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(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 大豆研究所/國(guó)家大豆改良中心/作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210095)

0 引 言

大豆中蛋白質(zhì)含量約40%，油分含量21%，是世界上種植面積最廣的油料作物，占2013年世界植物油種子產(chǎn)量的56%[1]，在滿足人類飲食、動(dòng)物飼料和生物油的需求中起著重要的作用，同時(shí)它作為工業(yè)產(chǎn)品的原料也被廣泛利用，因此，全球?qū)Υ蠖沟男枨罅吭诓粩嘣黾?。在大豆生長(zhǎng)發(fā)育過程中，各種生物和非生物脅迫會(huì)對(duì)大豆造成不同程度的影響，最終導(dǎo)致大豆產(chǎn)量和品質(zhì)降低，鹽害則是其中一種主要的非生物脅迫。大豆作為中度耐鹽農(nóng)作物，鹽害會(huì)抑制大豆種子的萌發(fā)和營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)[2]，阻礙大豆根瘤的形成[3]，在鹽度值超過5 ds·m-1時(shí)，大豆的產(chǎn)量會(huì)明顯降低[4]。大豆耐鹽品種的選育則成為應(yīng)對(duì)鹽害的有效策略之一。

眾所周知，傳統(tǒng)育種效率低，育種周期長(zhǎng)，經(jīng)常伴有非生物抗性與低產(chǎn)性狀連鎖等不利因素，大大限制了傳統(tǒng)育種的使用范圍[5]。而現(xiàn)代生物技術(shù)培育耐鹽品種則具有高效、省時(shí)和省力等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前耐鹽育種的研究熱點(diǎn)。目前，常用的育種手段包括分子標(biāo)記輔助育種和轉(zhuǎn)基因技術(shù)育種。值得肯定的是，大豆耐鹽育種工作已取得顯著進(jìn)展，本文對(duì)近年來大豆耐鹽研究進(jìn)行概括總結(jié)，主要包括鹽脅迫對(duì)大豆的危害、已定位到的耐鹽相關(guān)QTL和大豆耐鹽相關(guān)離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因及其耐鹽機(jī)制3個(gè)方面，期望能對(duì)促進(jìn)耐鹽高產(chǎn)大豆育種工作進(jìn)程提供參考和理論基礎(chǔ)。

1 鹽脅迫對(duì)大豆的影響

植物生長(zhǎng)周期主要包括萌發(fā)期、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和生殖生長(zhǎng)期。鹽害會(huì)對(duì)大豆生長(zhǎng)周期造成不利影響，而大豆的耐鹽程度也因不同發(fā)育階段而異[6]。

1.1 鹽脅迫對(duì)大豆芽期的影響

萌發(fā)期作為大豆生長(zhǎng)周期的第一階段，是大豆生產(chǎn)的主要一環(huán)，鹽脅迫下的高發(fā)芽率才能保證存苗率和再生產(chǎn)。在低鹽條件下(0.05%和0.1%NaCl)，大豆種子的發(fā)芽會(huì)有明顯的延遲，鹽濃度越高，發(fā)芽百分比越小[7]。邵桂花等[8]發(fā)現(xiàn)，大豆芽期的耐鹽性順序?yàn)椋何浧?根出現(xiàn)期>根生長(zhǎng)期>側(cè)根生長(zhǎng)期。Kan等[9]研究也同樣發(fā)現(xiàn)，在191份栽培大豆品種中，大豆吸脹率受鹽脅迫影響較小，發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)受到鹽脅迫影響較大，而且在鹽脅迫下，大豆發(fā)芽率的變異度較大，在2年環(huán)境中都有類似的情況，說明大豆芽期的發(fā)芽率是較穩(wěn)定的明顯的耐鹽指標(biāo)。該研究還發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫下，大豆相對(duì)鹽害吸脹指數(shù)與大豆發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)成顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這個(gè)結(jié)果同樣出現(xiàn)在Kan等[10]另一研究中。Zhang等[11]發(fā)現(xiàn)，在大豆萌發(fā)期，100 mM NaCl處理257份栽培大豆7 d后，大豆的主根長(zhǎng)、根鮮重、根干重、幼苗生物量以及下胚軸的長(zhǎng)度均明顯低于對(duì)照，其中根鮮重和根干重受抑制最為明顯，比對(duì)照最高下降了95.7%和87.4%，并且二者在2年里的變異范圍都很大，說明其也可以作為耐鹽指標(biāo)穩(wěn)定遺傳?？苜R等[12]發(fā)現(xiàn)，低濃度(10～20 mM ) NaCl對(duì)大豆相對(duì)發(fā)芽率、活力指數(shù)、下胚軸長(zhǎng)、根長(zhǎng)和側(cè)根數(shù)有促進(jìn)作用，但隨著NaCl濃度的升高，大豆相對(duì)發(fā)芽率、活力指數(shù)、下胚軸長(zhǎng)、根長(zhǎng)和側(cè)根數(shù)會(huì)受到抑制。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在大豆芽期，高鹽環(huán)境下，超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)的活性明顯降低，丙二醛(MDA)含量顯著增加。作者認(rèn)為，鹽脅迫引起的離子毒性會(huì)降低過氧化酶系統(tǒng)活性，致使活性氧大量累積，進(jìn)而對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)及細(xì)胞內(nèi)酶系統(tǒng)造成破壞，降低了大豆芽期的耐受性，最終影響大豆的發(fā)芽。而徐芬芬等[13]研究發(fā)現(xiàn)，高鹽會(huì)顯著降低吸水速率和營(yíng)養(yǎng)元素的活化效率，抑制大豆種子的吸脹作用，進(jìn)而降低淀粉酶活性和蛋白酶活性，這或許是高鹽脅迫下大豆發(fā)芽率下降的另一原因。

