牛帥科，董宣，趙艷卓，陳展，宣立鋒，張志超，楊麗麗，王廣海*

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院石家莊果樹(shù)研究所，河北石家莊 050064；2.中糧華夏長(zhǎng)城葡萄酒有限公司，河北秦皇島 066600)

據(jù)報(bào)道，全球超過(guò)20%的農(nóng)業(yè)用地受鹽脅迫危害[1]。2019年聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）報(bào)告顯示，我國(guó)的鹽堿地約有1億公頃[2]，主要位于東北、西北、華北和長(zhǎng)江中上游地區(qū)[3]，而這些地區(qū)恰好是我國(guó)葡萄的主栽區(qū)域。此外，由于環(huán)境的逐漸惡化，加上灌溉水質(zhì)量不均和不合理施肥等，均加劇了鹽脅迫對(duì)葡萄生長(zhǎng)的影響。當(dāng)葡萄面臨鹽脅迫時(shí)，會(huì)因滲透勢(shì)提高，使植株水分吸收受到抑制，加上Na+、Mg2+、Cl-等過(guò)高積累引起的離子毒性[4-5]，最終影響葡萄的產(chǎn)量與品質(zhì)。因此，本文探討了葡萄對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)，綜述近年來(lái)此方面的研究進(jìn)展，以期為葡萄抗鹽栽培技術(shù)開(kāi)發(fā)和耐鹽品種選育提供理論依據(jù)。

1 鹽脅迫對(duì)葡萄生長(zhǎng)發(fā)育的影響

由于葡萄根系直接與土壤接觸，當(dāng)發(fā)生鹽脅迫時(shí)，根系首先感知脅迫信號(hào)，表現(xiàn)為根細(xì)胞膜的通透性增加，滲透勢(shì)降低，根系活性降低，在這一過(guò)程中還會(huì)伴隨自身能量物質(zhì)的消耗[6-7]。當(dāng)鹽脅迫超過(guò)一定閾值后，會(huì)進(jìn)一步抑制地上部的生長(zhǎng)[8]。研究發(fā)現(xiàn)，葡萄的根冠比與鹽脅迫程度呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明葡萄根系相較于地上部分對(duì)鹽脅迫更加敏感[9]。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，降低根組織密度可以減少呼吸作用和養(yǎng)分需求，降低維持代謝的能量，提高根表面積/根干質(zhì)量的比值（Specific Root Area，SRA），所以，SRA往往用來(lái)衡量鹽脅迫對(duì)根系的影響程度[10]。前人研究表明，鹽脅迫顯著提升葡萄、橄欖及圣柳等[9-11]植物的SRA值。此外，根系可以通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞結(jié)構(gòu)響應(yīng)鹽脅迫過(guò)程，當(dāng)發(fā)生鹽脅迫時(shí)，植物根系表皮的木栓化程度增加，形成疏水性屏障，從而降低離子和水分吸收[12]。如轉(zhuǎn)錄因子WRKY9能夠調(diào)控CYP94B3和CYP86B1的表達(dá)，提高根部木栓化程度，進(jìn)而增強(qiáng)擬南芥對(duì)鹽脅迫的耐受性[13]。楊雪等[14]研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫能夠誘導(dǎo)‘克瑞森無(wú)核’和‘1103P’葡萄組培苗根部栓質(zhì)層厚度增加。

