薛 洋，趙勝杰，何玉敏，王方方，李 杰，張林龍，徐志紅，王平勇

（1.三亞中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家南繁研究院 海南三亞 572024； 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹(shù)研究所 鄭州 450009）

土壤鹽漬化是世界性的資源問(wèn)題和生態(tài)問(wèn)題，嚴(yán)重影響植物生長(zhǎng)發(fā)育[1]。據(jù)聯(lián)合國(guó)教科文組織（UNESCO）和糧農(nóng)組織（FAO）不完全統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前全球鹽堿地面積已達(dá)9.5×106hm2，約占全球耕地面積的10%，中國(guó)鹽漬土壤總面積約3.6×105hm2，約占全國(guó)耕地面積的5%，其中還有潛在鹽漬化土壤約1.7×104hm2[2]。更加嚴(yán)重的是，伴隨著社會(huì)的進(jìn)步和人口的不斷增加，陸地淡水資源消耗量不斷加大，使得淡水總量不斷減少，且土壤鹽漬化總是發(fā)生在干旱、半干旱地區(qū)，這些地方本身缺少降水，淡水資源嚴(yán)重不足，土壤鹽漬化程度越發(fā)嚴(yán)重[3]。面對(duì)土壤鹽漬化程度的不斷加劇，如何利用或改良大面積的鹽堿地發(fā)展農(nóng)業(yè)，成為國(guó)際生物技術(shù)領(lǐng)域需要解決的重大難題。目前，通過(guò)合理排灌、淡水洗滌、施用化學(xué)改良藥劑可以使土壤鹽漬化有所減輕，但這些方法會(huì)消耗巨大的人力、物力、財(cái)力和大量淡水資源，效果也不明顯[4]。近年來(lái)，隨著育種技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)常規(guī)育種與分子育種相結(jié)合培育耐鹽植物品種成為更加合理有效的利用手段[5]。瓜菜作物作為世界上普遍栽培、經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的園藝作物，也已成為開(kāi)展科學(xué)研究的熱門作物[6]。開(kāi)展耐鹽種質(zhì)資源鑒定、挖掘耐鹽相關(guān)基因、創(chuàng)制和培育耐鹽瓜菜品種可為降低土壤鹽漬化危害和加強(qiáng)鹽漬化土壤開(kāi)發(fā)利用提供技術(shù)支撐。

1 植物耐鹽性研究進(jìn)展

1.1 鹽脅迫對(duì)植物的危害

自然界中大多數(shù)植物都是糖代謝植物，它們對(duì)鹽脅迫較為敏感，容易受到鹽脅迫危害。鹽脅迫通常是由土壤中高濃度的鈉離子（Na+）和氯離子（Cl-）引起的[7]。鹽脅迫有3 種途徑：滲透脅迫，離子脅迫和一系列次級(jí)脅迫（氧化脅迫等）。滲透脅迫是由土壤或水中高濃度的鹽引起的。土壤中過(guò)量的可溶性鹽降低了根表面的水勢(shì)，從而減少了植物對(duì)水的吸收，導(dǎo)致水分缺乏[8]。離子脅迫是由植物細(xì)胞內(nèi)的鹽離子毒性作用引起的。由根吸收的鹽在蒸騰流中長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)街l，并最終在葉片中積累[9]。細(xì)胞質(zhì)中高濃度的Na+破壞了植物細(xì)胞對(duì)其他離子的攝取，這對(duì)許多代謝途徑都具有不利影響。細(xì)胞內(nèi)高濃度的Na+阻止了細(xì)胞對(duì)鉀離子（K+）吸收，K+的缺失導(dǎo)致很多酶促反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行[10]。滲透脅迫和離子脅迫還可導(dǎo)致植物的一系列次級(jí)脅迫，包括活性氧（ROS）等有毒化合物的積累和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)平衡的被破壞。