1.2 鹽脅迫對(duì)大豆苗期階段的影響

近年來，大豆耐鹽性研究主要集中在苗期階段。當(dāng)用220 mM NaCl處理大豆幼苗后，其生長(zhǎng)率只有對(duì)照的5%，當(dāng)濃度提高到330 mM時(shí)，大豆幾乎停止生長(zhǎng)，330 mM NaCl溶液處理大豆種子，其發(fā)芽率還可達(dá)到81%，這說明大豆苗期對(duì)鹽脅迫的敏感度要比大豆芽期更為明顯[14]。邵桂花等[15]指出，大豆在3葉1心期是鹽敏感時(shí)期，盛花期(R2期)和結(jié)莢期(R4期)對(duì)鹽脅迫的耐受能力上升，各器官生物量和總生物量均比正常條件培養(yǎng)下有所下降，但未達(dá)到顯著水平，植株整體呈現(xiàn)綠色，長(zhǎng)勢(shì)較好。鹽脅迫下的植株與正常培養(yǎng)的植株相比較，株高降低，主莖節(jié)數(shù)和分枝數(shù)均減少，而耐鹽品種的變化小于鹽敏感品種。Li等[16]研究發(fā)現(xiàn)，用NaCl處理大豆幼苗1 h內(nèi)，葉片出現(xiàn)萎蔫下垂，并且在NaCl處理10 min內(nèi)氣孔導(dǎo)度下降到基線的50%以下。然而NaCl處理8 h后，葉片又得到恢復(fù)，表明大豆在8 h內(nèi)已經(jīng)在滲透調(diào)節(jié)機(jī)制的作用下重新啟動(dòng)水分運(yùn)輸途徑，恢復(fù)蒸騰作用[16]。在鹽處理數(shù)天后，植株體內(nèi)Na+和Cl-逐漸積累，損害正常代謝過程并降低光合效率而影響植株正常生長(zhǎng)，在大豆葉片上還會(huì)出現(xiàn)焦灼的鹽害癥狀，一段時(shí)間后葉片萎蔫脫落，最終導(dǎo)致植株死亡。寧麗華等[17]研究發(fā)現(xiàn)，150 mM NaCl能顯著降低大豆幼苗的SPAD 值、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率。然而進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下，同鹽敏感大豆相比，耐鹽大豆葉片具有較低的Na+含量，較高的K+和P含量，光合速率也更強(qiáng)一些，這可能是耐鹽大豆品種比鹽敏感品種具有較強(qiáng)耐鹽特性的原因之一。羅云慶等[18]發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下大豆植株表現(xiàn)出葉片枯黃衰亡癥狀，莖節(jié)數(shù)減少，株高降低，生物量積累都顯著降低。隨后測(cè)定根、莖和葉中的Na+、K+和Cl-發(fā)現(xiàn)，耐鹽性強(qiáng)的大豆品種，其莖和葉片Cl-含量低于鹽敏感的品種，且 K+/Na+要高于鹽敏感的品種，可見維持相對(duì)較高K+含量對(duì)提高耐鹽性是大有裨益的。

