盐胁迫对干旱区植物能量代谢过程的影响综述

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00061

摘要/Abstract

摘要：

盐胁迫是影响干旱区植物生长的重要非生物胁迫，会干扰植物能量代谢过程，进而对植物的生长发育产生不良影响。盐胁迫条件下植物是否具有稳定的能量供应与其耐盐性能密切相关。本文从植物种子萌发、营养生长和生殖生长等3个阶段入手，浅析土壤盐分增加造成的渗透胁迫、离子胁迫、营养亏缺、氧化胁迫和光合损伤等对植物能量产生与消耗的影响，以期为提高干旱区植物的耐盐性能和合理利用盐碱地提供理论依据和参考。

关键词: 盐胁迫, 能量代谢, 种子萌发, 营养生长, 生殖生长

Abstract:

Salt stress is one of the important abiotic stresses affecting plant growth in arid region， which affects plant energy metabolism processes and in turn adversely affects plant growth and development. Stable energy supply is closely related to salt tolerance of plants. Based on it， the energy metabolism processes of plants in the conditions of osmotic stress， ion stress， nutrient deficiency， oxidative stress and photosynthetic damage were systematically reviewed from three stages of seed germination， vegetative growth and reproductive growth. The aim is to provide theoretical basis and reference for improving the salt tolerance of plants and the rational utilization of saline land in arid regions.

Key words: salt stress, energy metabolism, seed germination, vegetative growth, reproductive growth

中图分类号:

Q948.1

潘晶, 王磊, 黄翠华, 尤全刚, 郭平林, 郭琪, 薛娴. 盐胁迫对干旱区植物能量代谢过程的影响综述[J]. 中国沙漠, 2024, 44(1): 111-118.

Jing Pan, Lei Wang, Cuihua Huang, Quangang You, Pinglin Guo, qi Guo, Xian Xue. Review on effects of salt stress on plant energy metabolism processes in arid regions[J]. Journal of Desert Research, 2024, 44(1): 111-118.