1.1.1 滲透脅迫 土壤鹽質(zhì)量濃度超過(guò)2.0 g·L-1時(shí)就會(huì)導(dǎo)致鹽脅迫引起的水分脅迫。在鹽漬化土壤中，鹽分離子含量增加引起植物體內(nèi)滲透壓升高，植物細(xì)胞的吸水能力減弱，造成水分脅迫[11]。植物的滲透壓和水勢(shì)與鹽分的增加呈負(fù)相關(guān)，細(xì)胞膨脹壓隨著土壤中鹽分含量的增加而上升[12]。若土壤溶液的滲透壓超過(guò)植物細(xì)胞的滲透壓，植物的吸水能力被嚴(yán)重抑制，可引起生理干旱造成植物失水甚至死亡[13]。

植物在高溫、干旱和鹽堿等脅迫環(huán)境下，為了緩解因水分虧缺引起的滲透脅迫，需要進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)，這是植物在受到外界環(huán)境脅迫時(shí)的自我保護(hù)機(jī)制。不同植物對(duì)鹽脅迫的耐受程度不同，積累的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)也不同。一般植物體內(nèi)主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)有脯氨酸（Pro）、可溶性糖、甜菜堿（Gly）、可溶性蛋白和多元醇等[14]。這些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的主要功能是維持植物體內(nèi)滲透水分平衡、穩(wěn)定細(xì)胞結(jié)構(gòu)和滲透勢(shì)、清除過(guò)量積累的ROS 從而保護(hù)植物細(xì)胞免受鹽脅迫的傷害[15]。

1.1.2 離子脅迫 離子脅迫對(duì)植物造成的傷害包括離子毒害和離子吸收不平衡（即營(yíng)養(yǎng)虧缺）[16]。植物體內(nèi)各種營(yíng)養(yǎng)元素處于代謝平衡狀態(tài)時(shí)植物才能正常生長(zhǎng)發(fā)育。鈉是地球上第六大豐富的元素，鈉鹽在世界上許多鹽堿地中占主導(dǎo)地位[17]。在高鹽環(huán)境下，植物體內(nèi)大量積累Na+和Cl-造成離子毒害。高濃度的Na+和Cl-對(duì)植物細(xì)胞膜系統(tǒng)造成毒害，導(dǎo)致植物細(xì)胞膜透性增大，細(xì)胞代謝失調(diào)。由于細(xì)胞中大量Na+和Cl-的累積，干擾了Mg2+、K+和Ca2+等離子的吸收，引起離子虧缺。在鹽脅迫下，Na+會(huì)競(jìng)爭(zhēng)性地抑制K+，兩者此消彼長(zhǎng)，K+的虧缺會(huì)造成光合速率的下降；缺少M(fèi)g2+會(huì)使植物細(xì)胞內(nèi)的葉綠素含量減少，光合作用減弱；缺Ca2+時(shí)，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)受到破壞。細(xì)胞內(nèi)的離子平衡遭到破壞，離子吸收不平衡引起營(yíng)養(yǎng)虧缺，導(dǎo)致植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育受到影響[18]。過(guò)量的Cl-會(huì)抑制硝酸根（NO3-）和磷酸二氫根（H2PO4-）的吸收，造成離子紊亂，也可抑制脫氫酶活性，引起植物代謝紊亂，還會(huì)破壞植物體內(nèi)一些細(xì)胞及亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)壁分離，葉綠素含量及其光合強(qiáng)度降低[19]。

1.1.3 氧化脅迫 鹽誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致ROS 的大量產(chǎn)生，ROS 包括超氧化物（O2-）、羥基自由基（-OH）和過(guò)氧化氫（H2O2）等。在鹽脅迫下，植物葉綠體類囊體中的光系統(tǒng)I（PSI）和光系統(tǒng)II（PSII）反應(yīng)中心是ROS 產(chǎn)生的主要部位，當(dāng)葉綠體或線粒體中的O2與PSI 呼吸電子傳遞鏈中電子反應(yīng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生O2-，O2-在自然歧化下或在超氧化物歧化 酶（SOD）催 化 下 形 成 H2O2，H2O2再 經(jīng)Haber-Weiss 或Fenton 反應(yīng)形成-OH[20]。ROS 大量積累會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞蛋白質(zhì)變性、酶活性受損、細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化、核酸降解、碳水化合物氧化以及色素分解，對(duì)細(xì)胞造成損傷，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[21]。

