耿贵 ，吕春华 ，於丽华 ，杨瑞瑞 ，王宇光

（1.黑龙江大学农作物研究院，哈尔滨150080；2.黑龙江大学生命科学学院，哈尔滨150080）

0 引言

土壤盐渍化是世界上干旱和半干旱地区最普遍的农业及环境问题之一。截至目前为止，全世界共有15亿公顷耕地，约7 700万公顷（5%）的土地受到过量盐含量的影响[1]。在中国，盐渍土的面积约为3 400万公顷，占中国陆地面积的3.6%，相当于总耕地面积的三分之一[2]。甜菜（Beta vulgaris L.）属藜科，为二年生草本植物，是最重要的耐盐经济作物之一，供应世界上约35%的糖[3]，广泛种植于中国北部的干旱和半干旱地区。灌溉是保持甜菜高产的重要方法，但持续灌溉会导致土壤盐碱化[4]。虽然甜菜是耐盐性较强的作物，但在严重盐碱环境中对其产质量影响较大[5]。多年来，国内外许多研究者对甜菜耐盐机制开展了大量工作，笔者从前人研究较为集中的形态学和生理生化方面总结了甜菜耐盐的生理和代谢反应机制的研究进展，旨在为进一步开展相关研究提供资料。

1 盐胁迫对甜菜形态学特征的影响

1.1 盐胁迫对甜菜种子萌发的影响

盐胁迫条件下，植物的外界溶液渗透压比体内高，使种子不能正常吸水，因此种子在盐渍环境中能否正常萌发是植物生长的一大难题。盐的组成、品种和盐度对种子萌发和根系长度均有显著影响[6]。低浓度的盐处理能够促进甜菜种子的萌发，可提高甜菜种子的发芽势、发芽率[7]；甜菜种子初始萌发率和累计萌发率随着盐浓度的增加均呈现下降趋势，当盐浓度过高时，种子萌发受到完全抑制，不能萌发[8-10]。在同一盐胁迫条件下，不同品种（品系）甜菜种子发芽率和发芽势上存在一定的差异[10]。刘洋[11]和Jafarzadeh[12]在不同甜菜品种的耐盐性方面也得到相似的实验验证。Kandil等研究与耿贵等的结果一致，另外他们和Jamil均实验得出在盐胁迫条件下用适量浓度赤霉素GA3浸泡甜菜种子能有效提高种子的发芽率[13-14]。Jafarzadeh等实验验证单独NaCl对种子萌发和幼苗根系长度的影响要高于混合盐（NaCl、MgSO4、Na2SO4、CaCl2）处理的影响，即在天然盐成分的田间条件下甜菜受到盐胁迫影响较小[6]。

1.2 盐胁迫对甜菜幼苗生长的影响

盐胁迫条件下，盐分在土壤中的过度积累，使土壤水势降低，从而阻碍植物根系吸收水分，造成植物的生理干旱，叶片和根细胞会合成大量抗逆相关基因和蛋白来增强抵御盐胁迫的能力[15]。并从形态上来适应环境胁迫，包括增强叶片多汁性和叶片大小，减少叶片和气孔的数量，叶片角质层增厚、退化[16]。甜菜的叶片厚度和盐浓度之间呈正相关关系，即随着盐浓度增加，叶片厚度也随之增加[17]。盐胁迫下甜菜幼苗的相对生长量与种子相对发芽率是正相关的[10]。低盐浓度处理对甜菜叶面积和干物质量的影响不明显，在高盐度处理下显著抑制甜菜叶面积和干物质量的生长[18]。随着盐处理浓度的增加，甜菜幼苗的株高、叶面积、生物量、相对含水量、水势、肉质化均呈现先升高后降低趋势[19-21]，甜菜的地上、地下部分也呈现出先增加后降低的变化趋势[22]，Dadkhah等报道甜菜根生长对盐度的敏感性高于芽生长和叶生长[23]。用NaCl和KCl分别胁迫甜菜幼苗，甜菜幼苗的生物量、叶面积及叶绿素含量抑制作用随胁迫浓度的升高不断加重，而且KCl的胁迫比NaCl胁迫更为严重[24]。

