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作物耐盐机制及作物耐盐分子育种研究进展摘要：本文概述了作物耐盐机理、作物耐盐分子育种（相关基因的克隆及转基因作物）和几种重要作物耐盐研究现状,并对作物耐盐机制研究进行展望。
同时从分子、细胞和个体水平简述作物耐盐机制,为未来的作物耐盐研究提供基本的理论参考。
关键词：耐盐机制分子育种全球有大约三分之一的土地为盐碱地,由于耕作方式的不当,次生盐碱地面积逐年增加,至今全球大约有57亿亩土地受到盐害影响,其面积占据了全球6%的土地面积[1]。
而土壤中盐分过高是抑制植物生长发育的重要环境因素,绿色植物的主要生理过程光合作用、能量和脂肪代谢等都会受到盐胁迫的影响,从而导致作物减产甚至死亡[2]。
目前,农业用地的盐碱化程度仍在不断加重,有研究显示预计到2050年,将有超过50％的耕地盐碱化。
众所周知,全球人口仍在急剧增长,食品安全问题已然成为研究关注焦点。
如何利用盐碱土地对维持农业生产的可持续性发展起到了重要作用。
要想解决此问题,一种方法是优化土壤,降低盐份含量;另一种方法是培育耐盐的作物品种,使其适应盐碱含量较高的土地。
但改良土壤不仅耗资巨大、时间长,而且随着化学物质的大量引入进一步的加重了土壤次生盐碱化,因此,摸清作物耐盐机制并培育耐盐的作物品种是对盐碱地改良的最佳手段。
本文基于查阅大量耐盐相关文献,对作物耐盐机理、作物耐盐分子育种（相关基因的克隆及转基因作物）和几种重要作物的耐盐研究进展进行整理,概述现阶段作物耐盐机制及作物耐盐分子育种研究进展。
同时从分子、细胞和个体水平简述植物耐盐机制方面的重要进展,为未来的实际应用提供基本的理论参考。
1、作物耐盐机制随着分子生物学、生理学和基因组学的发展,人类对于植物耐盐的生理和分子机制也有了更深刻的认识。
在耕地盐碱化日趋严重的今天,研究粮食作物的耐盐机制成为保证人类食品安全的重要举措之一。
盐碱化是指土壤中含有高浓度的可溶性盐。
当土壤的ECs值大于等于4dS/m时,该土地就被称为盐渍化土壤。
马铃薯耐盐突变体的EMS诱变和筛选马铃薯耐盐突变体的EMS诱变和筛选马铃薯（Solanum tuberosum L.）是世界上重要的农作物之一，其主要利用地下茎组织形成的块茎用于食品加工和消费。
然而，在全球范围内，许多马铃薯种植地区受到盐胁迫的威胁，导致马铃薯丰产性和品质受到严重影响。
因此，通过诱变技术获得耐盐性较强的马铃薯品种，成为了提高马铃薯抗逆能力的重要研究方向之一。
EMS（Ethyl Methanesulfonate）是一种常用的诱变剂，通过引入突变与基因座散布的方式诱发植物产生功能变异，进而筛选出所需的突变体。
在马铃薯中，EMS诱变技术已广泛应用于改良植株性状，如提高抗病性、延长储藏期等。
在耐盐性改良方面，EMS诱变也被证明是一种有效的方法。
首先，进行EMS诱变前的预处理是非常重要的。
选择健康、生长良好的种子，将其浸泡在浓度为0.2%的EMS溶液中，时间根据具体情况而定。
随后，进行种子发芽和幼苗生长，确保突变体得到充分的生长和发育。
在EMS诱变后的马铃薯种子上进行筛选，通常采用不同盐浓度的处理来模拟盐胁迫环境。
比如，浸泡在不同浓度的NaCl溶液中，通过筛选出在高盐胁迫下生长较好的突变体。
同时，还可以通过测量生长指标（如株高、叶绿素含量、根系形态等）和生理生化指标（如离子平衡、渗透调节物质含量等）来对突变体进行综合评价。
具体到马铃薯的耐盐性改良过程中，筛选并获得的突变体如何进一步分析和利用也是非常重要的。
常见的方法包括基因组序列分析、转录组测序、蛋白质组学研究等。
通过这些方法，可以研究突变体中与盐胁迫相关的基因或蛋白质，从而揭示其耐盐机制。
通过EMS诱变和筛选获得马铃薯耐盐突变体，能够为马铃薯的耐盐育种提供重要的遗传资源。
通过进一步的研究和利用，可以识别和利用突变体中的耐盐相关基因，进而实现马铃薯的抗逆能力提升。
此外，对马铃薯耐盐性进行改良，还能够在一定程度上缓解盐碱地区的土壤退化问题，帮助农民提高产量和收入。
基因工程技术在植物耐盐领域的应用随着气候变化和全球范围内的水资源枯竭，解决水盐问题成为了科学界和工程界的热门话题。
植物耐盐性的提高是解决这一问题的一个关键。
尽管许多研究表明，目前已存在许多耐盐植物，但大部分耐盐植物存在生长缓慢、小产等问题，因此需要有效的方法来提高耐盐植物的产量和生长速度。
基因工程技术，作为一种强大的手段，可以通过控制和改变植物基因来实现这一目标。
以下将详细介绍基因工程技术在植物耐盐领域的应用。
一、基因的挖掘与研究对于一个完整的基因工程项目来说，首要的步骤是要挖掘出控制植物耐盐性的基因。
这里所说的“基因挖掘”，实际上就是对野生耐盐植物进行基因组学分析，直接筛选出耐盐性相关的基因。
使用现代的高通量测序技术，可以简便地将大量的基因数据进行筛选分析，发掘出活跃的耐盐植物基因。
一旦挖掘出耐盐基因，科学家们就可以利用基因工程技术来进一步地研究它们的基本机制和作用方式。
这个过程不仅仅可以促使我们更加深入的了解向耐盐适应的分子机制及其生理响应过程，还可以从工程上来提升植物的耐盐能力。
二、基因编辑技术对于许多植物基因表达水平的工程性改造，往往是通过基因编辑技术来实现。
这种技术虽然存在着很多风险，如误操作等，但使用得当则可以高效地改造植物基因，使其在环境中适应更广泛和更具有挑战性的条件。
常见的基因编辑技术包括插入/删除、替换和敲除等等。
例如，一些类似CRISPR的技术有效的帮助我们将指定的基因精准的敲除甚至是分子修剪，从而达到提高植物耐盐性的效果。
三、反义技术显然，很难通过一次性单向基因编辑来促进长期的植物进化。
反义技术途径通过抑制特定基因表达的水平，从而改进植物耐盐性，从而可以让植物逐渐进化的过程中自我适应环境。
