世界有10%以上的陆地面积受盐渍化的影响，中国的盐渍化和次生盐渍化土地也有4 000万hm ²以上(赵可夫等，1999)，大面积的盐渍化土地严重制约了农业生产，对其进行改造成为当务之急。实际操作中常采用选育和培育抗盐品种来改良盐碱地，因此对植物抗盐性的研究具有重要意义。研究植物抗盐性的关键是探明植物对盐胁迫的适应机制，为此国内外众多学者做了大量的研究工作，发现植物适应盐胁迫的生理机制主要包括：提高抗氧化酶系统的活性，消除自由基对植物机体的伤害；改变体内各种激素含量；离子选择性吸收；离子区域化；拒盐作用及合成渗透调节物质。

1 抗氧化酶的诱导合成

植物生长发育过程中产生的活性氧(ROS)正常条件下不会对植物造成严重伤害，但胁迫环境下植物细胞结构(如：叶绿体、线粒体、过氧化物酶体)中产生的大量ROS会造成叶绿素、膜质、蛋白质和核酸的氧化伤害从而破坏正常的生理代谢(Mittova et al.，2002)。为避免ROS的积累，具较强抗盐性的植物体内的抗氧化酶系统在盐胁迫下活性增强，可清除过量ROS。盐胁迫能诱导某些抗氧化酶及其信使RNA的表达，如盐胁迫下甜橙(Citrus sinensis)愈伤组织和叶片中有磷脂脱氢谷胱甘肽过氧化物酶(PHGPX)合成(Stevens et al., 1997)；NaCl浓度为100 mmol·L^-1的环境下，金盏菊(Calendula officinalis)和玉米(Zea mays)叶片中谷胱甘肽还原酶(GR)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性增强(Chaparzadeh et al., 2004；Neto et al., 2006)。Mittova等(2003)在研究番茄类植物叶片细胞线粒体抗氧化酶系统时发现，普通番茄(Lycopersicon esculentum)在NaCl浓度100 mmol·L^-1条件下，其叶片细胞线粒体内的膜质过氧化反应加强，与对照相比超氧化物歧化酶(SOD)活性降低50%，APX和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)活性未发生改变；但抗盐能力较强的潘那利番茄(Lycopersicon pennellii)在相同的盐胁迫下其线粒体中SOD、APX、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、GPX的活性与对照相比分别增强60%、180%、170%、30%和32%，但GR的活性降低60%。盐胁迫使普通番茄叶绿体中过氧化氢(H₂O₂)的含量增加，膜质氧化反应加强，但在潘那利番茄的叶绿体中情况则相反，这是植物体内抗氧化酶种类及活性的差异所引起的(Mittova et al., 2002)。

盐胁迫下抗氧化酶系统活性的提高对植物的抗盐能力具有重要贡献，某些过表达抗氧化酶基因的植物也证明了抗氧化酶在抗盐胁迫中的重要作用。盐胁迫条件下，转基因烟草(Nicotiana tabacum)通过过表达基因NtGST/GPX(编码谷胱甘肽S转移酶GST和谷胱甘肽过氧化物酶GPX)，促进植物对ROS的清除，从而增强了其抗盐性(Roxas et al., 2000)；拟南芥(Arabidopsis thaliana)突变体pst1(光合自养抗盐突变体)体内的SOD和APX活性高于野生拟南芥，因而获得较强的抗盐性(Tsugane et al., 1999)。

2 植物激素的诱导合成

盐生环境使植物的正常生长发育受阻，但植物在盐胁迫条件下可通过改变体内各种激素的含量来维持其正常发育。随盐浓度的提高，不耐盐甘薯(Ipomoea batatas)品种叶片的生长素(IAA)水平下降的幅度大于中等耐盐和耐盐品种(柯玉琴等，2002)；高盐胁迫下，植物体内脱落酸(ABA)和细胞分裂素(CTK)的含量增加(Aldesuquy，1998；Vaidyanathan et al., 1999)。