1.2 植物對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)機(jī)制

1.2.1 植物對(duì)鹽脅迫的傳感機(jī)制 鹽脅迫可以誘導(dǎo)植物中的滲透脅迫和離子脅迫。為了避免土壤中高濃度鹽分對(duì)植物造成損害，植物必須進(jìn)化出感知鹽脅迫和將信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)部并調(diào)整細(xì)胞反應(yīng)的能力[22]。目前尚不完全了解植物是通過(guò)什么途徑感知過(guò)量的Na+，也不知道植物是否具有Na+傳感器或受體。而研究人員發(fā)現(xiàn)許多非生物脅迫，包括高鹽度、干旱和寒冷，會(huì)在幾秒鐘到幾分鐘內(nèi)引發(fā)胞漿Ca2+濃度的增加[23]。因此，鑒定在應(yīng)激條件下Ca2+快速流入細(xì)胞內(nèi)所需的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白或其他成分被認(rèn)為是發(fā)現(xiàn)應(yīng)激傳感器的有效方法。根據(jù)高滲透壓誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度迅速增加這一現(xiàn)象，研究人員發(fā)現(xiàn)了Ca2+滲透通道蛋白，該蛋白被鑒定為滲透感受器（OSCA1）[24]。OSCA1基因突變阻礙了保護(hù)細(xì)胞和根細(xì)胞中滲透脅迫誘導(dǎo)的Ca2+信號(hào)傳導(dǎo)，導(dǎo)致氣孔關(guān)閉和根生長(zhǎng)量減少。研究人員最近使用類似的篩選策略確定了誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)Ca2+增加的陽(yáng)離子通道蛋白基因，它編碼一種葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶（MOCA1），參與糖基肌醇磷酸神經(jīng)酰胺（GIPC）鞘脂的生物合成，是胞漿Ca2+響應(yīng)離子脅迫而非滲透脅迫時(shí)所必需的。GIPC 被證明可以直接與Na+結(jié)合并調(diào)節(jié)Ca2+進(jìn)入胞質(zhì)溶膠[25]。然而，哪些Ca2+通道參與了這一過(guò)程，以及Na+與GIPC 的結(jié)合如何激活Ca2+通道仍然未知。鈣調(diào)磷酸酶B 樣蛋白（CBLs）結(jié)合Ca2+并通過(guò)與蛋白激酶（CIPKs）相互作用引起蛋白磷酸化，介導(dǎo)Ca2+從細(xì)胞流出。多年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)不同的CBL-CIPK 通過(guò)接收Ca2+信號(hào)來(lái)協(xié)調(diào)細(xì)胞對(duì)Na+的反應(yīng)[26]。鹽過(guò)度敏感（SOS）通路是典型的CBL-CIPK 通路，在植物中普遍存在。鹽處理在2 h 以內(nèi)激活SOS 途徑，從而激活SOS2 激酶和SOS1 Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，增加Na+外流，減輕細(xì)胞損傷[27]。

除了通過(guò)離子信號(hào)傳導(dǎo)感知鹽脅迫外，植物還可以通過(guò)識(shí)別鹽濃度誘導(dǎo)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化來(lái)感知鹽脅迫。高濃度鹽會(huì)使細(xì)胞迅速降低膨壓，這是滲透脅迫介導(dǎo)的水分損失的結(jié)果。質(zhì)外體中離子的過(guò)度積累會(huì)影響細(xì)胞壁成分的穩(wěn)定，細(xì)胞壁糖蛋白或質(zhì)膜定位的受體樣蛋白激酶（FER）可感知這些組分的變化，這些過(guò)程會(huì)誘導(dǎo)許多應(yīng)激反應(yīng)基因的表達(dá)，包括富含羥脯氨酸的糖蛋白（HRGP）、細(xì)胞壁相關(guān)激酶（WAKs）和植物類受體激酶（CrRLK1L）家族蛋白[28]。WAKs 能夠與果膠和Ca2+結(jié)合，過(guò)量的Na+可能會(huì)影響二者相互作用，從而觸發(fā)鹽脅迫應(yīng)激信號(hào)[29]。