1.3 盐胁迫下甜菜不同生长时期耐盐性的差异

植物在不同的生长时期耐盐能力有所不同，一般来说，耐盐性最差的阶段是萌发期和幼苗期，其次是生殖期。甜菜种子发芽期间盐浓度越高，种子发芽率降低越明显；低浓度盐处理甜菜的出芽高峰推迟了5 d，而高浓度盐处理未出现明显的出芽高峰；在子叶期进行盐胁迫时，甜菜总生物量明显降低，各器官中根系受到影响最大，叶柄次之，叶片受到影响最小；在3对真叶期进行盐胁迫，甜菜幼苗的干物质积累量增多，耐盐性较强[25]。叶片不同叶位的含水量对不同时期进行盐胁迫的反应也不同，子叶期胁迫时第一对真叶含水量高于第二对真叶的，而三对真叶期胁迫的不同叶位含水量的差异不明显。对于盐胁迫下叶片的相对含水量及水势，同一处理不同叶位没有明显差异[26]。

2 盐胁迫对甜菜生理生化特征的影响

盐胁迫对甜菜植株在生理生化水平上的影响首先表现在离子积累与分布以及渗透胁迫等方面的原初伤害，其次导致氧化胁迫等次生伤害，导致植株光合作用下降，细胞产生活性氧造成脂质过氧化，导致植株生理代谢失衡，最终死亡。因此，植物在长期的进化过程中形成了一系列的物质来减少渗透胁迫对自身的伤害，例如渗透调节物质、抗氧化酶活性系统等。

2.1 盐胁迫下盐分离子积累与分布

甜菜受到盐胁迫时，细胞内的Na+、Cl-、K+、NO3-等离子平衡受到破坏导致离子毒害。高浓度Na+可置换质膜和细胞内膜系统所结合的Ca2+，膜所结合离子中Na+/Ca2+增加，细胞膜的结构受到损伤[26]。盐胁迫条件下，甜菜植株的Na+和Cl-含量均显著增加，K+含量下降[27-28]。其中叶柄组织中的Na+和Cl-的含量明显高于根或叶中的，在不同器官中Na+和Cl-的增加趋势有所不同，Na+浓度增加时，甜菜根系所吸收的Na+正常地向叶柄和叶片运输，而Cl-在低盐浓度下主要集中在叶柄，高盐浓度下主要集中在叶片；盐离子在盐胁迫下会首先积聚在甜菜老叶中，在不同叶位叶片中Na+和Cl-变化趋势也有不同；甜菜叶片质外体和原生质体中Na+的浓度均随盐浓度升高而升高[2，29-30]。植物Na+/H+逆向转运蛋白可将Na+逆向转运出细胞外或者将其区域化于液泡中来抵御环境中过高的Na+，从而维持细胞内正常的Na+水平[31]。总之，在逆境条件下甜菜植株能够通过将对自身伤害大的Na+、有害离子聚集在老叶等不同的离子分配方式，尽量减少盐离子对植株的伤害。

2.2 盐胁迫对渗透调节物质的影响

盐胁迫下，植物细胞会通过两种方式进行渗透调节：1）吸收和积累对植物无害的离子，使植物体内外渗透压平衡防止植物失水；2）合成并积累小分子物质维持渗透压平衡保证植物可吸收充足的水分，这些小分子物质即渗透调节物质，包括脯氨酸、游离氨基酸、可溶性糖、可溶性蛋白和甜菜碱、多胺及有机酸等物质[32]。

脯氨酸在生物合成、降解、运输以及维持细胞的渗透平衡、调节植物抗胁迫能力方面起着至关重要的作用[33]。可溶性糖积累降低渗透势是盐胁迫中常见的生理反应，主要有葡萄糖、蔗糖、海藻糖等，不仅参与细胞内的渗透调节机制，也含有参与调控与耐盐防御机制相关的基因[34]。在盐胁迫下，甜菜幼苗叶片中的脯氨酸、可溶性糖和甜菜碱含量均随盐胁迫浓度的升高呈先上升后下降的趋势[35-38]，相比之下，甜菜根部的脯氨酸和可溶性糖含量均显著下降[39]。甜菜碱生物合成途径中的最后一个酶是甜菜碱醛脱氢酶（BADH），随盐胁迫浓度的增加BADH活性增加，翻译BADH的mRNA水平也随之增加[40-41]。将拟南芥AtNHX3基因导入甜菜植株，盐胁迫下根中积累较多的可溶性糖，增强甜菜对高盐度的抗性，在提高作物品质和产量方面有很大的应用潜力[3]。盐处理不影响琥珀酸和丙酮酸的含量，而柠檬酸、苹果酸和富马酸的含量随盐度的增加呈上升趋势[2]。盐碱胁迫使甜菜叶片的硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合酶（GOGAT）以及过氧化物酶（POD）活性和硝酸盐均下降，且随着盐碱胁迫程度的增强，下降幅度增大[42-43]。盐胁迫下，与仅受轻度影响的天冬氨酸和谷氨酸相比，酸性酰胺和碱性氨基酸含量急剧增加；除丝氨酸外，大多数游离氨基酸水平均有所提高[44]。因此，在逆境条件下甜菜植株能够通过提高脯氨酸、可溶性糖、甜菜碱和有机酸、氨基酸等渗透调节物质的含量维持渗透压平衡，减少对细胞的伤害。