例如，计算机模拟的一项研究表明，只要通过反义技术抑制了两个特定的基因，一些热带作物就可以将其生长的一部分转化为耐盐性群体。
站在更高的层面，反义技术可以在自然界和农业领域中为我们探索更多耐盐性植物的机制和相应的基因提供一个有益的方法。
植物耐盐性相关基因及其调控机制随着全球气候变化和人类活动的加剧，许多地区的土壤开始变得越来越咸，如何种植一个能够耐受高盐环境的农作物，成为了一个重要的研究领域。
为此，研究者们发现了一些植物抗盐的基因和调控机制，这为开发耐盐性农作物提供了有力支持。
一、植物耐盐性的意义盐碱化，是指土壤中盐分超标的现象，是全球面积最广泛的土地荒漠化类型之一。
高盐对许多作物的生长产生不良影响，导致产量大幅降低。
植物对抗高盐胁迫的耐性是指植物在高盐环境下仍能正常生长的能力，是决定作物耐盐性的关键因素，也是开发大面积耐盐农作物的先决条件。
因此，研究植物抗盐的分子机制，对有效克服污染盐化产生的负面影响，从而实现可持续发展具有至关重要的作用。
二、植物耐盐性基因为了研究植物的耐盐性及其调控机制，科学家们利用生物技术手段，发现了一些与盐耐性相关的基因。
其中最显著的代表是SOS信号通路与抗盐基因。
在这些基因中，最重要的是SOS1，SOS2和SOS3基因。
SOS信号通路是一种研究比较突出的植物抗盐信号通路，包含了SOS1、SOS2 和SOS3/22三个子基因。
SOS1 基因编码调节离子通道的蛋白质Na+/H+逆向转运子。
这个蛋白质能够调节离子内在和外在的平衡，从而让植物在高盐环境中减少离子的吸收，减轻盐分对植物的影响。
SOS2和SOS3/22基因则控制着钙信号的产生和调节，分别编码蛋白激酶和蛋白酶，可以被NaCl、ABA、高糖和低温等因子激活，从而调控并缓解植物的耐盐性。
另外，NHX基因家族也是一个非常重要的耐盐性基因家族。
该家族的成员NHX1、NHX2等编码Na＋/H＋逆转运体，能够促进植物的吸收和转运Na+，降低外界Na+对细胞内水分的影响，维持植物细胞内、外离子的平衡。
此外，还有LIPE1、P5CS、LEA等抗盐基因家族也被广泛的应用在各类抗盐转基因作物中。
三、植物耐盐性机制在盐体环境中随着离子浓度的增加，会使得细胞环境产生一系列的改变。
设计实验验证耐盐转基因植株的方法概述说明1. 引言1.1 概述本篇文章旨在探讨设计实验验证耐盐转基因植株的方法。
随着全球气候变暖和盐碱地面积扩大，盐胁迫对农作物生长产生了严重影响。
为了解决盐胁迫问题，科学家们通过转基因技术研发出了一些具有良好耐盐性能的转基因植株。
然而，在将这些转基因植株应用于实际种植中之前，需要进行充分的实验验证确保其效果可靠。
1.2 文章结构本文分为五个部分：引言、耐盐转基因植株的意义、设计实验方案、实施实验及数据分析以及结论和展望。
1.3 目的本篇文章的目的在于介绍并详细说明一种验证耐盐性转基因植株的方法。
通过制备耐盐转基因杂交种子以及设计合适容器装载转基因植株，并设置不同浓度的盐溶液对比试验组与对照组进行处理观察，最后收集数据并进行分析，以验证耐盐性转基因植株是否具有有效的抗盐能力。
通过本实验方法的验证，我们可以更准确地评估耐盐转基因植株的效果，并为未来研究方向提供建议和展望。
2. 耐盐转基因植株的意义2.1 盐胁迫对植物生长的影响在全球范围内，盐胁迫是导致许多作物减产和死亡的主要原因之一。
高浓度盐溶液会导致土壤中的水分被抽走，使植物无法吸收足够的水分以维持正常生长和发育。
此外，盐还会累积在植物体内，导致细胞脱水和离子不平衡。
这些负面效应会限制植物的生理过程、营养吸收和光合作用，从而降低生长速度、产量和品质。
2.2 转基因技术在耐盐性改良中的应用转基因技术通过引入耐盐性相关基因或调控基因表达来提高植物对盐胁迫的适应能力。
通过转基因技术，可以增加或改变植物体内特定基因的表达方式，从而使其具备更好的耐盐性能。
研究表明，在转基因植物中引入耐盐性相关基因后，植物能够更好地适应盐胁迫环境，维持正常的生长和发育。
2.3 现有研究中耐盐转基因植株及其优势许多研究已经成功开发出具有耐盐性的转基因植株，并展示了其在耐盐性改良中的巨大潜力。
这些耐盐转基因植株在实际种植中表现出较高的抗逆能力和增产效果。
果树种质资源耐盐性评价及耐盐突变研究现状张庆霞;魏海蓉;刘庆忠;宗晓娟;王甲威;崔海金;张学寅【摘要】种植果树比一般的大田作物和绿化植物具有更高的经济效益,要提高果树的产量和品质必须作到适树适栽,充分了解各种果树的耐盐性是一个重要的方面；另一方面,随着人口增加和耕地的不断减少,合理开发利用盐碱地迫在眉睫,如果能够利用果树来开发盐碱地,无疑是一个很好的盐碱地农业发展方向,但是现有果树还很难直接用于盐碱地,必须要培育更加耐盐的新品种,体细胞耐盐突变体筛选研究是抗盐植物育种研究领域的新热点.对部分已有的果树耐盐性评价及耐盐突变体的研究成果进行梳理总结,以期为生产上合理利用果树资源和开发盐碱地提供参考.%It has higher economic benefit to plant fruit trees than the general field crops and greening plants. In order to improve fruit yield and quality, tree species must match with site, so the salt tolerance of various fruits must be fully understood. At the same time, it is imminent to develop and utilize saline land reasonably along with increasing population and decreasing farmland. If fruit trees