1.3 鹽脅迫對(duì)大豆生殖生長(zhǎng)階段及根瘤的影響

鹽脅迫會(huì)對(duì)大豆的產(chǎn)量和品質(zhì)造成不利影響。常汝鎮(zhèn)等[19]研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下，大豆的分枝數(shù)和單株莢數(shù)減少，單株粒重和百粒重降低，從而造成減產(chǎn)現(xiàn)象。測(cè)產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鹽濃度達(dá)到14～15 ds·m-1時(shí)，平均產(chǎn)量會(huì)減產(chǎn)為正常生長(zhǎng)下的47.5%，并且鹽敏感品種受到鹽害影響要顯著大于耐鹽品種；低濃度(14～15 ds·m-1)下，大豆蛋白質(zhì)的含量降低，脂肪含量下降，高濃度(18～20 ds·m-1)則出現(xiàn)相反的現(xiàn)象，而不飽和脂肪酸的含量受到的影響則相對(duì)較小。而在另一研究中，Ghassemi-Golezani等[20]發(fā)現(xiàn)，隨著鹽脅迫程度增加，大豆油分的積累速率幾乎不受影響，但蛋白積累速率降低，蛋白和油分積累時(shí)間減少，導(dǎo)致大豆籽粒蛋白和油分含量下降，蛋白百分比下降而油分百分比上升，最終影響了籽粒的品質(zhì)。作者認(rèn)為，籽粒蛋白含量和百分比隨著鹽害程度增加而下降，可能是由鹽脅迫下大豆水分吸收減少，根系滲透勢(shì)降低引起的氮代謝紊亂或硝酸鹽吸收被抑制而引起的。雖然籽粒油分百分比上升，可能是由蛋白百分比下降以應(yīng)對(duì)鹽脅迫造成的，但其籽粒的油分含量最終還是下降的。

根瘤是豆科植物獨(dú)有的特征。而鹽脅迫對(duì)根瘤的影響也是大豆耐鹽研究的重點(diǎn)。有研究報(bào)道鹽脅迫會(huì)影響大豆的結(jié)瘤，減少根瘤的數(shù)量和生物量，降低固氮效率[21]。造成這一現(xiàn)象的原因是固氮菌的有氧呼吸作用被鹽脅迫抑制，導(dǎo)致根瘤中的豆血紅蛋白含量降低，固氮所需的能源被耗竭。另外，鹽脅迫強(qiáng)烈地抑制結(jié)瘤因子活性，從而阻礙了共生過程的開始[22]。

綜上所述，鹽脅迫下，大豆從萌發(fā)期、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、生殖生長(zhǎng)階段及根瘤產(chǎn)生都會(huì)受到不同程度的不利影響，最終導(dǎo)致大豆減產(chǎn)和品質(zhì)下降。從生理的角度上看，高鹽造成滲透勢(shì)降低，水分吸收減少，營(yíng)養(yǎng)元素吸收不平衡進(jìn)而導(dǎo)致離子毒害及次級(jí)氧化脅迫等，是造成大豆生長(zhǎng)發(fā)育遲緩受阻并減產(chǎn)，甚至死亡的主要原因。

2 大豆耐鹽相關(guān)性狀的分子遺傳研究

眾多研究工作表明，植物耐鹽是一個(gè)復(fù)雜數(shù)量性狀，受多基因控制[23-25]。基于連鎖分析的QTL作圖(QTL mapping) 和基于連鎖不平衡(Linkage disequilibrium,LD)的關(guān)聯(lián)分析(Association analysis)，是目前解析復(fù)雜數(shù)量性狀位點(diǎn)(Quantitative trait loci,QTL)的兩個(gè)主要方法。目前，利用這兩種方法進(jìn)行解析大豆耐鹽相關(guān)性狀的分子基礎(chǔ)已經(jīng)取得長(zhǎng)足的進(jìn)展。