1.2.2 植物對(duì)鹽脅迫的調(diào)節(jié)機(jī)制 外界鹽分進(jìn)入細(xì)胞的第一道屏障就是植物的質(zhì)膜。在鹽脅迫環(huán)境下，過(guò)量積累的ROS 會(huì)導(dǎo)致質(zhì)膜中脂質(zhì)的過(guò)氧化，質(zhì)膜的正常生理功能受到傷害。丙二醛（MDA）是膜脂過(guò)氧化最直接的產(chǎn)物之一，MDA 的含量可以作為鹽脅迫的一個(gè)重要判定指標(biāo)。在鹽脅迫下植物細(xì)胞膜的孔隙變大，通透性增強(qiáng)，植物通過(guò)滲透調(diào)節(jié)作用來(lái)抵御鹽脅迫危害[30]。植物體內(nèi)主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)有Pro、可溶性糖和可溶性蛋白等。Pro水溶性很強(qiáng)，其含量的增加可幫助植物細(xì)胞和組織鎖住水分進(jìn)而防止細(xì)胞脫水，它也是最有效的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一[31]。在水分脅迫下，植物會(huì)積累Pro來(lái)提高原生質(zhì)的滲透壓[32]。代謝組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)分析表明，脯氨酸等氨基酸和肌醇等多元醇在大麥根系耐鹽反應(yīng)中發(fā)揮重要作用[33]。無(wú)機(jī)離子（如Na+）也可以用作滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，前提是將Na+固定在液泡中以降低細(xì)胞毒性[34]。對(duì)于植物來(lái)說(shuō)，無(wú)機(jī)離子的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和固存可能是應(yīng)對(duì)滲透脅迫的一種有效方法。

在逆境脅迫下植物還會(huì)積累大量的ROS，造成氧化破壞，損傷細(xì)胞膜系統(tǒng)，嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。為了有效減輕ROS 傷害，植物進(jìn)化出了活性氧保護(hù)酶系統(tǒng)，形成了在脅迫環(huán)境下的自我防御系統(tǒng)[35]。植物體內(nèi)用于清除過(guò)量ROS 的酶主要有過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）和谷胱甘肽光氧化物酶（GSH-Px）等[36]。在鹽脅迫下，各種抗氧化酶同時(shí)或不同時(shí)地發(fā)揮作用來(lái)緩解氧化傷害。SOD 是清除ROS 的第一道防線[37]。在抗氧化酶體系中SOD 將O2-轉(zhuǎn)化為毒性比較輕的H2O2，CAT 和POD 可催化H2O2生成H2O 和其他產(chǎn)物，從而維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定和完整[38]。

2 瓜菜作物耐鹽基因研究進(jìn)展

轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是位于植物體內(nèi)生物膜系統(tǒng)上與離子轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的一些蛋白，對(duì)細(xì)胞內(nèi)外離子穩(wěn)態(tài)具有重要作用。在前人的研究中發(fā)現(xiàn)許多植物中都存在與耐鹽性相關(guān)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，如Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（SOS1 和NHX）[39]、內(nèi)向整流K+通道蛋白（SPIK、AKT 和KAT）[40]、外向整流K+通道蛋白（MIRK、GORK 和SKOR）[41]、高親和力K+轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白（HAK、HKT 和KT）[42]等，這些轉(zhuǎn)運(yùn)體主要參與Na+和K+的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和固存，在鹽脅迫下維持植物體內(nèi)Na+/K+穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。此外還有一些陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，如陰離子通道相關(guān)蛋白（NPF、CLC）[43]等，這些轉(zhuǎn)運(yùn)體主要參與Cl-轉(zhuǎn)運(yùn)和固存。