can be used to development saline land, it is undoubtedly a good saline agriculture development direction. However, the existing fruit tree varieties can' t be grown in saline-alkali soil, therefore more salt resistant varieties must be bred. Study on somatic salt tolerant mutant screening has become a new hotspot in the field of plant salt tolerant breeding. In order to provide reference for reasonable utilization and development of fruit tree resources in saline land, part of the existing research results on evaluation of fruit salt tolerance and salt tolerance mutant were summarized.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2012(040)035【总页数】4页(P17050-17053)【关键词】耐盐性;耐盐突变;果树;研究现状【作者】张庆霞;魏海蓉;刘庆忠;宗晓娟;王甲威;崔海金;张学寅【作者单位】陇东学院农林科技学院,甘肃庆阳745000;山东省果树研究所,山东泰安271000;山东省果树研究所,山东泰安271000;山东省果树研究所,山东泰安271000;山东省果树研究所,山东泰安271000;山东省果树研究所,山东泰安271000;山东省果树研究所,山东泰安271000;山东省果树研究所,山东泰安271000【正文语种】中文【中图分类】S332.6据联合国教科文组织和粮农组织的不完全统计，世界盐渍土的面积约为1×109hm2，我国盐碱土的总面积约有3×107hm2［1-2］。
关于如何提高植物耐盐性措施的探讨摘要本文概述了盐胁迫下植物的生理生化反应机理，植物耐盐的生物学机理，以及提高植物耐盐性的途径。
关键词盐害耐盐性盐适应性综合治理盐渍土、提高植物的耐盐性、开发利用盐水资源已成为未来农业发展及环境治理所亟待解决的重要课题。
因此，了解盐害对植物的伤害，研究植物的盐适应生理是很有必要的。
1盐害对植物的伤害土壤中盐分过多对植物生长发育产生的危害称为盐害。
植物对盐分过多的适应性称为抗盐性。
植物发生盐害的机理是：生理干旱、离子比例失调、抑制植物细胞呼吸、光合作用降低、蛋白质合成受阻、有毒物质积累。
2 植物的盐适应及抗盐机理土壤中盐分过多对植物生长发育产生的危害称为盐害。
植物对盐分过多的适应性称为抗盐性。
植物的抗盐机制分为避盐和耐盐。
2.1 植物的避盐机理有些植物通过某种途径或方式避免体内的盐分含量升高，以避免伤害，这种抗盐方式称为避盐。
避盐又分为三种，拒盐、泌盐和稀盐。
①拒盐：一些植物的根对某些盐离子的透性很小，在一定浓度的盐分范围内，根本不吸收或很少吸收盐分，从而“拒绝”一部分离子进入细胞。
另外，植物根部能向土壤分泌根系分泌物，主要成分为有机酸和氨基酸类，它们能与土壤溶液中的某些离子起鳌合或络合作用，所以在一定范围内能减少对这些离子的吸收。
植物的拒盐是一个被动的过程。
②泌盐：指植物将吸收的盐分主动排泄到茎叶的表面，而后被雨水冲刷脱落，防止过多盐分在体内的积累。
泌盐也称为排盐。
盐生植物排盐主要通过盐腺（salt gland），如玉米和高粱等作物都有排盐作用。
有的植物可通过吐水将盐分排出体外。
③稀盐：指植物通过加快吸收水分或加快生长速率来稀释细胞内盐分的浓度。
如肉质化的植物靠细胞内大量贮水来冲淡盐的浓度。
植物吸收盐离子的同时，通过叶片或者茎部不断的肉质化，形成发达薄壁的组织，贮存大量的水分，使得进入植物体内的盐分被稀释，盐离子始终保持在较低浓度水平。
2.2 植物的耐盐机理植物通过生理过程或代谢反应的改变来适应细胞内的高盐环境称为耐盐，这对盐生植物与非盐生植物的抗盐能力都有特别重要的意义。
作物抗盐性研究进展苏利荣摘要：植物耐盐性是多基因控制的复合遗传性状，植物的耐盐机理涉及到植物生理生化等多个方面的反应。
近年来，人们从不同方面对植物的耐盐性进行了研究，也取得了一定的成果。
本文就植物的耐盐机理、选育耐盐植物的方法和耐盐的生理指标等方面作一综述，以期为深入揭示植物抗盐机理，建立植物抗盐性评价生态指标体系以及筛选抗盐植物种质提供依据。
盐碱土又称盐渍，包括盐土、盐化土以及碱土、碱化土。
盐碱土是陆地上广泛分布的一种土壤类型，约占陆地总面积的25%。
我国从滨海到内陆，从低地到高原都分布着不同类型的盐碱土壤，总面积约3000多万hm2，其中已开垦的有600多万hm2，还有2000多万hm2盐荒地等待开垦利用[1]。
目前，全国约有600多万hm2的次生盐渍化土壤，约占10%耕地总面积。
我国人均资源无论是土地或是水都低于世界平均水平，在人口、粮食与耕地日益紧张的今天，特别是沙漠和干旱地区，合理开发与利用盐渍土资源成为重要课题。
因此，了解植物的耐盐机理，研究盐胁迫下植物的生理生化变化，对探讨盐胁迫作用机理及提高植物抗盐性具有重要的意义。
土壤盐渍化是影响农业生产和生态环境的严重问题，在盐胁迫下，植物生长缓慢，代谢受抑制，严重时出现萎蔫，甚至死亡。
因此，土壤盐渍化也已成为国际上和生物科学技术迫切需要解决的重大课题。