2.1 大豆耐鹽性狀的QTL作圖

近年來，大量研究利用大豆種內(nèi)或種間重組自交系群體，通過連鎖分析對(duì)大豆不同生育期耐鹽相關(guān)性狀進(jìn)行了QTL定位，重復(fù)檢測(cè)到一個(gè)穩(wěn)定遺傳的主效QTL定位在3號(hào)染色體上[26-32]。

2004年，Lee等[26]對(duì)大豆S-100(耐鹽)與Tokyo(鹽敏感)雜交后代分離群體F2:5分析和鑒定后發(fā)現(xiàn)，在大豆3號(hào)染色體上存在一個(gè)大豆苗期耐鹽相關(guān)主效QTL，且該QTL在大田實(shí)驗(yàn)和溫室鑒定可解釋41%和60%的遺傳變異。系譜追蹤雜交后代發(fā)現(xiàn)，當(dāng)分離后代的Sat_091和Satt237的基因型與親本S-100相同時(shí)，通常具有較高耐鹽性，當(dāng)與親本Tokyo相同時(shí)，通常對(duì)鹽害敏感，這說明這兩個(gè)標(biāo)記與大豆耐鹽性緊密相連，可以作為耐鹽分子標(biāo)記用于育種。Hamwieh等[28]利用耐鹽野生大豆種JWS-156-1與鹽敏感栽培大豆Jackson(PI548657)雜交，獲得的225個(gè)F2后代分離群體，依據(jù)葉綠素含量(SPAD value)和鹽害癥狀分級(jí)兩個(gè)表型，進(jìn)行QTL定位分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，定位在大豆3號(hào)染色體上的QTL占耐鹽總變異的68.7%，且該QTL和Lee等[26]定位到的相同。Hamwieh等[29]在兩個(gè)重組自交系(FT-Abyara×C01，津豆6號(hào)×0197)中，共同檢測(cè)到1個(gè)苗期耐鹽的位于3號(hào)染色體上的主效QTL，貢獻(xiàn)率分別為44.0%和47.1%。以上3篇研究報(bào)道中定位的耐鹽QTL是一致的。最終，4篇研究報(bào)道[30-33]先后通過獨(dú)立研究試驗(yàn)證明該QTL的耐鹽性來自基因GmCHX1(Glysoja01g005509/Glyma03g32900)/GmSALT3/GmNcl。Qi等[33]重測(cè)序發(fā)現(xiàn)，與耐鹽野生豆親本W(wǎng)08相比，鹽敏感型親本C05的該基因在第三個(gè)外顯子上有Ty1/copia型轉(zhuǎn)座子插入，這導(dǎo)致GmCHX1的翻譯提前終止，影響該基因功能的正常發(fā)揮。該基因內(nèi)，轉(zhuǎn)座子插入的現(xiàn)象在鹽敏感的Wiliams82、C27、野生豆W06、W07、W08和W09中都有發(fā)生。在大豆毛狀根和煙草BY-2細(xì)胞過表達(dá)GmCHX1，發(fā)現(xiàn)鹽脅迫下，無論是轉(zhuǎn)基因大豆毛狀根的鮮重還是轉(zhuǎn)基因煙草BY-2細(xì)胞的存活率都要高于對(duì)照的。而Guan等[30]則利用擬南芥原生質(zhì)體證明GmSALT3定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，編碼鈉/質(zhì)子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，在耐鹽型親本鐵豐-8號(hào)中大量表達(dá)，在鹽敏感型親本中幾乎不表達(dá)，同時(shí)在根中的表達(dá)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地上部的表達(dá)量。