ABA能诱导植物对盐胁迫、冷害和渗透胁迫等逆境条件产生适应性反应。许多植物在盐胁迫下体内的ABA含量明显上升，但在不同器官上升的程度不同，如相同盐胁迫下玉米根系中ABA的增加量远大于叶片(Jia et al., 2002)。ABA能诱导并增强某些抗氧化酶的活性，绿藻(Chlamydomonas reinhardtii)在盐胁迫下经ABA处理后其体内ROS的含量减少，过氧化氢酶(CAT)和APX的活性显著增强(Yoshida et al., 2004)。研究证明ABA还可以缓解盐胁迫对植物生长和光合作用的抑制(Popova et al., 1995)。

近几年从分子水平对ABA参与的各种逆境反应进行了大量探讨，发现ABA可通过调节植物抗盐基因的表达来减轻盐胁迫对植物正常生理活动的破坏。ABA能调节细胞内离子平衡。随ABA含量的升高，拟南芥和玉米根系中K⁺离子通道活性增强，K⁺/Na⁺比值升高(Roberts et al., 2000)；ABA还促进基因AtNHX1(编码拟南芥液泡膜Na⁺/H⁺逆向运输蛋白)的表达，使Na⁺/H⁺逆向转运蛋白活性增强(Shi et al., 2002b)。利用ABA合成缺陷植物突变体和ABA合成抑制因子证明植物对逆境的适应可通过依赖ABA和不依赖ABA 2种主要途径来实现，其中依赖ABA途径又可分为2种，即依赖新蛋白质合成和不依赖新蛋白质合成。在不依赖新蛋白质合成的途径中，ABA对基因的调控主要在转录水平上实现，这些基因的启动子区域都具有ABA的反应因子(ABRE)，在ABRE和相应的转录因子共同作用下引起抗逆基因的表达，如拟南芥中的脱水诱导基因rd29B具有2个ABRE，2种转录因子(AREB1和AREB2)，在ABA调控下，通过磷酸化作用实现基因rd29B的表达(Uno et al., 2000)。在依赖新蛋白质合成的途径中，基因不含反应因子ABRE和其相应的转录因子，因此要先合成和激活这些转录因子，才能实现ABA对基因表达的调控(Bray，2002)。研究还发现某些基因的表达既可通过依赖ABA又可通过不依赖ABA途径来实现，如脱水诱导基因rd29A (Shinozaki et al., 1997)。ABA生物合成途径中几个关键酶对逆境的响应也是ABA调节植物适应逆境的重要影响因素。玉米黄素环氧化酶(ZEP)在拟南芥和烟草中分别由基因ABA1和ABA2编码，其作用是促进玉米黄质和花药黄质向紫黄质转化(Taylor et al., 2000)；9-顺式-环氧类胡萝卜素二氧合酶(NCED)能催化新黄质氧化裂解为黄氧素(Schwartz et al., 1997)；基因ABA3编码的抗坏血酸氧化酶(AAO)对ABA醛最终转化为ABA有重要作用(Bitter et al., 2001)，研究证明盐胁迫能够诱导并促进编码ZEP、NCED和AAO的基因的表达(Seo et al., 2000；Xiong et al., 2002)。

3 离子平衡、离子区域化及拒盐作用

盐胁迫条件下，不论是盐生植物还是非盐生植物，细胞质中高浓度的Na⁺对胞内的生理活动都造成离子毒害。植物细胞通过拒盐作用或对毒害离子进行区域化，并维持适当K⁺和Ca²⁺浓度来保证细胞正常的生理活动，这是植物适应盐胁迫的重要机制之一。离子平衡、区域化和拒盐作用是质膜和液泡膜上无数功能各异的离子通道蛋白、离子转运蛋白和ATPase活性带来的膜电位梯度的结果。

3.1 盐胁迫下植物细胞对K⁺和Na⁺的选择性吸收

K是陆地植物正常生理活动所必须的营养元素，正常条件下植物细胞质维持较高的K⁺/Na⁺值，K⁺的浓度大约为100~200 mmol·L^-1，Na⁺的浓度大约为1~10 mmol·L^-1(Binzel et al., 1988)。但由于K⁺和Na⁺电化学性质的相似性，植物细胞对K⁺的吸收易受Na⁺的影响，因此植物细胞K⁺离子转运系统对K⁺和Na⁺的选择性与植物的抗盐性有密切关系(Borsani et al., 2003)。