鹽脅迫往往會(huì)影響葡萄葉片的組織結(jié)構(gòu)。葉綠體是進(jìn)行光合作用的主要場(chǎng)所，其完整性是保障葡萄葉片能夠正常進(jìn)行光合作用的關(guān)鍵因素。由于葉綠體對(duì)鹽脅迫極其敏感，當(dāng)葡萄面臨鹽脅迫時(shí)，會(huì)抑制葉綠體色素合成酶的活性，使葉綠體膜系統(tǒng)受損，加快葉綠素的分解，從而影響葉綠體功能，因此，葉片中葉綠素含量能夠體現(xiàn)葡萄遭受鹽脅迫的損害程度[8]。秦嶺等[15]研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫導(dǎo)致葡萄葉片的表皮細(xì)胞、柵欄組織與海綿組織的厚度增加，使類(lèi)囊體腫脹，葉綠素含量降低。李學(xué)孚等[16]發(fā)現(xiàn)，隨著鹽脅迫程度的增強(qiáng)，‘鄞紅’葡萄葉片的柵欄組織形狀逐漸不規(guī)則，海綿組織與柵欄組織細(xì)胞數(shù)量降低，且細(xì)胞間隙增大，葉綠體結(jié)構(gòu)異常，葉綠素含量隨脅迫程度增強(qiáng)而降低。

近幾年來(lái)圍繞鹽脅迫對(duì)葡萄果實(shí)品質(zhì)的影響開(kāi)展了一系列研究。孫紅等[17]利用不同濃度的NaCl對(duì)葡萄葉片進(jìn)行噴施后發(fā)現(xiàn)，中濃度（50 mmol?L-1）處理后果實(shí)的可溶性固形物與花青素含量明顯提高，高濃度（100 mmol?L-1）則不利于可溶性固形物和花青素的積累，同時(shí)證明了無(wú)論何種程度的鹽脅迫均不利于果實(shí)芳香物質(zhì)的積累。對(duì)局部根系進(jìn)行適度NaCl處理后能夠顯著提高葡萄果實(shí)可溶性固形物含量，降低可滴定酸含量，并提高果實(shí)中香氣物質(zhì)的種類(lèi)與濃度[18]。趙攀等[19]對(duì)‘赤霞珠’果穗噴施NaCl后發(fā)現(xiàn)，鹽處理會(huì)抑制果實(shí)的成熟，不利于果實(shí)品質(zhì)的提高。孫洋等[20]利用0.3%的NaCl溶液對(duì)轉(zhuǎn)色期的‘摩爾多瓦’葡萄進(jìn)行灌溉處理后發(fā)現(xiàn)，鹽處理提高了果實(shí)的可溶性固形物及可滴定酸含量，降低了花青素的積累。以上研究表明，合理利用鹽脅迫能夠在一定程度上提高葡萄果實(shí)的品質(zhì)。

2 鹽脅迫對(duì)葡萄生理生化的影響

2.1 鹽脅迫對(duì)光合作用的影響

在植物面臨鹽脅迫時(shí)，往往通過(guò)氣孔或非氣孔因素抑制葉片的光合作用。當(dāng)葉片的凈光合速率、胞間CO2濃度、光化學(xué)猝滅系數(shù)等指標(biāo)隨著氣孔導(dǎo)度的降低而降低時(shí)，主要為氣孔因素導(dǎo)致；而當(dāng)胞間CO2濃度先降后升、非光化學(xué)猝滅系數(shù)逐漸升高，但光合速率降低時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)榉菤饪滓蛩?，此時(shí)的鹽脅迫會(huì)降解光系統(tǒng)PSII反應(yīng)中心的放氧復(fù)合體，損傷葉綠體，抑制葉片光合作用的電子傳遞過(guò)程[21-22]。研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽脅迫程度增加，‘鄞紅’葡萄葉片的氣孔導(dǎo)度、凈光合速率顯著降低，且呈線性關(guān)系，在脅迫后期胞間CO2濃度升高，推測(cè)這主要為非氣孔因素導(dǎo)致[16]。