除了3號(hào)染色體以外，通過連鎖分析發(fā)現(xiàn)的其他染色上的耐鹽相關(guān)的QTL也多有報(bào)道。2008年，Chen等[27]利用來自Kefeng-1×Nannong1138-2的由184個(gè)F7∶11家系組成的重組自交系群體進(jìn)行大豆苗期耐鹽QTL定位，共定位到7個(gè)QTL分布在6個(gè)染色體上。除了在大豆3號(hào)染色體上檢測(cè)到與Lee等[26]定位到的相同耐鹽QTL以外，18號(hào)染色體上也定位到一個(gè)新的可能QTL，該QTL在2年中，不論是溫室環(huán)境還是田間環(huán)境都重復(fù)定位到，位于SSR標(biāo)記Sat_164和Sat_358之間，變異解釋率分別為10.8%和17.9%。而在另一研究中，姜靜涵[34]利用Peking×NY36-87(耐鹽品種)得到的F2∶3分離群體共220個(gè)家系，研究發(fā)現(xiàn)后代分離群體的耐鹽∶分離∶鹽敏感數(shù)符合1∶2∶1的遺傳分離比例，且發(fā)現(xiàn)耐鹽相關(guān)QTL在18號(hào)染色體上，大小約240Kb。這說明野生豆NY36-87的耐鹽性是由18號(hào)染色體上的單個(gè)基因控制，且該基因落在SSR標(biāo)記18-7和18-8之間。Kan等[10]利用由184份F7:11組成的重組自交系，定位大豆芽期耐鹽相關(guān)QTLs 11個(gè)，其中兩個(gè)位于18號(hào)染色體上，同時(shí)在8號(hào)染色體上也定位到了一個(gè)耐鹽顯著相關(guān)的QTL，其緊密連鎖標(biāo)記Sat_162和Kan等[9]獲得候選基因Glyma08g12400.1的距離為792 811 bp。以上報(bào)道中說明這些染色體上可能存在耐鹽相關(guān)基因。而在2017年，Tuyen等[35]將耐鹽栽培豆 Fiskeby III(PI 438471)與栽培大豆Williams 82(PI 518671，中度敏感)雜交獲得的132個(gè)F2后代用于苗期耐鹽相關(guān)研究，在3號(hào)染色體定位到已知主效QTL外，在13號(hào)染色體上也定位到了一個(gè)可能的耐鹽相關(guān)QTL。

連鎖分作圖大多是初定位結(jié)果，對(duì)數(shù)量性狀定位的精確性有限。而且構(gòu)建作圖為獲得足夠數(shù)量的群體，需要雜交、自交多代，耗時(shí)較長(zhǎng)。由于構(gòu)建QTL定位群體的過程是在不同組合的不同遺傳背景下發(fā)生多樣化的重組過程，因此，QTL定位具有雜交組合特異性，如果遺傳背景和世代的發(fā)生改變，定位到的QTL也可能隨之改變。

2.2 大豆耐鹽性狀的關(guān)聯(lián)分析

全基因組關(guān)聯(lián)分析(Genome-wide association study,GWAS)是由Risch等[36]在1996年首先提出，可以在全基因水平上對(duì)復(fù)雜性狀的遺傳變異進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析[37]。與基于父母本變異的連鎖分析相比，利用自然群體的全基因組關(guān)聯(lián)分析有著更大程度的自然變異和遺傳多樣性，有利于精細(xì)定位和基因的發(fā)掘[38-39]。