2.3 盐胁迫对离子选择性吸收的影响

盐胁迫会对植物产生一系列不良影响，除了通过降低土壤水势限制植物吸水量从而增加渗透胁迫外，盐分还会导致离子特别是Na+和Cl-的过量摄取，使营养失衡，并最终干扰各种代谢过程[45]。K+是高等植物必需的重要元素和最丰富的阳离子，而高浓度的Na+对大多数植物有毒害作用，一般认为，K+能抵消Na+的胁迫，而Na+反过来又能在一定程度上缓解K+的缺乏，因此植物要在盐碱环境中正常存活，需要保持较高的K+/Na+比；在盐胁迫条件下，甜菜叶片的Na+含量逐渐增加，K+流出量降低，导致K+/Na+比值降低[46]。有研究报道，在相同渗透浓度下，Cl-对植物的伤害不及Na+的一半，而NaCl的伤害与Na+的伤害差别不大，由此说明了NaCl起决定性伤害作用的是Na+[47]。植物中Cl-是调节细胞质中酶活性的必需微量营养素，是光合作用中必不可少的辅助因子[48]，过量的Cl-可与NO3-竞争，从而降低NO3-的吸收效率[49]。盐胁迫时无机离子含量在甜菜体内从根到茎再到叶呈现增加趋势，Na+浓度随 NaCl含量的增加而增加，总阳离子（Na+、Ca2+、K+、Mg2+）含量随盐处理浓度的增加而增加，而Ca2+、K+、Mg2+含量随盐处理浓度增加而降低[50]。随着盐浓度的增加，甜菜根、茎、叶中N、K含量显著降低[2]，幼苗体内Mg、Mn和Fe元素含量明显下降，而Ca、Zn、Cu元素含量波动不明显[38]，同时抑制甜菜吸收NO3-、K、Ca和Mg愈显著，促进甜菜吸收P、Cl-与NO3-不存在竞争吸收现象[51]。因此，盐胁迫条件下，甜菜植株可以通过排除对自身有害的离子、吸收对自身有益的离子等方式实现自身的耐盐机制。

2.4 盐胁迫对光合作用的影响

光合作用是植物生长过程中最基本的生命活动，盐胁迫条件下光合作用及相关指标会受到影响。叶绿素在植物光合作用过程中起着重要作用，叶绿素含量不仅反映了植物光合作用的能力，而且也是植物耐盐性评价的重要生理指标。盐胁迫可能破坏叶绿体结构，降低植物中叶绿素的含量，还可能导致气孔关闭以缓解生理干旱，影响植物的蒸腾和呼吸，导致光合能力减弱[52-53]。盐胁迫下1,5-二磷酸核酮糖羧化酶（RuBP）的活性和含量降低，导致酶的羧化效率下降，使植物固定CO2的能力减弱[2，31]。盐胁迫下甜菜单位叶面积光合速率、叶绿素a、叶绿素b和叶绿素（a+b）含量降低，气孔导度（Gs）和细胞间二氧化碳浓度（Ci）以及叶片磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）活性、苹果酸脱氢酶（MDH）活性先升高后降低[2，54-56]。盐度对甜菜碳素积累能力的影响主要是通过减少光合表面的面积来实现的[57]。低浓度盐处理下甜菜的光能利用能力、净光合速率（Pn）、光补偿点（LCP）和光饱和点（LSP）增加，但是高浓度盐处理下显著下降[22]。总之，甜菜植株的耐盐能力与其光合作用相关指标紧密相连，盐胁迫条件下，甜菜植株通过改变叶绿素含量、RuBP活性、Gs、Ci、PEPC活性、MDH活性等光合作用相关指标稳定光合系统实现自身的耐盐能力。