就我国而言，盐碱土主要分布在平原地区，地形平坦，土层深厚，一般都有较丰富的地下水源，对发展农业生产，尤其对于实现农业机械化、水利化极为有利，是一类潜力很大的土壤资源。
目前，人们主要通过两种方式来利用盐碱地:一是通过合理的排灌、淡水洗涤、施用化学改良药剂来改造土壤[2]。
实践证明，该方法成本高，效果并不理想；二是选育和培育耐盐植物品种以适应盐渍环境并最终达到改善土壤的目的，此方法更加具有应用前景。
1植物耐盐性1.1植物耐盐性的含义植物耐盐性是指植物在盐胁迫下维持生长、形成经济产量或完成生活史的能力，这种能力存在着明显的种间及种内差异。
盐碱地油菜耐盐性评价及新品种的筛选盐碱地油菜是指适应盐碱土壤生长的油菜品种。
盐碱地是指含有较高盐碱成分的土壤，对大多数作物生长不利。
然而，在盐碱地生长的油菜品种却具有较强的耐盐性。
本文将对油菜的耐盐性进行评价，并介绍一些新品种的筛选。
一、油菜的耐盐性评价方法1. 盐分测定法：利用电导率仪或电导测量表来测定土壤中的盐分含量，以了解盐碱土壤的盐分浓度。
2. 盐害指标评价法：通过观察油菜种子的萌发情况和幼苗的生长状态，以及成熟期植株的产量和品质来评估其耐盐性。
二、盐碱地油菜的耐盐性评价结果实验证明，油菜在一定范围内能够耐受盐分的胁迫，但超过一定的盐分浓度时会出现盐害现象。
一般来说，油菜的耐盐性可分为以下几个级别：1. 高耐盐性：在盐分浓度较高的盐碱地上仍能正常生长，并能够较好地完成生育过程。
2. 中耐盐性：在中等盐分浓度的盐碱地上能够生长，但生育过程中会受到一定程度的抑制。
3. 低耐盐性：在相对低盐分浓度的盐碱地上能够生长，但生育过程受到较大抑制。
具体评价结果需要根据不同品种的实验结果来确定，在不同盐分浓度下观察油菜的生长状态、产量和品质等指标，从而判断其耐盐性的级别。
三、新品种的筛选为了培育更具耐盐性的油菜品种，研究人员通过杂交选育、基因工程和辅助育种等手段筛选出了一些新品种。
这些新品种具有更高的耐盐性，能够在较高盐分浓度的盐碱地上生长，同时保持较高的产量和品质。
新品种的筛选主要基于以下几个方面进行：1. 种质资源筛选：通过鉴定和筛选不同地理种源的油菜种质资源，挑选出具有较强耐盐性的作为亲本材料，进行后续的杂交选育。
2. 辅助育种：通过分子标记等辅助育种方法，筛选出与盐分耐受性相关的基因，进而利用这些基因进行杂交选育，培育出耐盐性更强的新品种。
3. 生理研究：通过对油菜耐盐性的生理研究，了解油菜在盐碱环境下的适应机制，从而通过育种手段改良油菜的抗盐性。
通过以上筛选方法，可以培育出适应不同盐分浓度的油菜新品种，进一步提高盐碱地的利用效率，为油菜种植业的发展做出贡献。
植物耐盐突变体筛选与耐盐转基因研究耿玉珂,周宜君,丁 宁,周立敬(中央民族大学生命与环境科学学院,北京100081)摘 要: 随着土壤盐渍化的日益加剧,农业生产的可持续发展受到威胁.人们从改良盐渍土和植物耐盐育种两个方面寻求解决问题的途径.对现有植物物种进行耐盐性筛选和利用现代生物技术创造新的耐盐品种是进行植物耐盐育种的两种主要方法.随着对植物耐盐分子机制研究的不断深入和转基因技术的不断完善,利用现代生物技术方法培育高效耐盐作物品种已成为当今的研究热点.本文对近年来有关植物耐盐突变体筛选、耐盐相关基因的克隆和转基因研究进行了分析讨论.关键词: 土壤盐渍化;耐盐突变体筛选;耐盐相关基因;转基因中图分类号:Q946 文献标识码:A 文章编号:100528036(2009)0420010208收稿日期:2009207203基金项目:中央民族大学“985工程项目”、国家973计划项目(N o.2006C Bl00100).作者简介:耿玉珂(1983-),女(汉族),河北邯郸人,中央民族大学生命与环境科学学院硕士研究生,研究方向:植物学. 据联合国教科文组织(UNESC O )和粮农组织(FAO )的不完全统计,世界盐渍土的面积约为1×109hm 2[1～2],我国盐碱土的总面积约有3×107hm 2[1].目前,由于全球气候变暖,人口不断增长,工业污染加剧,灌溉农业的发展,化肥使用不当等因素,土壤盐碱化日趋严重,已成为阻碍作物生长发育及高产优质的主要因素.人们从两方面寻求解决问题的途径,其一为改良盐渍土,如通过合理的排灌、淡水洗涤、施用CaC O 3等方法为作物创造有利的生长环境.但这些方法成本高,不易见效,且随着大量化学物质的加入加剧了土壤的次生盐渍化;其二为进行植物耐盐育种.该方法成为利用盐碱地的一条经济而有效的途径.耐盐育种工作主要有3种方式:(1)通过品种间杂交等常规手段选育耐盐品种;(2)对现有植物物种进行耐盐性筛选;(3)利用现代生物技术创制新的耐盐品种.杂交等常规育种方法是获得稳定遗传耐盐品种最可靠的方法,但利用该方法至今尚未培育出真正有效的耐盐品种.随着植物耐盐分子机制研究的不断深入和转基因技术的不断完善,通过耐盐突变体筛选、耐盐转基因研究培育高效耐盐品种成为当今的研究热点.本文就此进行了分析讨论.1 植物耐盐突变体的筛选近年来,采用细胞诱变的方法,对突变体进行筛选,从中获得耐盐作物的方法已成为获得耐盐植物品种的重要途径之一.植物组织培养过程中存在着体细胞高频率的广泛变异,充分利用变异有可能培育出耐盐突变体.虽然这种无性系变异是不定向的,但可以人为地定向筛选有价值的变异细胞株系.1972年,Melcher [3]第一次专门讨论了植物组织培养技术用于筛选耐盐突变体的优越性,Z enk [4]利用该技术获得耐盐细胞系.目前,通过体细胞变异获得各种植物耐盐突变体已有很多报道.以物理诱变和化学诱变最为常用,另外还有生物诱变和直接诱变等方法.物理诱变常使用射线进行诱变,主要有60C o 2γ射线、x 2射线,已在甜菜[5]、杜鹃花[6]、枸杞[7]、拟南2009年11月第18卷 第4期中央民族大学学报(自然科学版)Journal of M UC (Natural Sciences Edition )N ov.,2009V ol.18 N o.4芥[8]和小麦[9]等多种植物中获得成功[10].