自從Hansen 等[40]首次將GWAS運(yùn)用到海甜菜上后，GWAS在擬南芥、水稻和玉米等模式植物中非生物脅迫耐受基因定位研究已有眾多報(bào)道[41-43]，而關(guān)于大豆耐鹽全基因組關(guān)聯(lián)分析報(bào)道相對(duì)較少。2014年，Zhang等[12]使用135個(gè)SSR標(biāo)記，對(duì)257份栽培豆芽期的耐鹽與耐堿性進(jìn)行上位性關(guān)聯(lián)分析，最終在2年環(huán)境中，共檢測(cè)到83個(gè)與環(huán)境互作的耐鹽(NaCl)相關(guān)QTL和86個(gè)與環(huán)境互作的耐堿(Na2CO3)相關(guān)QTL，這些標(biāo)記在20個(gè)連鎖群上都有分布，而且在這些QTL附近發(fā)現(xiàn)了耐鹽相關(guān)基因，該研究結(jié)果為大豆耐鹽堿相關(guān)基因的精細(xì)定位、克隆和分子育種提供了有價(jià)值的基礎(chǔ)參考。2015年，Kan等[9]使用1 142個(gè)SNP標(biāo)記，對(duì)191份栽培豆芽期的耐鹽性進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析，檢測(cè)到8個(gè)與耐鹽指標(biāo)顯著關(guān)聯(lián)SNP標(biāo)記和13個(gè)可能的SNP標(biāo)記，分別位于2、3、6、8、9、12、13、14、17和18號(hào)染色體上，利用大豆基因組信息，在擬南芥基因數(shù)據(jù)庫(kù)中同源比對(duì)后獲得9個(gè)可能候選基因，實(shí)時(shí)熒光定量PCR表明Glyma08g12400.1、Glyma08g09730.1、Glyma18g47140.1、Glyma09g00460.1和Glyma09g00490.3這5個(gè)候選基因在芽期響應(yīng)鹽脅迫。另外，Kan等[10]利用205個(gè)SSR標(biāo)記和196份自然群體，進(jìn)行大豆芽期耐鹽性狀的關(guān)聯(lián)分析，檢測(cè)到22個(gè)耐鹽相關(guān)的SSRs，其中Satt201、BE475343、CSSR306、Satt664和Satt567與芽期2個(gè)耐鹽指標(biāo)顯著相關(guān)，而Satt156和Satt636這2個(gè)SSR標(biāo)記與3個(gè)芽期耐鹽指標(biāo)顯著相關(guān)[10]。2017年，Zeng等[44]使用33 009個(gè)SNP標(biāo)記，對(duì)283份栽培豆進(jìn)行苗期耐鹽全基因組關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果表明，兩個(gè)耐鹽指標(biāo)，葉片氯離子含量和SPAD值都能夠定位到的顯著相關(guān)SNP共45個(gè)，它們分布在2、3、7、8、10、13、14、16和20號(hào)染色體上，其中有31個(gè)SNP定位在3號(hào)染色上，且與已報(bào)道的Glyma03g32900十分接近，這些SNP的變異解釋率可能來自該基因。

近年來，得益于基因組測(cè)序成本的不斷下降，各種表型統(tǒng)計(jì)方法的不斷完善，GWAS已應(yīng)用于植物復(fù)雜性狀的研究，相信大豆耐鹽相關(guān)研究工作也必定會(huì)因此方法的應(yīng)用而快速發(fā)展。另外，以上連鎖和關(guān)聯(lián)作圖研究報(bào)道結(jié)果表明，芽期和苗期耐鹽相關(guān)性狀的基因定位均檢測(cè)到多個(gè)耐鹽相關(guān)的位點(diǎn)，這也說明了大豆耐鹽性狀是復(fù)雜的數(shù)量性狀，受多個(gè)耐鹽基因控制。

2.3 大豆耐鹽相關(guān)基因及其耐鹽機(jī)制

大豆全基因組測(cè)序完成后，大豆耐鹽相關(guān)基因功能研究工作進(jìn)程加速，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組水平和蛋白組水平，篩選響應(yīng)鹽脅迫的基因，再與其他植物中已知耐鹽基因同源比對(duì)，再通過現(xiàn)代生物分子技術(shù)驗(yàn)證其功能已成為一種有效的策略[23]。植物耐鹽是一個(gè)復(fù)雜的過程，在植物耐鹽機(jī)制中研究較多的包括離子吸收轉(zhuǎn)運(yùn)與穩(wěn)態(tài)、滲透調(diào)節(jié)作用、活性氧清除系統(tǒng)、鹽脅迫信號(hào)傳導(dǎo)途徑及轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)控等方向。在鹽脅迫中，植物體內(nèi)過量積累的Na+和Cl-是造成離子毒害的主要原因，因此，本部分主要介紹Na+和Cl-的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制及其耐鹽基因。

2.3.1 參與Na+轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的基因。一般來說，Na+的過量累積會(huì)對(duì)植物造成離子毒害，維持體內(nèi)較低Na+含量成為植物存活下來的關(guān)鍵。在高等植物中，3種主要的Na+轉(zhuǎn)運(yùn)方式已被研究的較為透徹：(1)將Na+從根部排出到根際；(2)將Na+螯合到液泡；(3)卸載木質(zhì)部中Na+。而在大豆中，參與到這3個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的基因也有所報(bào)道。