2.1 SOS通路相關(guān)基因

SOS 途徑是植物調(diào)控Na+運(yùn)輸?shù)闹匾緩剑舛罐Ⅴ；}結(jié)合蛋白SOS3、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶SOS2 和質(zhì)膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SOS1，該途徑已在擬南芥中得到驗(yàn)證[44]。SOS 調(diào)控途徑的主要機(jī)制是鹽脅迫誘導(dǎo)的鈣信號(hào)首先激活SOS3 和SOS2 形成蛋白激酶復(fù)合物SOS3-SOS2，該復(fù)合物磷酸化激活SOS1，促進(jìn)細(xì)胞中Na+外流[45]。SOS1也可能以磷脂酶D（PLD）信號(hào)通路依賴的方式磷酸化。高Na+濃度增強(qiáng)PLDα1 酶活性，導(dǎo)致磷脂酸（PA）作為脂質(zhì)第二信使快速積累，PA 耦合有絲分裂原活化蛋白激酶6（MPK6），可以直接磷酸化激活SOS1[46]。除了擬南芥，在茄子[47]、西瓜[48]、黃瓜[49]和番茄[50]中也具有Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SOS1。通過(guò)分析SOS1 基因的表達(dá)模式和SOS1 突變體中的離子濃度，表明SOS1 對(duì)調(diào)節(jié)離子穩(wěn)態(tài)有幾方面作用：（1）Na+從根流出；（2）減緩Na+在細(xì)胞質(zhì)中的積累，為Na+在液泡中的儲(chǔ)存留出時(shí)間；（3）控制根和葉之間的Na+長(zhǎng)距離運(yùn)輸[51]。在缺乏液泡的細(xì)胞中，如根尖細(xì)胞中，也表現(xiàn)出較高的SOS1 活性，但這種Na+轉(zhuǎn)運(yùn)的缺點(diǎn)是失去了質(zhì)膜H+梯度。SOS1 表達(dá)水平的提高會(huì)增強(qiáng)植物對(duì)Na+的耐受性[52]，番茄中SlDof22可以與SlSOS1基因的啟動(dòng)子結(jié)合，抑制Sl-Dof22會(huì)導(dǎo)致SlSOS1基因顯著下調(diào)，從而導(dǎo)致番茄耐鹽性降低[53]。Lu 等[54]研究發(fā)現(xiàn)C 型Cyclin1；1 蛋白通過(guò)干擾WRKY75 介導(dǎo)的SOS1 轉(zhuǎn)錄激活來(lái)負(fù)調(diào)控?cái)M南芥耐鹽性。

2.2 Na+轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因

液泡膜中的Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（NHX）依靠H+-ATPase 和H+-PPase 產(chǎn)生的質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力，介導(dǎo)Na+的跨膜運(yùn)輸，促進(jìn)Na+在液泡中積累。AtNHX及其同源基因在擬南芥和番茄[55]、黃瓜[56]等植物中過(guò)表達(dá)可導(dǎo)致植物耐鹽性增強(qiáng)[57]。甜瓜液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白CmNHX1基因在甜瓜根、莖、葉中均有表達(dá)[58]，且在鹽脅迫條件下，隨著NaCl 濃度的增加和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，根中CmNHX1表達(dá)顯著增強(qiáng)，葉片表達(dá)下降。CmNHX1可以提高鹽敏感型酵母對(duì)NaCl 的抗性，說(shuō)明CmNHX1具有轉(zhuǎn)運(yùn)Na+的功能，在甜瓜適應(yīng)鹽脅迫過(guò)程中起著重要作用[59]。

最近的研究表明，NHX 型蛋白對(duì)K+進(jìn)入液泡和細(xì)胞pH 穩(wěn)態(tài)具有重要作用。大白菜液泡中BrNHX02和BrNHX09在鹽脅迫下均有不同程度的響應(yīng)[60]。黃瓜中Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因CsNHX1的表達(dá)可將Na+固存于液泡中，進(jìn)而降低細(xì)胞中的Na+含量，緩解鹽脅迫下黃瓜幼苗的損傷[61]。擬南芥AtNHX1同源基因在轉(zhuǎn)基因番茄中過(guò)表達(dá)提高了液泡K+濃度以及促進(jìn)K+從根到莖的運(yùn)輸，這對(duì)植物在鹽脅迫下存活是有益的，因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)K+/Na+比值的增大減輕了Na+脅迫的影響[62]。液泡NHX Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在滲透調(diào)節(jié)、細(xì)胞生長(zhǎng)和植物發(fā)育中發(fā)揮多種作用，而質(zhì)膜NHX Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)至關(guān)重要，可能參與囊泡運(yùn)輸、蛋白質(zhì)加工和離子轉(zhuǎn)運(yùn)。研究表明，包括NHXs 在內(nèi)的質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白通過(guò)控制細(xì)胞器pH 值和離子穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)植物耐鹽性[63]。Na+也通過(guò)高親和性K+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（HAK）家族進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)[63]。玉米中的HAK 家族轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ZmHAK4及其在水稻和小麥中的同源物可特異性地轉(zhuǎn)運(yùn)Na+，通過(guò)促進(jìn)Na+在根中固存來(lái)增強(qiáng)玉米耐鹽性[64]。