通过空间诱变和NaCl [11]筛选得到红豆草耐盐突变体,且具有正常的分化能力.化学诱变主要使用叠氮化钠、E MS (甲基磺酸乙酯)、DES (硫酸二酯).薛建平[12]等通过组织培养技术和E MS 诱导突变相结合筛选出安徽菊花的愈伤组织耐盐突变体.目前,采用化学诱变剂已经在小麦、草莓、药菊、烟草和苜蓿等植物中筛选到耐盐株系.采用雌激素诱导激活标签系统转化拟南芥获得了耐盐突变体是生物诱变成功的例子[13].直接诱变是采用一定浓度或不同浓度梯度的NaCl 直接筛选具有抗盐性的株系.杜立群[14]在1Π3海水培养基上成功筛选出豆瓣菜耐盐突变体.已在陆地棉、鸭茅、燕麦、玉米、小麦、甘草、高粱、大花萱草等植物中采用直接诱变获得了耐盐突变体,但这种方法筛选出的抗性苗可能是适应性的,而不是基因突变的结果,因此,对后代要进行严格的耐盐性检测.耐盐突变体的鉴定通常包括形态检测、生理生化检测、细胞学检测和分子水平检测等[15].由于建立高效的组织培养再生体系相对较难,外植体分化能力受多种因素的影响,以及筛选周期长等问题,人们逐渐结合基因工程手段将具有特殊性状的外源基因有目的地导入特定植物基因组,获得改良的转基因植物.2 植物耐盐相关基因的克隆和转基因研究植物耐盐应答机制主要包括生理和分子两个水平.通过对植物耐盐机制的深入研究,以及分子生物学技术的不断发展,人们已经获得了耐盐相关基因,并进行了转基因研究.特别是随着功能基因组学的开展,用基因功能鉴定的技术和方法,可以对大量的基因进行全面系统的分析,包括基因表达的系统分析、cDNA 微列阵、蛋白组学技术及基于转座子标签和T -DNA 标签的反求遗传学技术等,为寻找和验证耐盐基因的功能提供了技术保证,通过这些技术可以获得关键的耐盐基因.通过构建各种cDNA 文库、获得大规模高质量EST 数据库,并在此基础上分离克隆抗逆相关基因已经成为研究植物耐盐机理的重要途径.目前,已经构建了盐生植物如盐地碱蓬[16]、盐芥[17]、星星草[18]等的全长cDNA 文库,获得了大量有用的EST 序列,为进一步筛选出耐盐基因提供了有用的数据平台.目前,获得的耐盐相关基因的类型和功能见表1.表1 植物耐盐基因类型[19]T ab.1 The types of plant salt tolerance genes目标期待的效果盐胁迫的信号传递因子及基因表达调节因子增强与耐盐性相关的多个基因的表达K +的传递强化K +ΠNa +的选择性(抑制Na +的流入)Na +ΠH +反向转运增强Na +在液胞、细胞外的分配功能适合溶质生物合成过程中的酶调节渗透压,增强对细胞的保护的功能消除活性氧的酶类增强清除由于盐胁迫产生的活性氧的功能盐诱导蛋白增强对细胞的保护功能211 信号传导相关基因植物体受到逆境胁迫,体内的一系列信号传导途径被激活,对植物的生理代谢进行调节,以保持体内稳态.对胁迫信号的感知和传导是植物体本身具有的一种重要的生理功能.21111 S OS 信号与离子跨膜运输途径2111111 S OS 信号途径Zhu [20]等从拟南芥中筛选出一系列超盐敏感突变体(salt overly sensitive ,S OS ),属于5个等位基因群SOS 12SOS 5.SOS 1编码的蛋白为保守的丝氨酸Π苏氨酸蛋白激酶,被NaCl 正调节.SOS 2编码一个假定的丝氨酸Π苏氨酸蛋白激酶,被Ca 2+调控.SOS 3编码钙结合蛋白.S OS1、S OS2、S OS3在一条共同的S OS 信号途径中起作用.拟南芥的SOS 1,SOS 2和SOS 3已被克隆,程玉祥[21]从星星草中也克隆了SOS 1.Ohta[22]等将SOS 1转化水稻,显著提高了耐盐性.转星星草PtSOS 1的拟南芥抗盐性增强[23],转SOS 1和SOS 211 第4期耿玉珂等:植物耐盐突变体筛选与耐盐转基因研究21中央民族大学学报(自然科学版)第18卷 的杨树耐盐性高于对照[24].2111112 离子通道和钠离子转运体植物受到盐胁迫时,通过降低Na+的吸收、将Na+区隔化到液泡中或将其排出胞外等3个途径以保持离子平衡.离子运输过程涉及高亲和K+转运载体类蛋白(HK T)、Na+ΠK+逆向转运蛋白、H+2ATPase酶等通道蛋白.HK T类蛋白既作为高亲和K+转运载体,也是一种Na+转运体.目前,已克隆到HK T基因的植物有小麦(HKT1)、桉树(EcHKT1Π2)、拟南芥(AtHKT1)、水稻(OsHKT1-9)、大麦(HvHKT1)、碱蓬(SsHKT1)和冰叶日中花(McHKT1)等,其基因产物控制Na+的运输,基因表达时,这类转运体的mRNA量往往受K+饥饿的刺激而增加[25～26].根据异源表达结果,HK T类蛋白基因可分为两类,一类包括小麦HKT1,水稻OsHKT2、桉树EcHKT1Π2和冰叶日中花McHKT1,属于H+ΠK+同向转运载体;另一类包括拟南芥AtHKT1和水稻OsHKT1,属于Na+选择性转运体,其表达不受K+或Na+浓度的影响.Na+ΠH+逆向转运蛋白参与细胞质内的pH、Na+浓度调节及细胞体积变化等生命活动.目前人们已经从小麦、水稻、拟南芥、碱蓬中获得了编码Na+ΠH+逆向转运蛋白基因(NHX),其中小麦的TaNHX1和TaNHX与水稻、拟南芥和滨黎中的同类基因的相似性约为70%[27].将AtNHX1分别转入拟南芥、番茄和油菜中[28～30],耐盐性有所提高.盐地碱蓬SsNHX1在水稻和拟南芥中过量表达后,转基因植株抗盐性明显提高[31].H AL1基因是酿酒酵母中与耐盐相关的基因,该基因能在盐胁迫下表达,产物为定位于细胞质中的32K D的蛋白,具有调节Na+ΠK+的作用[32].目前已经获得的拟南芥、番茄、菜瓜、烟草、百脉根、甜瓜、西瓜、苜蓿、燕麦和水稻的转H AL1植株耐盐性和抗旱性均有所提高[33～39].