细胞质中的K⁺/Na⁺值最终取决于位于细胞膜和液泡膜上的离子转运系统，包括对K⁺或Na⁺具有选择性以及对其无选择性的各种离子通道。AKT1是一种低亲和力内向K⁺通道蛋白(KIRC)，它能利用细胞膜的超极化，促进K⁺进入植物细胞。正常生理条件下，AKT1对K⁺有高选择性，对Na⁺的吸收贡献较小，但随胞外Na⁺浓度的上升，AKT1也能调节Na⁺的吸收(Sentenac et al., 1992)。低亲和力外向K⁺离子通道(KORCs)和外向非选择性离子通道(NORCs)都具有调节植物细胞K⁺排出和Na⁺吸收的作用。位于大麦(Hordeum vulgare)根系上的KORCs对K⁺的选择性大于Na⁺，而拟南芥根系细胞上KORCs却相反，显示出低K⁺/Na⁺选择性(Wegner et al., 1994；Maathuis et al., 1995)。NORCs对阳离子没有选择性，但其活性随细胞质中Ca²⁺浓度的上升而增加(de Boer et al., 1997)。不依赖电伏的离子通道(VICs)具有高Na⁺/K⁺选择性，Amtmann等(1998)认为在盐胁迫条件下，VICs是Na⁺进入细胞的主要通路。

除离子通道外，K⁺和Na⁺还可通过离子转运蛋白进入细胞质。HKT1是一类高亲和力K⁺转运蛋白，同时也是低亲和力Na⁺转运蛋白，能调节细胞对K⁺和Na⁺的吸收。Rubio等(1995)发现在不同HKT1表达的系统中，胞外低浓度Na⁺能促进HKT1对K⁺的转运，高浓度Na⁺则抑制K⁺通过HKT1进入卵细胞，这证明当胞外Na⁺浓度较高时，HKT1是Na⁺进入细胞的重要通路。还有一类高亲和力K⁺转运蛋白KUP-HAK已在拟南芥中得到验证(Fu et al., 1998)，它具有高K⁺/Na⁺选择性，但对K⁺的吸收仍受高浓度Na⁺的抑制。

已发现许多基因对调节离子平衡和K⁺/Na⁺值具有重要作用。水稻(Oryza sativa)中耐盐数量性状基因SKC1编码的HKT类离子转运蛋白，在盐胁迫下参与调控K⁺和Na⁺的平衡(Ren et al., 2005)。过表达酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)耐盐基因HAL1的番茄在盐胁迫下，能通过维持细胞质内K⁺浓度、降低Na⁺含量来获得高抗盐力(Gisbert et al., 2000)。Albert等(2000)发现在拟南芥中过表达耐盐基因HAL3能提高植物的抗盐性。Ca依赖蛋白激酶基因OsCDPK7在水稻中过表达，避免了其在200 mmol·L^-1 NaCl胁迫下的萎蔫(Saijo et al., 2000)。在拟南芥和水稻中发现的基因SAL1，其产物是信号传导的组成部分，影响Na⁺的转运(Quintero et al., 1996)。

3.2 Na⁺的排出和区域化

分子水平上为避免过量Na⁺对胞质正常生理活动的伤害，盐敏感性植物主要依靠细胞质膜转运蛋白将Na⁺排到胞外，抗盐性强的植物则在液泡中积累大量的Na⁺，这样不仅使细胞质中Na⁺的浓度降低到不伤害胞质正常生理活动的水平，而且使其获得较低的渗透势(Blumwald et al., 2000a)。细胞膜ATPase(P-ATPase)、液泡膜ATPase(V-ATPase)、液泡膜PPase(V-PPase)和Na⁺/H⁺逆向转运蛋白与离子排除及区域化密切相关。Na⁺通过液泡膜上的Na⁺/H⁺逆向转运蛋白进入液泡，或被质膜上的Na⁺/H⁺逆向转运蛋白排到胞外，这个过程与H⁺反向运输耦联，能量来源于质子泵(H⁺-ATPase和H⁺-PPiase)通过水解ATP或PPi向液泡或胞外定向释放H⁺而产生的电势梯度(Palmgren et al., 1999)。