鹽超敏感信號(hào)途徑(Salt overly sensitive signaling pathway,SOS)在擬南芥中被首次報(bào)道以后，眾多研究證明SOS家族對(duì)于植物的耐鹽性是必不可少的[45-48]。在大豆中，Nie等[49]在野生型和atsos1-1突變體擬南芥中異源表達(dá)GmSOS1，發(fā)現(xiàn)GmSOS1能夠補(bǔ)償atsos1-1突變體擬南芥的耐鹽性，鹽脅迫條件下的種子萌發(fā)率顯著高于atsos1-1突變體的。而在2017年，Zhao等[50]發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下，過表達(dá)GmSOS1的擬南芥轉(zhuǎn)基因后代與野生型相比，葉片電解質(zhì)滲漏較低，H2O2、O2-和丙二醛積累較少。結(jié)果說明，在擬南芥中過表達(dá)GmSOS1后，擬南芥對(duì)鹽脅迫的耐受性相比野生型得到提高，間接證明GmSOS1與大豆耐鹽性相關(guān)。

鹽脅迫下，位于擬南芥液泡膜上的Na+/H+逆轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ArabidopsisthalianaNA+/H+EXCHANGER1,AtNHX1)能夠?qū)a+螯合到液泡中，從而維持胞液低Na+濃度狀態(tài)，最終提高擬南芥的耐鹽性[51]。而在大豆中，Li等人[16]從大豆cDNA克隆了Na+/H+逆轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GmNHX1，發(fā)現(xiàn)鹽脅迫下，過表達(dá)GmNHX1，煙草BY-2細(xì)胞的線粒體完整性和細(xì)胞活力相比野生型細(xì)胞的會(huì)顯著提高。進(jìn)一步試驗(yàn)證明，轉(zhuǎn)GmNHX1的BY-2細(xì)胞液泡中Na+濃度高于對(duì)照，說明鹽脅迫下GmNHX1能夠?qū)⒍嘤嗟腘a+螯合到液泡中，作者同時(shí)發(fā)現(xiàn)定位在液泡膜上的GmNHX1會(huì)被氯化鈉、氯化鉀、硝酸鈉、硝酸鉀、氯化鋰、脫落酸(ABA)、聚乙二醇(PEG)和干旱等非生物脅迫誘導(dǎo)表達(dá)。此外，蓮花中過表達(dá)GmNHX1在鹽脅迫下，與野生型相比，Na+和K+含量降低，K+/Na+比值增加，鹽耐受性提高[52]。周國(guó)安等[53]報(bào)道了另一個(gè)大豆Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因GmNHX2，與野生型植株相比,過表達(dá)GmNHX2的擬南芥植株在萌發(fā)和幼苗期的NaCl耐受性得到提高。高鹽環(huán)境下，Na+/H+逆轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可以將多余的Na+螯合到液泡中，降低胞液中Na+濃度，進(jìn)而減輕Na+大量累積而引起的離子毒害，最終增強(qiáng)大豆耐鹽性。

與其他組織相比，植物葉片更易受到Na+毒害的影響，因此，為了盡可能降低葉片中Na+含量，在Na+從根運(yùn)輸?shù)降厣喜康倪^程中，將木質(zhì)部中的Na+卸載下來則成為有效耐鹽機(jī)制。這種耐鹽機(jī)制在擬南芥、水稻和小麥中都有報(bào)道，高親和K+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(high-affinity K+transporter,HKT)家族參與這一轉(zhuǎn)運(yùn)過程[54-56]。2011年、2014 年，Chen等[57-58]接連研究了大豆高親和K+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因GmHKT1和GmHKT1;4，驗(yàn)證轉(zhuǎn)GmHKT1;4煙草的耐鹽性均得到提高，并猜測(cè)基因GmHKT1;4參與了Na+和K+的穩(wěn)態(tài)。HKT家族功能在擬南芥和水稻的研究較為透徹，而在大豆中有關(guān)該家族的耐鹽機(jī)理和機(jī)制報(bào)道相對(duì)較少，因此還需要更深入的研究。

上述報(bào)道表明，大豆的Na+轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)和其它高等植物所擁有的類似，然而，這些Na+轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的具體機(jī)理還需要進(jìn)一步的研究，同時(shí)，可能存在其它Na+轉(zhuǎn)運(yùn)途徑還有待發(fā)掘。