转酵母H AL2番茄和柑橘表现出了较高的耐盐性[40].21112 Ca2+及钙调素信号途径CaN是酵母中一种Ca2+和钙调素依赖的蛋白膦酸酯酶,盐逆境信号传递途径的必需中间体,包括催化亚基CnA和调节亚基CnB,通过调节Na+的流入和流出影响酵母耐NaCl的能力.将CnA和CnB共同转入烟草中可提高烟草耐盐性[41].21113 蛋白激酶、蛋白磷酸酶途径蛋白激酶可能参与干旱、高盐、高温、低温、ABA等胁迫引起的信号传导过程.在拟南芥中已克隆多个蛋白激酶基因,如AtMPKKK、AtMPKK、AtMPK、AtG S K1、AtHK1、AtDB F2、AtCDPK1、AtCDPK2和AtP LC1等,此外在苜蓿、玉米、豌豆、水稻、小麦和烟草中也相继获得了相关基因[42～43].研究表明,过量表达AtMKK2的转基因植物的耐盐性和耐冷性皆增强[44],AtHK1是拟南芥中1个受极端渗透胁迫诱导的组氨酸激酶基因,用该基因转化酵母双突变体菌株(无渗透感受器),可以抑制其在高盐培养基中的致死效应[45].Lee[46]等人分离鉴定的转录调控蛋白激酶基因AtDB F2在转基因植物中过量表达时可以提高植物的抗非生物胁迫能力.小麦糖原合成酶激酶基因TaG S K1和拟南芥的AtG S K1具有促进细胞分裂及提高转基因拟南芥抗渗透、抗胁迫的能力,过量表达这两种基因的拟南芥提高了对盐胁迫的耐性[47].过量表达OsCDPK7可使水稻的抗冻和抗渗能力提高[48].212 转录因子基因转录因子是与真核生物顺式元件发生特异结合,并对转录有激活或抑制作用的DNA结合蛋白.近年来,研究者相继从高等植物中分离出一系列调控干旱、高盐、低温等相关的转录因子.已克隆出的转录因子基因有拟南芥的AtAB F(bZIP类)、DRE B1、DRE B2、AtERF、CB F123(AP2ΠERE BP类)、AtH B6(H D2ZIP类)、番茄的Tsi1(AP2ΠERE BP类)、烟草的ERE B P123(AP2ΠERE BP类)、苜蓿的Alfinl(Z inc2finger类)、玉米的mLIP15(bZIP类)、Cl(MY B类)等.DRE B可以与干旱、高盐逆境基因rd29A启动子中的DRE顺式作用元件相结合,调节逆境基因的表达[49].Eva[50]鉴定的H D2ZIP基因ATH B6,在苗期组成型表达,但也可能在被水胁迫、渗透胁迫或外源ABA处理后短时间内显著上调.苜蓿的Alfinl是一个锌指结构家族的成员,这类基因产物在苜蓿、水稻和拟南芥中有很高的保守性,可与盐诱导基因MsPRP2的启动子片段结合.WRKY蛋白是仅存在于植物中的一类转录因子,已从白薯、大麦、野燕麦、拟南芥、欧芹、烟草中克隆了一批WRKY c [51].213 渗透调节物质基因植物为了消除盐胁迫所造成的伤害,通常在细胞内主动积累一些小分子有机化合物和蛋白类保护剂(渗透调节剂),以此维持细胞质的高渗透压,有利于植物在高盐条件下对水分的吸收,从而维持渗透平衡和体内的水分,以保证细胞的正常生理功能.小分子有机化合物包括氨基酸及其衍生物(如脯氨酸、甜菜碱)、多元醇类(如山梨醇)、糖类(如海藻糖),与合成这些小分子物质合成相关的基因成为人们关注的对象.21311 脯氨酸合成相关基因脯氨酸不仅具有调渗功能,还具有稳定细胞蛋白质结构、防止酶变性失活和保持细胞氮含量、清除自由基、调节细胞质pH 、防止细胞质酸化等功能.至今已从水稻、黑麦、绿豆、大豆、拟南芥、苜蓿、豌豆、榆钱菠菜、番茄等植物中克隆出了多个与脯氨酸合成酶相关的基因,包括吡咯琳252羧酸合成酶基因P 5CS 及P VAB 2,吡咯琳252羧酸还原酶基因P 5CR 及PproC 1,脯氨酸转运蛋白基因AhProT 1,S 2腺苷甲硫氨酸合成酶基因SAM 1和SAM 3,硫醇蛋白酶基因rd 19A 、rd 21A 等.拟南芥的AtP 5CS 、AtP 5CS 1和AtP 5CS 2有两种产物P5C 和P5C A ,基因的表达使拟南芥在受到盐胁迫后脯氨酸含量迅速增加[52].苏金[53]、RayW U 等[54]将P 5CS 转入水稻、烟草和小麦,植株抗盐能力显著增强.沈义国[55]将AhproTi 转化拟南芥,可耐受200mm o1ΠL NaCl.21312 甜菜碱合成相关基因甜菜碱作为次生代谢产物在植物中起渗透调节作用.在受到盐胁迫的细胞中,甜菜碱起到了一种低分子量伴侣的作用,构像的稳定使酶保持在一种功能的状态,从而部分抵消了高盐浓度的有害影响.许多因素如高浓度的NaCl 、干旱、H 2O 2、ABA 和S A 等都可以诱导甘氨酸甜菜碱的合成.在高等植物和大肠杆菌中,乙酰胆碱经胆碱单加氧酶(C MO ,或胆碱脱氢酶(C DH ))和甜菜碱醛脱氢酶(BADH )两步合成甜菜碱.对甜菜碱醛脱氢酶(BADH )已经进行了广泛的研究,从细菌、菠菜、甜菜、山菠菜、大麦、小麦、高粱、水稻及木本盐生植物海榄雌中相继克隆出了BADH .BADH 受盐胁迫诱导时,保护其他重要酶类,使类囊体膜的光系统II 免受损伤[56].刘凤华[57]等将BADH 转入烟草和草莓,获得的转基因植株的抗盐、抗旱性皆得到提高.在土壤杆菌Arthrobacter globiformis 中,胆碱可经胆碱氧化酶(C OD )催化直接生成甜菜碱.胆碱氧化酶基因CodA 已从土壤杆菌、水稻、拟南芥中成功克隆.转CodA 烟草、拟南芥和柿树等植株的耐盐性都有所提高[58～60].21313 糖醇合成相关基因糖醇是一种多元醇,含有多个羟基,亲水能力强,能有效维持细胞内水的活度.从大肠杆菌中已分离克隆了12磷酸甘露醇脱氢酶基因mtlD 和62磷酸山梨醇脱氢酶基因gutD ,将这两个基因以单价或双价形式在烟草、水稻、玉米、拟南芥、八里庄杨等植物中进行了遗传转化,转基因植株的耐盐性均得到不同程度的提高[61].