2.2 鹽脅迫對(duì)離子平衡的影響

一般情況下鹽脅迫往往是由土壤中Na+及Cl-的過(guò)量積累所引發(fā)[23]，Na+與K+可以通過(guò)相同的轉(zhuǎn)運(yùn)體進(jìn)入植物細(xì)胞，導(dǎo)致兩者形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系[24]。K+在植物體內(nèi)發(fā)揮多種功能，如參與滲透調(diào)節(jié)、蛋白質(zhì)合成、調(diào)節(jié)酶活性、維持細(xì)胞膨壓和保障光合作用，因此，維持細(xì)胞內(nèi)Na+、K+平衡是決定植物在鹽脅迫下生存能力的關(guān)鍵因素[25]。Lupo等[9]利用NaCl對(duì)‘SO4’‘瑞克特’‘1103P’砧木進(jìn)行處理后發(fā)現(xiàn)，葡萄葉片中Na+含量顯著低于Cl-，而在根中這種差異并不明顯，認(rèn)為根與莖中的Na+貯存能力是葡萄耐受鹽脅迫的關(guān)鍵因素，正因如此，葡萄葉片中的Na+/K+值不適合作為評(píng)判耐受鹽脅迫指標(biāo)，但根系Na+/K+值可作為長(zhǎng)期鹽脅迫下葡萄的耐鹽性指標(biāo)。

2.3 鹽脅迫對(duì)葡萄活性氧（ROS）的影響

由于鹽脅迫提高了細(xì)胞的滲透勢(shì)，及Na+、Cl-等的過(guò)量積累，這就會(huì)增加植物體內(nèi)ROS含量。ROS可以作為信號(hào)分子發(fā)揮作用，但過(guò)量的ROS會(huì)引發(fā)氧化脅迫，破壞蛋白質(zhì)、DNA和細(xì)胞脂質(zhì)等生物大分子物質(zhì)，從而對(duì)植物細(xì)胞造成損傷[26]。在這一過(guò)程中，丙二醛（MDA）是膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物，其含量能夠體現(xiàn)植株的損傷程度[27]。為了平衡ROS造成的危害，葡萄能夠通過(guò)體內(nèi)的超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、過(guò)氧化物酶（POD）、抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）等物質(zhì)清除過(guò)量的ROS[28]。付晴晴等[29]對(duì)盆栽砧木苗進(jìn)行100 mmol?L-1NaCl脅迫處理發(fā)現(xiàn)，A34具有較強(qiáng)的耐鹽性，其根系活力降低幅度以及O2產(chǎn)生速率、H2O2和MDA含量的升高幅度均較小，鹽脅迫后的抗氧化酶活性表現(xiàn)快速升高然后小幅降低的趨勢(shì)。Aazami等[30]發(fā)現(xiàn)，利用殼聚糖基水楊酸納米復(fù)合材料對(duì)土壤進(jìn)行處理后，能夠顯著降低葡萄在鹽脅迫下MDA含量，并顯著提高SOD、POD、CAT及APX等的活性，進(jìn)而提高葡萄對(duì)鹽脅迫的耐受性。除酶類(lèi)物質(zhì)外，一些代謝產(chǎn)物也具有清除ROS的能力。研究表明，鹽脅迫能夠誘導(dǎo)植物花青素的積累，增強(qiáng)對(duì)ROS的清除能力，進(jìn)而降低其對(duì)鹽脅迫的敏感性[31]。Souid等[32]研究表明，鹽脅迫能夠促進(jìn)葡萄白藜蘆醇及其衍生物的合成，從而提高抗氧化能力。

2.4 鹽脅迫對(duì)葡萄激素的影響

植物激素如赤霉素（GA）、脫落酸（ABA）、生長(zhǎng)素（IAA）、細(xì)胞分裂素（CTK）、乙烯（Eth）、油菜素內(nèi)酯（BR）等在植物不同發(fā)育階段、不同組織或環(huán)境條件下發(fā)揮復(fù)雜且高效的作用[33-34]，植物能夠通過(guò)調(diào)控多種激素的合成、運(yùn)輸和代謝過(guò)程應(yīng)答鹽脅迫[35]。