拟南芥细胞膜上的Na⁺/H⁺逆向转运蛋白由基因SOS1编码，能促进细胞质中过量Na⁺排出，对植物抗盐性起重要作用(Shi et al., 2002a)。Shi等(2003)证实在转基因拟南芥中，基因SOS1过表达能增强其抗盐性。研究还发现，蛋白质SOS1在转录水平上受盐胁迫的调控，而盐胁迫对SOS1的调控又受蛋白质SOS2和SOS3的影响(Shi et al., 2000)，Zhu(2003)认为SOS途径在调节离子转运系统活性中起重要作用。

Apse等(1999)证明液泡膜Na⁺/H⁺逆向转运蛋白由基因AtNHX1编码，Na⁺/H⁺逆向转运蛋白在转基因植物中活性的增加与其编码的蛋白质AtNHX1含量上升相关。Na⁺/H⁺逆向转运蛋白能增强植物的抗盐能力，200 mmol·L^-1NaCl胁迫条件下，过表达基因AtNHX1的油菜(Brassica napus)都能顺利完成生活史，并且油菜的种子产量和质量未因盐胁迫的影响而发生改变(Zhang et al., 2001)。Barkla等(1996)认为，通常植物只有在盐胁迫条件下，其液泡膜上Na⁺/H⁺逆向转运蛋白的活性才得以诱导，且并非所有植物液泡膜上都存在具有活性的Na⁺/H⁺逆向转运蛋白，如车前属植物，盐生车前(Plantgo maritime)细胞液泡膜上存在具有活性的Na⁺/H⁺逆向转运蛋白，而盐敏感米提亚车前(Plantgo media)则不具有(Staal et al., 1991)。除AtNHX1外，研究中还发现了与其功能类似的基因，如AtNHX2和AgNHX1。AtNHX2与AtNHX1同属于AtNHX基因家族，其编码的蛋白质AtNHX2位于液泡膜上，功能与AtNHX1相似(Blumwald，2000b；Yokoi et al., 2002)；Hamada等(2001)在滨藜(Atriplex gmelini)中分离出AtNHX1的同源基因AgNHX1，其编码的蛋白质AgNHX1也位于液泡膜上，并在植物抗盐胁迫过程中起重要作用。

细胞膜ATPase(P-ATPase)、液泡膜ATPase(V-ATPase)和液泡膜PPase(V-PPase)与Na⁺的排出和区域化有密切关系，是Na⁺/H⁺逆向转运蛋白的动力来源。由于试验材料、试验条件、盐度水平和植物年龄的不同，NaCl对不同植物中的V-ATPase、V-PPase、P-ATPase的影响也有所不同。盐胁迫条件下，长荚豇豆(Vigna unguiculata)中V-ATPase活性增强，但V-PPase的活性受到抑制(Otoch et al., 2001)；番茄根细胞在盐胁迫条件下，其V-ATPase活性增强，P-ATPase活性降低(Sanchez-Aguayo et al., 1991)；用NaCl处理胡萝卜(Daucus carota)细胞，其中V-ATPase和P-ATPase活性未发生变化，但V-PPase的活性增强(Colombo et al., 1993)。由于植物的抗盐性不是由单个基因控制的，且质子泵在盐胁迫下的变化还可能与膜结构的完整性有关，因此植物对质子泵的调控和盐胁迫之间的关系还有待进一步的研究。

