的生長(zhǎng)速率，延緩脅迫傷害。脅迫解除后，植株迅速恢復(fù)生長(zhǎng)。

3 問(wèn)題及展望

近年來(lái)，人們正在逐漸擺脫基因型、培養(yǎng)條件等因素對(duì)大豆轉(zhuǎn)基因技術(shù)的限制。根據(jù)轉(zhuǎn)入外源基因的不同，轉(zhuǎn)基因大豆在抗鹽、耐旱、抗除草劑和抗病蟲(chóng)害方面會(huì)表現(xiàn)出不同方面的優(yōu)勢(shì)。 大力發(fā)展轉(zhuǎn)基因大豆能普遍改善鹽堿地、干旱和極端天氣給作物帶來(lái)的危害；為廣大農(nóng)民生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)提供便利；對(duì)有效扭轉(zhuǎn)大豆貿(mào)易逆差、緩解我國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的缺口，提升我國(guó)綜合國(guó)力起到良好的促進(jìn)作用。