图/表 2

参考文献 86

1	Zhu J K.Abiotic stress ssignaling and responses in plants［J］.Cell，2016，167（2）：313-324.
2	Abdelraheema A， Esmaeilib N， O'Connella M，et al.Progress and perspective on drought and salt stress tolerance in cotton［J］.Industrial Crops and Products，2019，130：118-129.
3	Fedoroff N V， Battisti D S， Beachy R N，et al.Radically rethinking agriculture for the 21st century［J］.Science，2010，327：833-834.
4	Talat N.Alleviation of soil salinization and the management of saline soils，climate change，and soil interactions［J］.Climate Change and Soil Interactions，2020：305-329.
5	Zia R， Nawaz M S， Saddique M J，et al.Plant survival under drought stress：implications，adaptive responses，and integrated rhizosphere management strategy for stress mitigation［J］.Microbiological Research，2021，242：126626.
6	Gupta A， Rico-Medina A， Caño-Delgado A I.The physiology of plant responses to drought［J］.Science，2020，368（6488）：266-269.
7	Teijeiro R G， Belimov A A， Dodd I C.Microbial inoculum development for ameliorating crop drought stress：a case study of Variovorax paradoxus 5C-2［J］.New Biotechnology，2020，56：103-113.
8	Hutchins D A， Jansson J K， Remais J V，et al.Climate change microbiology-problems and perspectives［J］.Nature Reviews Microbiology，2019（17）：391-396.
9	吕俊恒，邓明华.植物雄性不育与能量代谢的关系［J］.辣椒杂志，2014（1）：1-6.
10	潘晶，黄翠华，罗君，等.盐胁迫对植物的影响及AMF提高植物耐盐性的机制［J］.地球科学进展，2018，33（4）：361-372.
11	Bandehagh A， Taylor N L.Can alternative metabolic pathways and shunts overcome salinity induced inhibition of central carbon metabolism in crops？［J］.Frontiers in Plant Science，2020，11：1072.
12	Foster K J， Miklavcic S J A.Comprehensive biophysical model of ion and water transport in plant roots.III.quantifying the energy costs of ion transport in salt-stressed roots of Arabidopsis ［J］.Frontiers in Plant Science，2020，11：865.
13	Munns R， Day D A， Fricke W，et al.Energy costs of salt tolerance in crop plants［J］.New Phytologist，2020，225：1072-1090.
14	Arsova B， Foster K J， Shelden M C，et al.Dynamics in plant roots and shoots minimize stress，save energy and maintain water and nutrient uptake［J］.New Phytologist，2020，225（3）：1111-1119.
15	Tyerman S D， Munns R， Fricke W，et al.Energy costs of salinity tolerance in crop plants［J］.New Phytologist，2018，221（1）：25-29.
16	颜宏，赵伟，孙玲玲.水盐浸种对NaCl胁迫下向日葵幼苗渗透调节物质的影响［J］.作物杂志，2013，3：131-135.
17	陈丽培，沈永宝.油松种子萌发初始阶段物质代谢的研究［J］.北京林业大学学报，2010，32（2）：70-74.
18	周三，赵可夫.ACC促进盐胁迫下野生大豆种子萌发与其能量代谢的关系［C］//盐生植物利用与区域农业可持续发展国际学术研讨会论文集，2001：121-129.
19	张明生，谢波，谈锋，等.甘薯可溶性蛋白、叶绿素及ATP含量变化与品种抗旱性关系的研究［J］.中国农业科学，2003，36（1）：13-16.
20	李振国，倪君蒂.乙烯消减盐抑制苜蓿种子萌发的机理研究［J］.应用与环境生物学报，2001，7（1）：24-28.
21	彭幼芬.呼吸途径和能量对种子萌发的调节［J］.种子，1990，8（1）：42-43.
22	徐佳慧，赵晓亭，毛凯涛，等.非生物逆境胁迫下的种子萌发调控机制研究进展［J］.陕西师范大学学报（自然科学版），2021，49（3）：71-83.
23	方玉梅，宋明.种子活力研究进展［J］.种子，2006，24（2）：33-36.
24	刘杰，张美丽，张义，等.人工模拟盐、碱环境对向日葵种子萌发及幼苗生长的影响［J］.作物学报，2008（10）：1818-1825.
25	王冀川，徐雅丽，姜莉.盐胁迫对油葵种子活力和幼苗生理生化特性的影响［J］.种子，2004，23（5）：18-20.
26	马琳.拟南芥光信号蛋白FHY3/FAR1调控淀粉合成及能量饥饿响应功能分析［D］.山东泰安：山东农业大学，2017.
27	刘晨，徐浩博，斯钰阳，等.基于转录组学的植物响应盐胁迫调控机制研究进展［J］.浙江农业学报，2022，34（4）：870-878.