3.3 拒盐作用

盐分靠蒸腾拉力由质外体向上运输，经内皮层时原生质膜、细胞的液泡膜以及木质部薄壁组织细胞的原生质膜对离子进行选择性吸收，以及根部的双层或三层皮层结构拒绝过量吸收有害离子的特性被称为拒盐。植物的拒盐机制涉及以下方式：1)作物不将Na⁺吸入根细胞内，即使进入细胞又通过Na⁺/H⁺逆向转运蛋白排出；2)作物把吸收的Na⁺贮存于根、茎基部、节、叶鞘等薄壁细胞发达器官组织中，而且将Na⁺封闭在这些细胞的中央液泡中，从而阻止Na⁺向叶片中运输(王宝山等，1997)。植物对K⁺和Na⁺的选择性与拒盐作用密切相关, 一些植物通过限制Na⁺进入地上部分来获得抗盐性，如盐胁迫下小麦(Triticum aestivum)抗盐突变体根中累积的Na⁺占整株积累总量的比例相对于不抗盐野生型小麦显著提高，从而有效减少其叶中Na⁺的积累量，且突变体根和叶中K⁺/Na⁺的比率也显著高于野生型(郭房庆等，1999)。特别是非盐生植物，其抗盐性主要取决于根系对离子的选择性吸收和盐分在器官组织及细胞水平上的区域化分布。随盐浓度的提高, 毛白杨(Populus tomentosa)、新疆杨(Populus bolleana)及其杂交无性系苗体内Na⁺含量迅速提高, K⁺、Ca²⁺含量降低；就离子在植物体内的分布而言，Na⁺含量在根部较高, 在叶片中最低, K⁺、Ca²⁺含量则相反, 特别是Ca²⁺, 其分布顺序为叶>茎>根(杨敏生等，2003)。但植物仅靠拒盐不能获得显著的抗盐性，K⁺-Na⁺交换对滨藜属(Atriplex)等盐生植物抗盐性的意义不大，因为其地上部分含有大量的Na⁺, 但仍能在Na⁺存在的条件下有良好的生长表现(杨劲松等，2002)。

3.4 Ca²⁺在盐胁迫中的作用

众多无机离子中Ca²⁺具有极其特殊的作用，它不仅作为细胞的结构物质, 而且作为第二信使, 调节植物对环境变化的响应过程。试验证明适量的Ca²⁺可增强植物的抗盐能力，如经硝酸钙处理，中度盐胁迫下的木麻黄(Casuarina equisetifolia)扦插苗脯氨酸含量增加、丙二醛(MDA)含量降低、抗氧化酶系统对活性氧的清除作用增强(梁洁等，2004)；盐胁迫条件下向玉米外施2~8 mmol·L^-1Ca²⁺能降低盐胁迫造成的气孔导度下降，改善光合作用，促进梅勒(Mehler)反应(张乃华等，2005)。Ca²⁺增强植物的抗盐能力主要与其作为第二信使影响膜上ATPase、植物体内K⁺/Na⁺的比率，诱导抗盐物质生成及体内离子的运输、亚细胞分隔有关(Zhu, 2003)。然而细胞质中高浓度的游离Ca²⁺会对植物生长造成不利影响，为使细胞质中游离Ca²⁺浓度既能响应环境变化而迅速升高，又能维持基态条件下的低浓度, 细胞建立精细的调节机制，这些机制主要有离子通道、Ca²⁺/H⁺交换体、Ca-ATPase和Ca结合蛋白等(Sander et al., 2002；Trewavas, 1999)。

4 渗透调节

渗透胁迫是盐胁迫对植物造成伤害的重要原因之一。为了避免渗透胁迫，植物细胞通过渗透调节来降低胞内水势，保持胞内水分，从而保证植物细胞的正常生理活动。参与渗透调节的物质被称为渗透调节剂，主要包括无机离子，如Na⁺、K⁺、Cl^-；有机小分子，如多元醇、糖类、氨基酸及其衍生物等两大类。两类渗透调节剂在植物体内所起的作用不同，虽然两类物质在细胞质和液泡中都有分布，但细胞质中无机离子的含量比液泡中低得多，有机小分子比液泡中高得多。原因是无机离子进入细胞后，在离子区域化的作用下大多转运入液泡，降低了液泡水势，而细胞质中就必须合成有机小分子来平衡细胞质内外的水势。有机小分子和无机离子对渗透调节的贡献也不相同，如芦苇(Phragmites communis)随生境盐度的增大，其有机渗调剂贡献逐渐降低，无机渗调剂的贡献则逐渐升高(赵可夫等，1998)。盐生植物多以无机离子作为主要渗透调节剂，而非盐生植物则以有机小分子为主。