转双基因植株耐盐能力比转它们的单基因植物明显增强.冰叶日中花的肌醇甲基转移酶基因Imtl 也是糖醇合成相关基因,与植物的耐盐性相关,受到干旱、盐碱诱导表达,合成一种具有较强亲水能力的多羟基糖醇化合物—芒柄醇,在盐胁迫下,转Imtl 基因番茄中的C O 2固定更好[62].214 保护酶基因受到胁迫的植物产生各种活性氧自由基,植物体内具有清除自由基以免受伤害的机制,包括非酶系统和保护酶系统.后者包括S OD 、C AT 、POD 、APX 和G PX 等.人们已经从玉米、水稻、椰子和条斑紫菜等植物中分离出S OD 基因.水稻的SODA 1(编码Mn 2S OD )可由ABA 、干旱、盐胁迫诱导,而Fe 2SOD 则由ABA 诱导,质体的Cu ΠZn 2S OD 基因(SODCp )由盐胁迫在光下诱导而黑暗条件下则不诱导.这些现象说明不同的S OD 基因表达受不同因素诱导,因此仅转入1个或1种类型的S OD 基因难以提高植物的耐盐能力.将SOD 转入紫花苜蓿、烟草、番茄中,在氧化物胁迫条件下,细胞损伤降低[63].Van Cam p [64]认为转SOD 烟草和番茄没有对逆境做出良好反应,无法阻止自31 第4期耿玉珂等:植物耐盐突变体筛选与耐盐转基因研究41中央民族大学学报(自然科学版)第18卷 由基的产生,不能提高作物的抗氧化能力.他们借助于同样的材料却得到了不同的甚至相反的结论,究其原因还不明确.鲁振强[65]获得了水稻APX同工酶基因A PXa、A PXb与C AT同工酶基因C AT1、C AT2的功能区片段.转入烟草中,获得了转基因烟草的再生植株,表现出一定的盐耐受性.215 功能性蛋白基因21511 植物水通道蛋白基因水通道蛋白(aquaporin AQP)基因是膜内蛋白家族(membrance intrinsic protein MIP)的成员,包括液泡膜内嵌蛋白(TIP)和质膜内嵌蛋白(PIP).AQP促进水的长距离运输、细胞内外的跨膜水运输、调节细胞的胀缩及运输其他小分子物质.林栖凤[66]获得了红树植物秋茄的TIP的全长cDNA,与冬葡萄、花椰菜、拟南芥的TIP具有高度同源性,在盐胁迫下表达下降,可能有利于降低液泡膜水分渗透和细胞水分的保持.Y amada[67]等从盐胁迫处理后的冰叶日中花根的cDNA文库中分离到水通道蛋白基因,分别命名为MIP A、MIP B、MIPC,表达具有组织特异性,各种环境因子对MIP都有明显的调控作用.21512 调渗蛋白基因现已发现马铃薯、萝卜、番茄、豌豆、玉米、棉花、大豆、水稻、矮牵牛、大麦、小麦和甜菜等植物中均存在调渗蛋白.迄今已对多种植物的调渗蛋白进行了分离、纯化、一级结构测定及其cDNA和结构基因的克隆,对基因调节机制也进行了一些研究,其中研究得较深入的是一种分子量为26kDa的酸性蛋白.盐渍、干旱、ABA、S A等都能诱导调渗蛋白的合成.它主要是一种逆境适应蛋白,可能涉及渗透调节或降低离子毒性.K ononowicz[68]把调渗蛋白的启动子和G US组成一个重组子,转化烟草,发现调渗蛋白基因在渗透压调节和对病原体的防御过程中都能得到表达,因此认为调渗蛋白对于渗透压可能很敏感,植物正是通过调渗蛋白对渗透胁迫的敏感性来识别环境的渗透胁迫,同时也识别一些细菌或真菌病原体引起的渗透胁迫症状而不是通过病原体本身释放的某些化学物质来识别的.Evers[69]等将一种Osm otin的cDNA克隆转入马铃薯中,发现调渗蛋白升高的同时,脯氨酸的含量也显著增加,耐盐性也大大提高,这说明调渗物质之间也有一定的作用,共同激发植物的耐盐反应.21513 植物胚胎发育晚期丰富蛋白基因植物胚胎发育晚期丰富蛋白(1ate embry ogenesis abundant proteins,LE A)是植物胚胎发生后期种子中大量积累的一类蛋白质,与植物抗逆功能密切相关,可受外源ABA、干旱、渗透和低温胁迫诱导产生.现已从油菜、大麦、番茄、小麦、水稻、棉花、玉米、大豆、葡萄、胡萝卜等中克隆到相应的Lea基因,如大麦的H VA1、大豆的GmPM2、棉花的D27、D2113、D229、D234,小麦的PMA2005、葡萄的P L E A76以及胡萝卜的Dc3和Dc8.在大麦糊粉层中,ABA诱导的H VA1可以被干旱、盐和温度胁迫诱导表达[70].Xu[71]将大麦的H VA1基因进行转基因水稻研究,转基因水稻获得高耐盐性.刘昀[72]等利用大肠杆菌异源表达体系证明了大豆PM2蛋白(LE A3)的耐盐功能,将大豆PM2及PM2B基因转化烟草,其耐盐性明显高于对照.3 讨 论植物的耐盐性是一个非常复杂的性状,虽然分子生物学技术已应用于耐盐育种中,在耐盐基因研究方面,得到了大量的耐盐相关基因并鉴定了它们的功能,但是还没有得到很好的应用,特别是转录因子作为有效的调控因子没有得到充分的研究.在转基因植物方面,尽管得到了一些转基因植物,然而仅仅是在实验水平上,离实际的生产和应用还相差甚远.现在所应用的基因多数是从细菌、酵母菌、水稻、拟南芥、烟草、山菠菜等生物中获得,而且针对这些生物的转化试验也做得较多.相对来说,源于木本植物的耐盐基因以及有关木本植物耐盐基因转化成功的报道较少,这大大减少了盐碱土地综合利用的效率.许多转耐盐基因研究只是以单价基因为研究对象.王慧中[73]等发现以C MOΠBADH双价基因转入水稻,耐盐能力更强.郭龙彪等[74]利用农杆菌介导法和基因枪法,将5个耐盐相关基因CMO、BADH、mtlD、gutD和SAMDC转入常规粳稻的不同品种,并结合常规杂交选育聚5价耐盐基因,选育出了一批具有强耐盐性的优良株系,证明了植物的耐盐性是多种抗盐生理性状的综合表现,由位于不同染色体上的多个基因控制.因此,采用复合基因策略有利于获取高度耐盐转基因植株.