2.3.2 參與Cl-轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的基因。鹽脅迫下，植物的Na+穩(wěn)態(tài)機(jī)制已被廣泛研究。Cl-是植物生長(zhǎng)必需的微量營(yíng)養(yǎng)素并且參與穩(wěn)定膜電位和調(diào)節(jié)細(xì)胞pH過程，當(dāng)其大量積累時(shí)，會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生離子毒害，影響植物的正常生長(zhǎng)[59]。在大豆中，有研究報(bào)道稱定位在液泡膜上的GmCLC1，其轉(zhuǎn)運(yùn)Cl-依賴于胞質(zhì)pH，而在擬南芥和大豆毛狀根中過表達(dá)GmCLC1后發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下，地上部Cl-的濃度要顯著低于對(duì)照[60-61]，這說明鹽脅迫下，該基因能夠?qū)⒍嘤嗟腃l-排出體外。而Tuyen等[31]研究認(rèn)為GmNcl可以通過參與調(diào)控Na+和K+的累積來調(diào)控大豆的耐鹽性，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)鹽脅迫下，GmNcl能夠降低Cl-總含量，因此作者猜測(cè)GmNcl是一個(gè)Na+、K+、Cl-共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。Cl-的轉(zhuǎn)運(yùn)和解毒機(jī)制研究不像Na+轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制那么透徹，在大豆中的研究相比其它作物的更少，因此，鹽脅迫下，大豆如何轉(zhuǎn)運(yùn)Cl-和維持Cl-穩(wěn)態(tài)成為需要解決的問題，許多研究工作還有待展開。

3 問題與展望

大豆耐鹽性是多基因控制的復(fù)雜數(shù)量性狀，目前大豆響應(yīng)鹽脅迫和耐鹽機(jī)制等方面已經(jīng)取得顯著進(jìn)展。借助于高密度分子圖譜，連鎖分析及GWAS 已成為定位大豆耐鹽QTL、獲得耐鹽基因的有效手段。連鎖分析能夠有效定位到關(guān)鍵基因，然而其耗時(shí)較長(zhǎng)，定位分辨率低，且群體后代遺傳多樣性有限，這大大限制了分子標(biāo)記輔助育種的效率。而自然種質(zhì)群體在長(zhǎng)期進(jìn)化中積累大量重組和突變信息，有著較高的變異度和豐富的遺傳多樣性，GWAS能夠?qū)崿F(xiàn)QTL的精細(xì)定位，直接定位到基因本身也成為可能[38,62]，然而群體結(jié)構(gòu)[63-64]和連鎖衰減距離(LD)[39]則會(huì)影響基因定位結(jié)果。借助迅猛發(fā)展的高通量測(cè)序技術(shù)，綜合利用這兩種方法將有利于高效、精確地發(fā)現(xiàn)大豆耐鹽連鎖標(biāo)記及定位大豆耐鹽基因，并有望直接運(yùn)用到大豆耐鹽分子育種中，最終提高栽培大豆耐鹽性。另外，目前大豆耐鹽研究主要集中在苗期階段，據(jù)報(bào)道大豆不同生育階段的耐鹽機(jī)制不同[6]，在實(shí)際生產(chǎn)上大豆芽期耐鹽性是直接決定鹽土上能否保證全苗和壯苗以及提高產(chǎn)量的關(guān)鍵，因此大豆芽期耐鹽可能成為今后大豆耐鹽育種研究的一個(gè)重要方面。另一方面，得益于大豆基因組測(cè)序的完成和其它高等植物耐鹽機(jī)制的研究，許多大豆耐鹽相關(guān)候選基因被克隆并鑒定，然而局限于大豆轉(zhuǎn)基因技術(shù)的不完善，大部分基因的功能尚未在大豆中得以驗(yàn)證，限制了其應(yīng)用。進(jìn)一步完善大豆轉(zhuǎn)基因技術(shù)，不僅有助于驗(yàn)證大豆耐鹽基因的功能，揭示大豆耐鹽的分子機(jī)制，還有助于直接利用大豆耐鹽基因資源，創(chuàng)建耐鹽性優(yōu)良的轉(zhuǎn)基因大豆新品種。此外，許多植物如紅樹、堿蓬及圣柳等具有較強(qiáng)的耐鹽性，在長(zhǎng)期與鹽脅迫的抗?fàn)庍^程中，必然進(jìn)化出一套完善的耐鹽機(jī)制和相對(duì)應(yīng)的耐鹽基因，我們可以用分子生物學(xué)的方法研究其耐鹽機(jī)制，并應(yīng)用到大豆耐鹽育種進(jìn)程中來。