甜菜碱和脯氨酸是2种重要的渗透调节物质。甜菜碱具有维持细胞与外界环境的渗透平衡，稳定生物大分子的结构和功能，解除高盐浓度对酶活性伤害的作用。盐胁迫条件下植物体内积累大量的甜菜碱，如Khan等(2000)发现在盐胁迫下，弯角梭梭(Haloxylon recurvum )中甜菜碱含量增加，但地上部分和根系中的增加量有显著差异；Kishitani等(2000)研究发现转基因水稻在甜菜碱过量生成条件下可减少细胞内Na⁺的积累并促进K⁺的吸收。乙酰胆碱氧化合成甜菜碱醛是甜菜碱生物合成的主要途径，将大肠杆菌中编码胆碱脱氢酶的基因(Escherichia coli betA)转入烟草后，烟草获得较强抗盐性(Lilius et al., 1996)；同样含有基因codA(编码胆碱加氧酶)的转基因拟南芥体内甜菜碱含量增加，使其种子能在300 mmol·L^-1的NaCl浓度下正常发芽(Hayashi et al., 1997)；转基因水稻中，基因codA编码的胆碱加氧酶定位在叶绿体中比定位在细胞质中更能提高其抗盐性，说明叶绿体中的甜菜碱能更有效减轻盐胁迫对光合系统的破坏(Sakamoto et al., 1998)。含基因BADH(编码甜菜碱醛脱氢酶)的转基因烟草的细胞质和叶绿体中同样积累大量的甜菜碱，其抗盐能力得以提高(Holmstrom et al., 2000)。

脯氨酸是另一种含氮渗透调节物质，植物在盐胁迫下大量积累脯氨酸，如非泌盐植物小花鬼针草(Bidens parviflora)和泌盐红树植物桐花树(Aegiceras corniculatum)的叶中脯氨酸含量在盐胁迫下显著提高(Parida et al., 2002)；药用十字花(Pringlea antiscorbutica)的根、茎、叶中也积累了大量脯氨酸，其细胞质中脯氨酸的浓度是液泡中的2~3倍(Aubert et al., 1999)。转基因植物中过量脯氨酸的生成可提高植物的抗盐性。Δ¹-吡咯啉-5-羧酸合酶(P5CS)是脯氨酸合成途径中的限速酶，转基因水稻通过过表达基因p5cs(编码P5CS)获得显著抗盐性，使其幼苗在NaCl浓度为200 mmol·L^-1的环境中正常生长(Su et al., 2004)；脯氨酸脱氢酶(ProDH)促进脯氨酸的降解，在拟南芥中抑制ProDH的合成使其抗盐性提高(Nanjo et al., 1999)。大多数试验认为脯氨酸的积累是植物抵御盐胁迫的一种保护性措施，但也有人认为脯氨酸的积累是植物受到盐害的结果(Soussi et al., 1998)，因此脯氨酸如何对植物的抗盐性起作用有待于进一步的研究。

5 结语

植物抗盐性是多基因控制的极为复杂的反应过程，涉及植物器官、组织、细胞、细胞器直至分子，既有蛋白质、核酸、碳水化合物等结构和能量物质的代谢，还有激素合成、抗氧化酶活化、离子调控与区域化、渗透调节物质合成及基因表达。目前对植物抗盐性的研究取得了一定的进展，但由于植物抗盐机制的复杂性，仍存在重要问题有待解决，尤其是在分子水平上，盐胁迫信号元件的分子特性未了解清楚；液泡膜转运蛋白及质子泵的功能研究有待深入；抗盐基因工程的大多数研究都集中在单个功能基因的克隆和遗传转化方面，基因转化的受体多为模式植物和农作物，且基因转化的植株抗盐性提高有限，离生产应用仍有距离。并且由于自然界中植物种类多，种间差异大，还未有统一的机制能解释所有植物对盐胁迫的适应性。因此要以现有研究为基础，进一步利用分子生物学研究技术、基因工程技术和突变体筛选加强抗盐机制的研究，只有这样才能根本解决植物抗盐性问题，从而为抗盐植物的育种和培育提供更多有效依据。