2.3 K+轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因

與Na+一樣，K+的吸收和分布對(duì)維持K+/Na+平衡至關(guān)重要。向內(nèi)整流K+通道KAT1 和AKT1 被證明可以增強(qiáng)植物耐鹽性。目前在甜瓜中報(bào)道的屬于Shaker 家族的K+通道基因MIRK，主要在甜瓜葉片和初期發(fā)育的果實(shí)中表達(dá)，在根中不表達(dá)，其中主要在葉片的保衛(wèi)細(xì)胞膜中表達(dá)[65-66]。將甜瓜MIRK基因轉(zhuǎn)入擬南芥中，在NaCl 處理下，轉(zhuǎn)基因植株的葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm和葉綠素含量均高于對(duì)照，相對(duì)電導(dǎo)率僅為對(duì)照的57.7%，說(shuō)明MIRK基因的過(guò)表達(dá)增強(qiáng)了擬南芥的耐鹽性[67]。MIRK的表達(dá)量還與甜瓜葉片氣孔的開(kāi)關(guān)高度相關(guān)，在鹽處理下，MIRK在耐鹽品種中的表達(dá)量高于在鹽敏感品種中的表達(dá)量，其氣孔閉合度也較小，說(shuō)明其可能在調(diào)節(jié)K+運(yùn)輸、控制氣孔開(kāi)關(guān)和平衡CO2的交換中有重要作用，有助于增強(qiáng)甜瓜的耐鹽性[68]。

在甜瓜中的另一個(gè)Shaker 家族K+通道蛋白SKOR 位于質(zhì)膜上，CmSKOR主要在根中表達(dá)，在莖和葉中表達(dá)量較少，在爪蟾卵母細(xì)胞中表達(dá)，表現(xiàn)出典型的向外整流K+電流。此外，外源K+和Na-Cl 處理均可誘導(dǎo)CmSKOR上調(diào)表達(dá)，提高甜瓜莖部K+含量。這些結(jié)果表明CmSKOR對(duì)甜瓜耐鹽性的增強(qiáng)有重要作用[69]。此外有研究表明擬南芥中的AtSKOR在調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)離子穩(wěn)態(tài)和抵抗非生物脅迫中同樣發(fā)揮重要作用[70]。

擬南芥Shaker 家族的內(nèi)向整流K+通道蛋白基因AtKC1，鹽脅迫下在葉片中顯著上調(diào)表達(dá)，表明該蛋白可在適應(yīng)鹽脅迫中發(fā)揮重要作用[71]。大麥內(nèi)向整流K+通道蛋白基因HvAKT1，鹽脅迫下有助于維持葉肉細(xì)胞中K+濃度，這對(duì)維持細(xì)胞內(nèi)K+/Na+平衡至關(guān)重要[72]。王立民等[73]鑒定了黃瓜和西瓜中Shaker 家族的CsKAT2和ClKAT2基因，在保護(hù)細(xì)胞中高度表達(dá)，這2 個(gè)基因都編碼向內(nèi)整流K+通道蛋白，該蛋白對(duì)K+的選擇性高于其他單價(jià)陽(yáng)離子，且主要在莖部轉(zhuǎn)運(yùn)K+，這對(duì)維持植株K+穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。以上結(jié)果表明Shaker 家族K+通道蛋白可以通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)K+來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞離子穩(wěn)態(tài)，從而增強(qiáng)植株耐鹽性。