鹽脅迫誘導(dǎo)植物ABA的合成，而ABA具有調(diào)節(jié)葉片氣孔的關(guān)閉、抑制植物側(cè)根的形成、參與葡萄萌芽、加速果實(shí)成熟、促進(jìn)胞內(nèi)保護(hù)性蛋白的合成等多種功能[36-38]。Upreti等[39]發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫提高了葡萄砧木中ABA的合成，并且不同砧木的抗鹽能力與體內(nèi)ABA合成能力成正比。ABA往往通過(guò)受體蛋白PYR/PYL的介導(dǎo)，誘導(dǎo)一系列含有ABA響應(yīng)原件（ABRE）的基因表達(dá)來(lái)抵抗鹽脅迫[40]。如VaPYL4能夠提高轉(zhuǎn)基因擬南芥對(duì)鹽脅迫的耐受性[41]。

鹽脅迫抑制根系的生長(zhǎng)與生長(zhǎng)素合成減少相關(guān)[42]。生長(zhǎng)素通過(guò)受體蛋白Transport Inhibitor Response 1（TIR1）和Auxin Signalling F-box（AFB）的介導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄抑制因子Auxin/Indoleacetic acid（AUX/IAA）發(fā)生互作，形成SCFTIR1/AFB復(fù)合體，將其泛素化并降解，解除對(duì)Auxin Response Factors（ARFs）的抑制作用，激活由生長(zhǎng)素誘導(dǎo)的基因表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育與脅迫響應(yīng)過(guò)程[43]。研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫會(huì)下調(diào)TIR1和AFB2的表達(dá)[44]。tir1、afb2突變體提高了擬南芥對(duì)鹽脅迫的耐受性，推測(cè)生長(zhǎng)素合成的減少，減緩了在鹽脅迫下的根系生長(zhǎng)，可能是植物適應(yīng)鹽脅迫的重要機(jī)制[45]。

研究表明鹽脅迫會(huì)增強(qiáng)植物茉莉酸（JA）的積累，而JA能夠直接或間接調(diào)控如蔗糖轉(zhuǎn)化酶、核酮糖-1,5-二磷酸羧化加氧酶、精氨酸脫羧酶及抗氧化酶等酶類(lèi)的活性，來(lái)響應(yīng)鹽脅迫過(guò)程[12]。作為JA信號(hào)的受體Coronatine Insensitive 1（COI1）通過(guò)結(jié)合Jasmonate ZIM-domain（JAZ）蛋白，使其泛素化并被降解，釋放與JAZ結(jié)合的一些轉(zhuǎn)錄因子活性，從而激活響應(yīng)JA信號(hào)基因的表達(dá)[46]。Ismail等[47]研究發(fā)現(xiàn)，外源施加JA可以緩解鹽脅迫對(duì)葡萄細(xì)胞生長(zhǎng)的抑制作用，葡萄中JAZ1-3基因的表達(dá)隨著鹽脅迫程度增加，呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。應(yīng)用茉莉酸甲酯（MeJA）能夠增強(qiáng)鹽脅迫下葡萄的CAT、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GPX）、APX活性，降低葉片中Na+與Cl-含量，提高葡萄對(duì)鹽脅迫的耐受性[48]。

除此之外，鹽脅迫提高了植物中乙烯、水楊酸的積累。乙烯、水楊酸通過(guò)調(diào)控細(xì)胞膜滲透性，維持體內(nèi)離子平衡，增強(qiáng)抗氧化酶的活性；鹽脅迫降低了細(xì)胞分裂素、赤霉素的含量，從而提高植物對(duì)鹽脅迫的耐受性[12,35,49]。