28	Munns R， Tester M.Mechanisms of salinity tolerance［J］.Annual Review of Plant Biology，2008，59：651-681.
29	董蕾，李吉跃.植物干旱胁迫下水分代谢、碳饥饿与死亡机理［J］.生态学报，2013，33（18）：5477-5483.
30	Zhu J K， Hasegawa P M， Bressan R A，et al.Molecular aspects of osmotic stress in plants［J］.Critical Reviews in Plant Sciences，1997，16（3）：253-277.
31	付畅，孙玉刚，傅桂荣.盐生植物耐盐分子机制的研究进展［J］.生物技术通报，2013（1）：1-7.
32	苏文，刘敬，王冰，等.植物高亲和钾离子转运蛋白HAK功能研究进展［J］.生物技术通报，2020，36（8）：144-152.
33	Shabala S， Chen G， Chen Z H，et al.The energy cost of the tonoplast futile sodium［J］.New Phytologist，2020，225（3）：1105-1110.
34	Chakraborty K， Mondal S， Ray S，et al.Tissue tolerance coupled with ionic discrimination can potentially minimize the energy cost of salinity tolerance in rice［J］.Frontiers in Plant Science，2020，11：265.
35	Pan J， Peng F， Tedeschi A，et al.Do halophytes and glycophytes differ in their interactions with arbuscular mycorrhizal fungi under salt stress？a meta-analysis［J］.Botanical Studies，2020，61：13.
36	Mansour M M F.Role of vacuolar membrane transport systems in plant salinity tolerance［J］.Journal of Plant Growth Regulation，2023，42：1364-1401.
37	Shanker A K， Venkateswarlu B.Abiotic Stress in Plants-mechanisms and Adaptations［M］.Rijeka，Croatia：InTech，2011.
38	Munns R， Passioura J B， Colmer T D，et al.Osmotic adjustment and energy limitations to plant growth in saline soil［J］.New Phytologist，2019，225（3）：1091-1096.
39	刘莎莎.旱盐胁迫下大豆的适应性反应及Na⁺的调节作用［D］.烟台：鲁东大学，2018.
40	王宝山，邹琦.NaCl胁迫对高粱根、叶鞘和叶片液泡膜ATP酶和焦磷酸酶活性的影响［J］.植物生理学报，2000，26（3）：181-188.
41	Mansour M M F.The plasmamembrane transport systems and adaptation to salinity［J］.Journal of Plant Physiology，2014，171：1787-1800.
42	孙博瀚，杨丹，王斐，等. 沙漠植物羽毛针禾（Stipagrostis pennata）糖转运蛋白基因SpSWEET3的克隆与表达［J］.中国沙漠，2023，43（5）：129-138.
43	Colmenero-Flores J M， Martı´nez G N， Gamba G，et al.Identification and functional characterization of cation-chloride cotransporters in plants［J］.The Plant Journal，2007，50：278-292.
44	汪军成.盐生草盐分区隔化耐盐机制研究［D］.兰州：甘肃农业大学，2017.
45	王琪，徐程扬.氮磷对植物光合作用及碳分配的影响［J］.山东林业科技，2005，5：59-62.
46	刘海光，罗振，董合忠.植物硝态氮吸收和转运的调控研究进展［J］.生物技术通报，2021，37（6）：192-201.
47	李新鹏，童依平.植物吸收转运无机氮的生理及分子机制［J］.植物学通报，2007，24（6）：714-725.
48	王新磊，吕新芳.氮代谢参与植物逆境抵抗的作用机理研究进展［J］.广西植物，2020，40（4）：583-591.
49	Ashraf M， Shahzad S M， Imtiaz M，et al.Nitrogen nutrition and adaptation of glycophytes to saline environment：a review［J］.Archives of Agronomy and Soil Science，2018，64（9）：1181-1206.
50	孙传范，肖凯，韩胜芳，等.植物吸收和转运磷素的分子机理研究进展［J］.中国农业科技导报，2011，13（2）：17-24.
51	董旭，王雪，石磊，等.植物磷转运子 PHT1家族研究进展［J］.植物营养与肥料学报，2017，23（3）：799-810.
52	Ahmad P， Azooz M M， Prasad M N V.Ecophysiology and Responses of Plants under Salt Stress［M］.London，UK：Springer，2013.
53	Tester M.Na⁺ tolerance and Na⁺ transport in higher plants［J］.Annals of Botany，2003，91（5）：503-527.
54	郑璐，包媛媛，张鑫臻，等.植物磷转运蛋白基因的研究进展［J］.生态环境学报，2017，26（2）：342-349.
55	潘瑞炽.植物生理学［M］.北京：高等教育出版社，2012.
56	王异星，李明启.焦磷酸在植物细胞能量代谢中的作用（综述）［J］.热带亚热带植物学报，1997，5（4）：85-90.
57	Rubio F， Nieves-Cordones M， Horie T，et al.Doing 'business as usual' comes with a cost：evaluating energy cost of maintaining plant intracellular K⁺ homeostasis under saline conditions［J］.New Phytologist，2019，225：1097-1104.