2.5 盐胁迫对抗氧化酶活性的影响

正常情况下，植物体内的活性氧与抗氧化酶系统处于动态平衡状态，但是在盐胁迫条件下，由于渗透压增大使植物体内的代谢活动失衡产生活性氧，引起膜的脂质过氧化或诱导氧化应激[58]。随盐浓度的增加甜菜幼苗叶片与根的质膜透性、丙二醛（MDA）含量以及电导率均呈上升趋势，说明盐胁迫对甜菜植株伤害程度不断加大[36]。植物在长期进化过程中形成了减轻氧自由基（ROS）伤害的抗氧化酶活性系统，如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、非特异性过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）等[59-60]。甜菜抗氧化基因启动子中的顺式成分参与调节氧化还原ROS，是甜菜耐盐性的基础[61]。H2O2是一种有毒物质，是SOD活性的副产品，可以防止细胞损伤，H2O2又可被CAT和POD分解成水，从而防止活性氧自由基对植物的毒害[62-63]。随着盐胁迫程度的增加以及盐胁迫时间的延长，甜菜幼苗叶片的SOD和POD活性均呈先升高后下降的趋势[11，64]。不同盐浓度胁迫下叶用甜菜的抗逆性表现不同，0.5%盐浓度下，叶用甜菜表现出较强的耐盐性，而在0.7%的盐浓度下，叶用甜菜的抗性开始降低[65]。在低盐处理下甜菜SOD活性比高盐处理下活性高，而在高盐处理下APX活性比低盐处理下的活性高，表明低盐处理下清除活性氧的主要酶是SOD，在高盐处理下清除活性氧的主要酶是APX[22]。因此，在逆境条件下甜菜植株能够通过提高细胞内抗氧化酶活性保护质膜稳定，减少脂质过氧化对细胞的伤害程度。

2.6 盐胁迫对植物激素调节的影响

植物激素是在其细胞接受特定环境信号诱导产生的，低浓度时可调节植物生理反应的植物激素活性物质，它们在植物生长发育分化中起着至关重要的调节作用[66]。植物的耐盐性与其体内植物激素含量有一定关系，吲哚乙酸（IAA）和赤霉素（GA3）均能够促进植物幼苗的干物质产量和光合作用，提高植物的耐盐性[67]。而脱落酸（ABA）含量的升高能够使气孔关闭，从而降低蒸腾速率，减少植物体内水分流失，是植物应对胁迫环境的一种策略[68]。盐度会扰乱植物激素平衡，在盐胁迫下，甜菜幼苗叶片中IAA和GA3含量均随盐胁迫浓度的升高而显著降低；ABA含量升高，IAA/ABA和GA3/ABA比值呈先降低后升高趋势[2，69]，甜菜幼苗叶片中玉米素核苷（ZR）、油菜素内酯（BR）含量均呈现下降趋势，ZR/ABA和BR/ABA在高浓度的盐胁迫条件下呈现下降趋势[38]。总之，针对甜菜植株在盐胁迫条件下的植物激素水平变化的报道较少，可能是由于植物激素受到盐胁迫后的变化是通过其他方式间接影响的。

综上所述，盐胁迫对甜菜生理生化特征的影响主要包括对离子积累与分布、渗透调节物质、离子选择性吸收、光合作用、抗氧化酶活性、植物激素的影响，综合见图2。

图2 盐胁迫对甜菜生理生化的影响Fig.2 Effects of salt stress on physiology and biochemistry of sugar beet

3 展望

随着盐渍化土地面积的增加，培育耐盐性甜菜品种对农业生产越来越急迫。虽然国内外已从多方面对甜菜耐盐性进行研究，但甜菜耐盐性是综合作用的结果，其机制十分复杂，许多重要问题仍需要进一步探索。目前，对甜菜的耐盐性研究多为氯化钠胁迫下的研究，但是盐渍化土壤中其他主要成分像碳酸钠、碳酸氢钠类盐的研究较少，应结合土壤环境和生态环境综合进行研究。另外虽然甜菜是耐盐性较强的植物，但是自身耐盐能力有限，如果要大幅度增强甜菜耐盐水平，需要利用分子生物学技术和基因组学等技术引进其他物种的耐盐基因，这将是甜菜耐盐育种的重要研究方向。