3 葡萄響應(yīng)鹽脅迫的分子機(jī)制研究

當(dāng)葡萄面臨鹽脅迫時(shí)，分子水平調(diào)節(jié)是較為基礎(chǔ)且關(guān)鍵的步驟，探索葡萄鹽脅迫狀態(tài)下的分子調(diào)控機(jī)制，能夠?yàn)榻沂酒咸涯望}機(jī)理提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)，為耐鹽品種的選育提供候選基因。近年來(lái)許多研究人員通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)挖掘出很多葡萄應(yīng)答鹽脅迫的基因，如Upadhyay等[50]對(duì)鹽脅迫下‘無(wú)核白’的葉片進(jìn)行測(cè)序，挖掘出343個(gè)差異性表達(dá)的基因。Guan等[51]分析發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下葡萄葉片中差異表達(dá)基因與抗逆防御代謝途徑相關(guān)，如ROS清除、離子運(yùn)輸、熱激蛋白、病程相關(guān)蛋白、激素信號(hào)等。Daldoul等[52]通過(guò)對(duì)野生葡萄根的生理指標(biāo)與轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫前期，主要以糖酵解代謝和類(lèi)黃酮生物合成等非酶類(lèi)物質(zhì)響應(yīng)ROS的積累，隨著鹽脅迫時(shí)間增加，主要影響木質(zhì)素、異黃酮、單萜、熱激蛋白、半乳糖、淀粉等物質(zhì)合成和抗氧化酶類(lèi)系統(tǒng)。

迄今為止，在葡萄中已經(jīng)挖掘出許多響應(yīng)鹽脅迫的轉(zhuǎn)錄因子。如VvMYC2[53]提高了轉(zhuǎn)基因擬南芥在鹽脅迫下的萌發(fā)率。通過(guò)提高SOD、POD、CAT等抗氧化酶類(lèi)活性，VvWRKY2[54]、VlWRKY3[55]、VvWRKY30[56]、VvNAC17[57]提高了轉(zhuǎn)基因煙草或擬南芥對(duì)鹽脅迫的耐受性。轉(zhuǎn)VvWRKY28提高了擬南芥在鹽脅迫下ABA信號(hào)通路關(guān)鍵基因NCED3和SnRK2.4、抗氧化酶基因CAT2和SOD1、脯氨酸合成關(guān)鍵基因P5CS1及SOS途徑中SOS2的表達(dá)，進(jìn)而提高了擬南芥在鹽脅迫下的存活率[58]。鹽脅迫下，過(guò)表達(dá)VvMYB62降低了擬南芥葉片中的Na+/K+，增強(qiáng)植株耐鹽性[59]。葡萄生長(zhǎng)素原初響應(yīng)基因VvIAA18，增強(qiáng)了煙草中應(yīng)答鹽脅迫關(guān)鍵基因的表達(dá)與抗氧化酶類(lèi)物質(zhì)活性，提高了煙草對(duì)鹽脅迫的耐受性[60]。

除轉(zhuǎn)錄因子外，葡萄中通過(guò)不同途徑來(lái)響應(yīng)鹽脅迫的基因逐漸被挖掘。過(guò)表達(dá)VvSNAT1增強(qiáng)了擬南芥褪黑素合成和ROS清除能力，進(jìn)而提高對(duì)鹽脅迫的耐受性[61]。通過(guò)調(diào)節(jié)離子轉(zhuǎn)運(yùn)體及通道、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累和膜穩(wěn)定性，VvKCS11提高了擬南芥的耐鹽性[62]。鹽超敏感（Salt Overly Sensitive，SOS）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑是經(jīng)典的抗鹽信號(hào)通路，通過(guò)該途徑的調(diào)節(jié)能夠阻止細(xì)胞內(nèi)Na+的過(guò)度積累，SOS3是啟動(dòng)該通路的關(guān)鍵蛋白，Ma等[63]對(duì)葡萄中SOS3家族的9個(gè)基因進(jìn)行了鑒定，并發(fā)現(xiàn)在葡萄根、莖或葉片中SOS3家族基因受鹽脅迫的誘導(dǎo)絕大部分上調(diào)表達(dá)。葡萄芪合酶VvSTS36在ABA信號(hào)介導(dǎo)下及對(duì)ROS的調(diào)控下，提高了擬南芥對(duì)鹽脅迫的耐受性[64]。通過(guò)可變剪接形式改變VvPMA1的N端長(zhǎng)度，能夠調(diào)節(jié)葡萄根質(zhì)膜的H+-ATP酶活性，從而響應(yīng)鹽脅迫[65]。