2.4 Cl-轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因

研究表明，鹽脅迫下Cl-對(duì)植株毒害要比Na+更大[74]。植物中參與Cl-轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白有NPF 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和Cl-/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白CLC 等。鹽脅迫下，NPF 家族NPF2.4 和NPF2.5 參與Cl-運(yùn)輸[75]。鹽脅迫下，黃瓜CsNPF2.4參與Cl-在地上部與地下部之間的長(zhǎng)距離運(yùn)輸和在根木質(zhì)部的儲(chǔ)存[76]。Shelden 等[77]研究發(fā)現(xiàn)大麥HvNPF2.4也參與Cl-的長(zhǎng)距離運(yùn)輸，高濃度的Cl-在根木質(zhì)部固存，而葉片中Cl-含量降低，保護(hù)了葉肉細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性，防止葉綠素降解，從而提高大麥植株的耐鹽性。AtNPF2.5亞細(xì)胞定位于根皮層細(xì)胞，與野生型植株相比，過(guò)表達(dá)AtNPF2.5基因使擬南芥植株嫩芽中的Cl-含量明顯減少，根部積累增多，這表明AtNPF2.5參與Cl-長(zhǎng)距離運(yùn)輸，從而增強(qiáng)植株耐鹽性[78]。CLC 家族是定位于液泡膜上的Cl-轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，劉迅等[79]研究發(fā)現(xiàn)陸地棉GhCLC5/16基因沉默后植株根部在鹽脅迫下的Cl-含量顯著降低，而在葉片中含量升高，植株耐鹽性下降。大豆GmCLC1編碼定位在液泡膜的Cl-/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，可將細(xì)胞質(zhì)中過(guò)量的Cl-轉(zhuǎn)運(yùn)至液泡以維持鹽脅迫下植株的離子穩(wěn)態(tài)[80]。鹽脅迫下GmCLC1上調(diào)表達(dá)，大豆根中Cl-含量增高，但地上部的Cl-含量變化不明顯，植株地上部維持較低的Cl-含量，耐鹽性增強(qiáng)[81]。

2.5 抗氧化途徑相關(guān)基因

ROS 具有很強(qiáng)的氧化能力，可引起細(xì)胞質(zhì)膜損傷、不可逆代謝功能障礙和細(xì)胞死亡。在高鹽環(huán)境下，ROS 的大量合成擾亂了細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致細(xì)胞中大分子物質(zhì)氧化受損[82]。植物通過(guò)合成清除ROS 的抗氧化酶和非酶抗氧化劑來(lái)應(yīng)對(duì)這種不利影響[83]。耐鹽番茄在200 mmol·L-1NaCl 脅迫下，抗氧化酶的表達(dá)水平也高于鹽敏感番茄，表明耐鹽番茄植株具有更強(qiáng)的ROS 清除能力[84]。馮曉慧等[85]研究也表明，辣椒中小型熱休克蛋白合成基因CaHsp25.9的過(guò)表達(dá)可提高SOD 和GSH-Px 的豐度和活性，從而減少ROS 的積累，使植株耐鹽性提高。寺漁陽(yáng)等[86]研究表明黃瓜韌皮部蛋白合成基因CsPP2-A1通過(guò)滲透調(diào)節(jié)和ROS 清除提高黃瓜耐鹽能力。這些研究結(jié)果都表明清除細(xì)胞內(nèi)ROS，保護(hù)細(xì)胞中大分子物質(zhì)免受氧化應(yīng)激的影響，能提高植物的耐鹽性和存活率。

2.6 響應(yīng)鹽脅迫的轉(zhuǎn)錄因子基因

在外界脅迫信號(hào)刺激下，一些參與應(yīng)激反應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)調(diào)控相應(yīng)基因的表達(dá)，合成抗性相關(guān)蛋白或代謝產(chǎn)物來(lái)抵御脅迫危害[87]。NAC 轉(zhuǎn)錄因子是植物中特有的一類轉(zhuǎn)錄因子家族。有研究表明NAC 轉(zhuǎn)錄因子家族基因在受到鹽脅迫刺激后，可調(diào)控不同應(yīng)激反應(yīng)基因的表達(dá)。在番茄中，Sl-NAP1通過(guò)參與調(diào)節(jié)離子平衡和ROS 代謝，顯著提高了番茄植株的耐鹽性[88]。黃瓜中的CsNAC35是擬南芥NAC 家族轉(zhuǎn)錄因子RD26 的直系同源物，被證實(shí)對(duì)鹽脅迫高度敏感且在激素信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用[89]。辣椒NAC 家族中CaNAC36在耐鹽型辣椒中高表達(dá)，而在鹽敏感型辣椒中表達(dá)量較低，說(shuō)明CaNAC36對(duì)辣椒鹽脅迫耐受性有積極作用[90]。在大田作物中，大豆GmNAC109通過(guò)正調(diào)控生長(zhǎng)素應(yīng)答基因AtAIR3和負(fù)調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子基因At-ARF2的表達(dá)，促進(jìn)了植株側(cè)根的形成，對(duì)高鹽脅迫表現(xiàn)出更強(qiáng)的耐受性[91]。水稻OsSNAC2和OsNAC6通過(guò)調(diào)控下游基因的表達(dá)，提高了清除細(xì)胞內(nèi)ROS的能力，這對(duì)水稻在鹽脅迫下生長(zhǎng)至關(guān)重要[92]。