58	Wu H， Shabala L， Zhou M，et al.Durum and bread wheat differ in their ability to retain potassium in leaf mesophyll：implications for salinity stress tolerance［J］.Plant and Cell Physiology，2014，55（10）：1749-1762.
59	海霞，刘景辉，杨彦明，等.盐胁迫对燕麦幼苗Na⁺、K⁺吸收和离子积累的影响［J］.麦类作物学报，2019，39（5）：613-620.
60	吴强，冯汉青，李红玉，等.干旱胁迫对小麦幼苗抗氰呼吸和活性氧代谢的影响［J］.植物生理与分子生物学学报，2006，32（2）：217-224.
61	杨培芳，史红专，郭巧生，等.光照强度对紫花地丁物质和能量代谢的影响［J］.中国中药杂志，2020，45（24）：5944-5950.
62	杨利，王波，李文姣，等.干旱胁迫下ROS的产生、清除及信号转导研究进展［J］.生物技术通报，2021，37（4）：194-203.
63	刘美君，丁鹿，王丽娜，等.低温胁迫对紫花苜蓿根系呼吸作用的影响［J］.草原与草坪，2020，40（4）：22-26.
64	李志霞，秦嗣军，吕德国，等.植物根系呼吸代谢及影响根系呼吸的环境因子研究进展［J］.植物生理学报，2011，47（10）：957-966.
65	何勇，朱祝军.等渗的Ca（NO₃）₂和NaCl胁迫对番茄根系呼吸和活性氧代谢的影响［J］.浙江大学学报（农业与生命科学版），2013，39（4）：396-402.
66	Borecky' J， Vercesi A B E.Plant uncoupling mitochondrial protein and alternative oxidase：energy metabolism and stress［J］.Bioscience Reports，2005，25（3/4）：271-286.
67	吴强，李红玉，张立新，等.环境胁迫与植物抗氰呼吸［J］.西北植物学报，2003（1）：164-170.
68	Wang H， Liang X， Huang J，et al.Involvement of ethylene and hydrogen peroxide in induction of alternative respiratory pathway in salt-treated Arabidopsis Calluses ［J］.Plant and Cell Physiology，2010，51（10）：1754-1765.
69	庄玉芳.外源钙对巴蜀报春抗氰呼吸调节机理的研究［D］.贵州：贵州师范大学，2019.
70	Liu Z， Zou L， Chen C，et al.iTRAQ-based quantitative proteomic analysis of salt stress in Spica Prunellae ［J］.Scientific Reports，2019，9：9590.
71	严雪婷，顾肖璇，陈鹭真.红树植物生活史过程的能量利用策略［J］.生态学杂志，2021，40（1）：245-254.
72	Bartoli C G， Gomez F， Gergoff G，et al.Up-regulation of the mitochondrial alternative oxidase pathway enhances photosynthetic electron transport under drought conditions［J］.Journal of Experimental Botany，2005，56（415）：1269-1276.
73	Chandra P， Wunnava A， Verma P，et al.Strategies to mitigate the adverse effect of drought stress on crop plants-influences of soil bacteria：a review［J］.Pedosphere，2021，31（3）：496-509.
74	Lin J， Li J P， Yuan F，et al.Transcriptome profiling of genes involved in photosynthesis in Elaeagnus angustifolia L. under salt stress［J］.Plant Physiology and Biochemistry，2018，56（4）：998-1009.
75	张瑞平，杨峰，陈乐章，等.交替呼吸途径在油菜素内酯调控本氏烟响应高温胁迫中的作用研究［J］.生物技术通报，2020，36（10）：8-14.
76	潘晨慧.交替途径及外源过氧化氢在唐古特白刺耐盐性中的作用［D］.哈尔滨：东北农业大学，2018.
77	Munns R， Gilliham M.Salinity tolerance of crops-what is the cost？［J］.New Phytologist，2015，208（3）：668-673.
78	潘晶，黄翠华，彭飞，等.植物根际促生菌诱导植物耐盐促生作用机制［J］.生物技术通报，2020，36（9）：75-87.
79	许盼云，吴玉霞，何天明.植物对盐碱胁迫的适应机理研究进展［J］.中国野生植物资源，2020，39（10）：41-49.
80	高玉坤，杨溥原，项晓冬，等.不同耐盐高粱品种全生育期对盐胁迫的响应［J］.华北农学报，2020，35（6）：113-121.
81	赵鸿，王润元，尚艳，等.粮食作物对高温干旱胁迫的响应及其阈值研究进展与展望［J］.干旱气象，2016，34（1）：1-12.
82	李金霞，朱亚男，孙小妹，等.氮磷添加对黑果枸杞（Lycium ruthenicum）营养器官非结构性碳水化合物特征的影响［J］.中国沙漠，2021，41（2）：200-211.
83	韩佳欣，郑浩，张琼，等.果树中糖类代谢和调控研究［J］.植物科学学报，2020，38（1）：143-149.
84	杨建昌，张建华.促进稻麦同化物转运和籽粒灌浆的途径与机制［J］.科学通报，2018，63（Z2）：2932-2943.
85	周驰燕，李国辉，许轲，等.水稻茎鞘非结构性碳水化合物转运机理及栽培调控研究进展［J］.生命科学，2021，33（1）：111-120.
86	Rains D W.Metabolic energy cost for plant cells exposed to salinity［J］.California Agriculture，1984，38（10）：22.