植物的耐盐机理,从植株水平到细胞水平、分子水平,是涉及多策略、多层次、多环节、多基因的复杂机制,通过转基因植物,采用单一策略改善植物的某一抗盐特性,提高程度有限,因此在植物耐盐的多种策略中,弄清楚各个策略的重要程度如何排序,它们之间有无内在的联系具有重大的意义.总之,对植物进行耐盐突变体的筛选、耐盐基因相关基因的克隆和耐盐转基因研究是解决培育耐盐植物品种、解决土壤盐渍化的重要途径.尽管已经获得了重要的研究结果,但还需要进行大量的研究工作.我们有理由相信,随着分子生物学理论与技术的不断发展,将会有越来越多的耐盐相关基因和信号途径被揭示,而新发现的积累不仅使人们对植物的抗逆分子机制了解更为深入,而且必将为植物耐盐基因工程带来新的发展契机.参考文献:[1] 王遵亲.中国盐渍土[M].北京:中国出版社,1993,325-344.[2] 赵可夫,冯立田.中国盐生植物资源[M].北京:科学出版社,2000,32-43.[3] ME LCHERS G.Haploid higher plants for plant breeding ,[J ].Z .Pflanzensuchtg ,1972,67:19-32.[4] ZE NK M H.Haplpids in physiological and biochemical research.In Haplpids In higher plants advances potential[C].GuelphUniv :Guelph ,1974,339-354.[5] Y ANG A F ,ZH U L P ,ZH AO S L ,et al .Induction of multiple bud clum ps from in florescence tips and regeneration of salt 2tolerant plantlets in Beta vulgaris [J ].Plant Cell ,T issue and Organ Culture ,2004,77:29-34.[6] 王长泉,宋恒.杜鹃耐盐突变体的筛选[J ].核农学报,2003,17(3):179-183.[7] 毛桂莲,许兴.枸杞耐盐突变体的筛选及生理生化分析[J ].西北植物学报,2005,25(2):275-280.[8] 郝建平,郭美丽,宋莲芬.拟南芥耐盐单基因突变体的诱导与筛选[J ].山西大学学报:自然科学版,2003,26(4):349-351.[9] 郭房庆,李群,顾瑞琦.耐盐小麦突变体的诱变筛选及其耐盐性的比较[J ].核农学报,1997,11(1):1-8.[10] 徐恒戬.作物耐盐诱变育种研究进展[J ].种子,2008,27(1):51-54.[11] 徐云远,王鸣刚,贾敬芬,等.卫星搭载红豆草后代中耐盐细胞系的筛选及鉴定[J ].实验生物学报,2001,34(1):11-15.[12] 薛建平,张爱民,高翔,等.安徽药菊耐盐突变体的筛选[J ].中国中药杂志,2004,29(9):834-837.[13] 杜伟,吕应堂.拟南芥高盐耐受突变体的筛选与鉴定[J ].武汉大学学报(理),2004,50(6):781-785.[14] 杜立群,李银心,李洪杰,等.在1Π3海水培养基上筛选豆瓣菜耐盐变异体[J ].植物学报,1999,41(6):633-639.[15] 马进,鲍沁星,汤庚国,等.植物体细胞耐盐突变体的研究进展[J ].浙江林学院学报,2009,26(2):273-278.[16] 马秀灵,王丽萍,张慧,等.碱蓬cDNA 表达文库的构建[J ].西北植物学报,2002,22(6):1289-1294.[17] W ANG Z L ,LI P H ,Fredricksen M ,et al .Expressed sequence tags from Thellungiella ,a new m odel to study [J ].Plant Sci ,2004,166(3):609-616.[18] 刘桂丰,褚延光,王玉成,等.星星草cDNA 文库构建和金属硫蛋白(MT -1)基因的克隆[J ].植物生理学通讯,2005,41(4):424-428.[19] 林栖凤.耐盐植物研究[M].北京:科学出版社,2006,162.[20] ZH U J K.Regulation of ion homeostasis under salt stress[J ].Curr .Opin .Plant Biol ,2003,6:441-445.[21] 程玉祥.星星草质膜型Na +ΠH +逆向转运蛋白基因的克隆和特性分析[J ].植物生理通讯,2008,44(1):59-64.[22] OHT A M ,H AY ASHI Y.Introduction of a Na +ΠH +antiporter gene form Atriplex gmelini con fer salt tolerance to rice[J ].FEBS Lett ,2000,532(3):279-282.[23] 程玉祥.过量表达星星草PtSOS 1提高拟南芥的耐盐性[J ].植物生理学通讯,2008,44(6):1125-1130.[24] 张文元.SOS 1和SOS 2基因在杨树上的遗传转化及其功能的初步验证[D].中国林业科学研究院,2006.[25] W ANG T B ,G AS M ANN W ,RUBI O F ,et al .Rapidup 2regulation of HKT 1,ahigh 2affinity potassiumtrans 2porter gene ,in rootsof barley and wheat following with 2drawal of potassium[J ].Plant Physiol ,1998,118:651-659.51 第4期耿玉珂等:植物耐盐突变体筛选与耐盐转基因研究。
