植物耐盐机制及植物耐盐基因工程

目前，影响农作物生长和产量的最主要因素是环境胁迫，其中又以盐胁迫和干旱胁迫最为严重（Boyer，1982）。据估计，盐渍化影响着4×108～9×108hm2的土地，是目前农业生产用地的3倍还多（Pasternak，1982）。有40%以上的灌溉土地不同程度地受到盐渍化的影响（Serrano，Gaxiola，1994）。而且，由于灌溉用水质量下降，耕地盐渍化的程度还在不断加重。通常认为，盐胁迫对植物主要有两方面的胁迫效应——渗透胁迫效应和离子胁迫效应（Greenway，Munns，1980；赵可夫，1993）。植物体内包括光和、呼吸、蒸腾、矿质营养、水分吸收、代谢以及生长发育等在内的几乎所有的生命活动都会不同程度地受到盐胁迫的干扰。由盐胁迫造成的作物减产约占环境胁迫影响的70%（Pasternak，1982）。

尽管可以采用合理排灌、淡水洗涤和施用化学改良剂等工程技术手段对盐碱地进行改造，然而这些方法耗资极大，效果不能持久，难以推广。培育耐盐作物品种才是开发利用盐碱地最直接、最有效的途径（Serrano，Gaxiola，1994；赵可夫，1993）。

植物的耐盐性是一个由多基因决定的数量性状，是多种耐盐生理性状的综合体现。要获得真正具有实践意义的耐盐作物品种，必须制定有效策略，实现多种耐盐机制的综合作用。目前，培育耐盐作物品种的主要途径有：①将野生耐盐植物驯化为作物；②建立在形态（如产量和生长）、生理（如钠外排与钾吸收等）或分子标记（RFLP、RAPD等）选择基础之上的传统育种；③利用作物与野生亲缘种进行远缘杂交；④采用组织培养或诱变的方法产生突变表型并进行筛选；⑤基因工程育种。其中，基因工程技术可以打破物种间遗传物质横向转移的壁垒，为难度较大的作物耐盐性改良开辟了更直接、更有效的途径。目前已有许多与植物耐盐有关的基因被分别用于转基因研究中，其中有些基因在转基因植物中的表达不同程度地提高了植物的耐盐能力。然而，迄今为止，尚未获得真正具有实践意义的耐盐作物品种，主要原因在于对植物耐盐的生化基础了解得不够深入。

高等植物耐盐靠的是维持细胞质内微环境的稳定，调节无机离子的种类和数量（Yeo，1998）。

正常情况下，大多数植物细胞积累钾离子而排出钠离子。Dvorak和Gorham（1992）的研究发现，在普通小麦中，控制K+/Na+选择性的knal位点对于Na+胁迫时的产量十分重要。许多重要的生理参数，如细胞体积、膨压、细胞内pH值、离子强度和阳离子浓度等，都依赖于对K+和Na+的吸收和外排进行调节。

已有研究报道表明：K+在植物体内的不同部位的吸收与分布是受不同的基因控制着的，植物除了在细胞水平上调节对K+的吸收以外，还在植株水平上对K+的分布进行调节和控制，以充分利用植物根部所吸收的K+，使其可以在植物体的不同部位发挥特定的重要作用。

植物体不同部位对Na+的敏感程度是不一样的。除了在细胞水平上进行了Na+外排以减少细胞对Na+的吸收之外，植物还对Na+在不同部位的分布进行调节和控制，以减少其对植物的伤害。

除了将盐积累到液泡中对液泡进行渗透之外，受到盐胁迫的植物细胞还必须同时对细胞质进行渗透调节。否则，细胞质两侧（液泡和细胞外）的水势降低将使细胞质受到渗透脱水。因此，在受到盐胁迫时，植物往往会在细胞质中合成并积累一些有机溶质（organic solute）。这些有机溶质种类很多，既可以是多元醇（如甘油、山梨醇、甘露醇）和糖（海藻糖和蔗糖），也可以是一些氨基酸及其衍生物（脯氨酸和甜菜碱）（Serrano，Gaxiola，1994）。根据它们除了渗透调节之外还可能具有的功能，又可将这些物质分为两大类（Bohnert和Jensen，1996b）：一类是在参与渗透调节的同时还具有在脱水胁迫下增强大分子稳定性和赋予大分子热稳定性能力的渗透保护剂（osmoprotectant），如甜菜碱；另一类是具有防止氧化损伤功能的自由基清除剂（radical scavenger），如甘露醇。在这些有机溶剂中，较重要的、研究较多的是脯氨酸和甜菜碱。

甘氨酸甜菜碱是目前研究较为深入的、广泛存在于高等植物、动物和细菌中的一种相容性溶质。在受到盐胁迫、干旱胁迫或低温胁迫时，许多植物都积累甜菜碱。

植物的耐盐性是一个由多基因决定的性状，单个结构基因的转移只能部分提高植物的耐盐性，要获得真正的耐盐作物品种可能需要多个耐盐基因的转移（Bohnert，Jensen，1996a）。这些转基因研究的最重要的意义可能并不在于提高了转基因植物的耐盐性，而在于其结果证实了这些基因在植物耐盐过程中具有的重要作用，揭示了植物的耐盐机理。

林栖凤等（1998，1999）采用花粉管通道导入法将盐生植物红树的总DNA导入辣椒、茄子、番茄等，获得的转化株在海滩上试种，用含盐2.5%的海水浇灌，部分植株能开花、结果，已繁殖到第3代，而对照株几乎全部死亡，证明这是一种提高作物耐盐性的简便易行的方法。现正开展遗传育种及分子试验方面的研究工作，设法使转化株获得的耐盐性能够稳定遗传，并对转化株耐盐性提高的分子基础进行深入研究。

许多研究已经证明：植物耐盐是一个耗能的过程，控制耐盐基因在转基因植物中表达的时间及空间特异性对于植物耐盐同样具有十分重要的意义。参与植物耐盐的基因种类很多，目前还很难将这么多的基因同时转移到一种植物中并使它们的表达具有时空特异性。