此外，ZIP、MYB、WRKY 等轉(zhuǎn)錄因子家族的多個(gè)基因在鹽脅迫刺激下，可通過(guò)調(diào)控下游基因的表達(dá)，激活離子通道來(lái)調(diào)節(jié)離子穩(wěn)態(tài)、積累溶質(zhì)減輕滲透脅迫、激活抗氧化防御機(jī)制來(lái)降低氧化脅迫的危害[93]。辣椒HD-ZIP II 基因CaHB1在轉(zhuǎn)基因番茄植株中過(guò)表達(dá)增強(qiáng)了番茄植株的耐鹽性[94]。茄子SmMYB39過(guò)表達(dá)可增強(qiáng)植株光合作用，提高植株的耐鹽性，同時(shí)降低了葉片中MDA 含量，減輕了ROS 引起的膜脂過(guò)氧化程度[95]。番茄Slmyb49的過(guò)表達(dá)可顯著提高植株的耐鹽性，過(guò)表達(dá)的轉(zhuǎn)基因植株的葉綠素含量和光合速率均明顯提高[96]。WRKY 轉(zhuǎn)錄因子家族在調(diào)節(jié)鹽脅迫反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用。番茄SlWRKY3通過(guò)提高植株抗氧化酶活性來(lái)提高植株的耐鹽性[97]。 甜瓜CmWRKY41過(guò)表達(dá)后植株脯氨酸含量增加，耐鹽能力明顯增強(qiáng)[98]。

3 展 望

我國(guó)鹽漬化土壤分布廣泛，耕作方式不科學(xué)導(dǎo)致的土壤次生鹽漬化日益嚴(yán)重。瓜菜作物生長(zhǎng)周期短，化學(xué)肥料的過(guò)量施用可導(dǎo)致土壤鹽分大量積累產(chǎn)生次生鹽漬化。鹽脅迫是影響瓜菜作物生長(zhǎng)發(fā)育最主要的非生物脅迫之一，它通過(guò)滲透脅迫、離子毒害以及氧化脅迫等來(lái)影響植株生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量。近年來(lái)，很多研究者聚焦于瓜菜作物的耐鹽性研究，挖掘出了很多瓜菜作物耐鹽基因，涉及鹽脅迫早期信號(hào)感知與傳導(dǎo)、細(xì)胞內(nèi)外離子轉(zhuǎn)運(yùn)以及ROS 的平衡，這對(duì)進(jìn)一步解析瓜菜作物耐鹽機(jī)制具有重要意義，但鹽脅迫的響應(yīng)機(jī)制還有很多未知之處。比如，植物是如何在鹽脅迫早期感知過(guò)量的鹽，即在細(xì)胞膜上尋找Na+傳感器；植物如何協(xié)調(diào)不同細(xì)胞或組織間的離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，保證短時(shí)間內(nèi)將過(guò)量的Na+排出、轉(zhuǎn)運(yùn)或固存；哪些基因是關(guān)鍵耐鹽基因，如何利用這些基因開(kāi)展耐鹽資源的創(chuàng)制和品種選育；不同外界環(huán)境（溫、光、水、氣、土等）如何影響植株的耐鹽性；不同發(fā)育階段植株的耐鹽性不同，如何提高或改善作物整個(gè)生育期耐鹽性等問(wèn)題還需進(jìn)一步的探索研究。