4 緩解葡萄鹽脅迫的栽培技術(shù)研究

為了應(yīng)對(duì)鹽脅迫，在葡萄生產(chǎn)過(guò)程中使用對(duì)鹽脅迫高抗的砧木是目前最有效、最直接的應(yīng)對(duì)方式，因此，對(duì)于耐鹽砧木的篩選已成為重點(diǎn)研究方向之一。此外，近年來(lái)還研發(fā)出許多緩解葡萄鹽害的其他栽培措施。研究發(fā)現(xiàn)，工程納米顆粒是一種具有獨(dú)特物理化學(xué)特性的超小顆粒，合理使用能夠提高農(nóng)業(yè)投入品（如肥料、殺蟲(chóng)劑、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等）功效[66]，有效緩解鹽脅迫對(duì)植物的危害。在鹽脅迫下，特定的工程納米顆粒可以攜帶相應(yīng)化合物或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)增強(qiáng)植物調(diào)節(jié)自身生理活動(dòng)提高耐鹽性。Li等[67]利用90 μg?mL-1多壁納米碳管溶液對(duì)葡萄幼苗進(jìn)行處理，明顯降低幼苗葉片MDA含量，并提升SOD、POD、CAT、脫氫抗壞血酸還原酶（Dehydroascorbate Reductase, DHAR）、APX等抗氧化酶類(lèi)活性，提高葡萄對(duì)鹽脅迫耐受性。另外，有報(bào)道表明，應(yīng)用氧化石墨烯負(fù)載脯氨酸衍生物、殼聚糖基水楊酸、腐胺-碳量子點(diǎn)及氧化鈰等[68-70,30]納米復(fù)合材料均能夠提高葡萄的抗氧化能力，增強(qiáng)葡萄對(duì)鹽脅迫的耐受性。除納米材料外，還有許多方式被證明能夠緩解鹽脅迫對(duì)葡萄的危害，Soylemezoglu等[71]研究發(fā)現(xiàn)，Si能夠降低鹽脅迫下‘1103P’葉片中Na+含量。Liu等[72]將含有鹽分的灌溉水進(jìn)行磁化處理后，能夠顯著提高葡萄葉片的葉綠素a、葉綠素b和類(lèi)胡蘿卜素含量，提高凈光合速率、氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率。王淥等[73]發(fā)現(xiàn)，磁化水能夠有效緩解鹽脅迫對(duì)葡萄莖、葉生長(zhǎng)的抑制作用。

5 展望

近年來(lái)土壤鹽堿化的面積與程度持續(xù)增加，已成為影響葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要問(wèn)題之一。培育耐鹽品種，篩選耐鹽砧木，研發(fā)緩解鹽脅迫栽培技術(shù)是解決這一問(wèn)題的主要手段。

目前，對(duì)葡萄耐鹽機(jī)理的研究尚不充分，在分子水平，需要進(jìn)一步解析耐鹽基因的作用機(jī)制與調(diào)控通路，開(kāi)發(fā)葡萄中耐鹽基因的分子標(biāo)記，為葡萄抗鹽品種的選育提供候選基因及分子標(biāo)記輔助育種手段。在生理層面，需要對(duì)葡萄在鹽脅迫過(guò)程中的調(diào)節(jié)機(jī)制（如激素調(diào)節(jié)、離子調(diào)節(jié)、抗氧化調(diào)節(jié)等）進(jìn)行綜合并深入探討，充分把握葡萄響應(yīng)鹽脅迫的規(guī)律，從而完善篩選抗鹽葡萄品種的評(píng)判體系，以及作為改良和創(chuàng)新緩解葡萄鹽脅迫栽培技術(shù)的理論基礎(chǔ)。