[1]	李端, 司建华, 李继彦, 王佩将, 原黎明. 胡杨（ *Populus euphratica* ）对盐胁迫和干旱胁迫的生理响应特征[J]. 中国沙漠, 2023, 43(2): 205-215.
[2]	王雨, 刘振婷, 高广磊, 杜凤梅, 张英, 丁国栋, 任悦, 曹红雨. 干旱胁迫下枯草芽孢杆菌（ *Bacillus subtilis* ）对柠条（ *Caragana korshinskii* ）和沙冬青（ *Ammopiptanthus mongolicus* ）种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 中国沙漠, 2022, 42(5): 73-81.
[3]	王方琳, 尉秋实, 柴成武, 王理德, 张德魁, 王昱淇, 王飞, 胡小柯. 沙蒿（*Artemisia desertorum*）浸提液对自身种子萌发与幼苗生长的化感作用[J]. 中国沙漠, 2021, 41(6): 21-28.
[4]	刘少芳, 王若愚. 植物根际促生细菌提高植物耐盐性研究进展[J]. 中国沙漠, 2019, 39(2): 1-12.
[5]	任珺, 孙梦洁, 张照桤, 陶玲. 外源钙对盐胁迫下苦豆子(Sophora alopecuroides)种子萌发和幼苗生长的影响[J]. 中国沙漠, 2019, 39(1): 105-109.
[6]	李辛, 赵文智. 雾冰藜(Bassia dasyphylla)种子萌发和幼苗生长对盐碱胁迫的响应[J]. 中国沙漠, 2018, 38(2): 300-306.
[7]	王方琳, 刘世增, 尉秋实, 魏小红, 柴成武, 李爱德, 张莹花, 王昱淇, 王飞, 张锦春. 骆驼蓬（Peganum harmala）茎叶水浸液对黑果枸杞（Lycium ruthenicum）种子萌发与幼苗生长的化感作用[J]. 中国沙漠, 2017, 37(3): 469-474.
[8]	罗君, 彭飞, 王涛, 薛娴, 黄翠华. 黑果枸杞(Lycium ruthenicum)种子萌发及幼苗生长对盐胁迫的响应[J]. 中国沙漠, 2017, 37(2): 261-267.
[9]	张肖, 王旭, 焦培培, 李志军. 胡杨(Populus euphratica)种子萌发及胚生长对盐旱胁迫的响应[J]. 中国沙漠, 2016, 36(6): 1597-1605.
[10]	石勇, 刘源, 殷恒霞, 燕霞, 马小飞. 红砂(Reaumuria soongarica)种子萌发特性及其局部适应性[J]. 中国沙漠, 2016, 36(3): 644-650.
[11]	张继伟, 赵昕, 石勇, 陈国雄, 李新荣. 盐胁迫下沙米(Agriophyllum squarrosum)矿质离子吸收与分配特征[J]. 中国沙漠, 2016, 36(3): 702-707.
[12]	安晶, 吴楠, 张元明. 沙土灭菌对羽毛针禾(Stipagrostis pennata)种子萌发、幼苗生长及根鞘形成的影响[J]. 中国沙漠, 2016, 36(2): 399-405.
[13]	陈文, 王桔红, 朱慧, 齐威. 沙埋对河西走廊4种旱生植物种子萌发和幼苗生长的影响[J]. 中国沙漠, 2015, 35(6): 1532-1537.
[14]	米志英, 金文兵, 朱振华, 来强, 杜海燕. 储藏温度、NaCl及PEG渗透处理对中间锦鸡儿(Caragana intermedia)种子萌发的影响[J]. 中国沙漠, 2015, 35(4): 907-911.
[15]	李茜, 任运涛, 牛得草, 张宝林, 赵慧, 傅华. 几种旱生灌木种子萌发特性及化学成分[J]. 中国沙漠, 2015, 35(2): 345-351.