最近上完课了,咱们谈一谈植物遭受的盐胁迫和它抗盐的机制。

简单来说,盐胁迫就和我们平时做饭盐加多了一样,但是我们可以在喝点白开水,但是植物长在那个地方,没办法移动,所以只能想办法抵抗了。


1、盐胁迫的危害

盐胁迫对植物生长的影响实验心得(植物是如何抵抗盐胁迫的)(1)

首先,盐胁迫对于植物来讲首先是高浓度的离子环境。高渗透压使得植物失水,从而使得叶片气孔关闭,光合作用受到限制,影响植物的正常生长代谢。通常情况下,盐胁迫的主要原因为Na 过量,其次是Cl-过量。由于植物蒸腾作用,导致Na 和Cl-积累在植物体中,对植物体内的渗透压平衡造成破坏,并对其他离子产生竞争性抑制作用;而对于植物幼芽来讲,过量的Na和Cl会抑制生长。

盐胁迫对植物生长的影响实验心得(植物是如何抵抗盐胁迫的)(2)

盐胁迫除了直接的高渗毒害作用以外,还存在着间接的氧化胁迫作用。由于盐胁迫导致植物体内的代谢紊乱,使得植物的氧化还原系统受到破坏,代谢过程中产生的活性氧等物质积累在植物体内,影响植物的光合作用,最终使得植物生长受到抑制。

2、植物耐盐机制

植物对环境的适应使其具有一定程度上抵抗盐胁迫的能力,针对上述的问题,植物自身都有很好的解决措施,包括渗透调节、活性氧的清除,代谢调整、离子平衡等。

盐胁迫对植物生长的影响实验心得(植物是如何抵抗盐胁迫的)(3)

对于渗透调节,植物通过合成一些大分子量的有机物,如糖类、醇类等,提高细胞的渗透势,增强在高渗环境下的吸水能力。除了合成有机质以外,植物在生长过程中,会通过转运蛋白将环境中的K 吸收到细胞中,提高原生质体的渗透势,而对于Na 来讲,植物通过调节HKT降低Na 的吸收同时增加Na 的外排,进入原生质体的Na 将通过NHX转运蛋白转移到液泡中,使液泡-原生质体-质外体的渗透势呈现高低高的浓度,维持细胞中的正常代谢活动。

对于活性氧,植物体内产生多种酶系统来降低其对细胞的损伤,如SOD、CAT等。研究表明普通植物面对盐胁迫会降低自身的能量,而具有抗氧化能力的植物在清除活性氧的时候消耗的能量更少,可能与其酶和能量相关基因有关。

盐胁迫对植物生长的影响实验心得(植物是如何抵抗盐胁迫的)(4)

对于植物体及细胞内的离子平衡,抗盐植物能够使大部分Na 积累在根中,从而降低其在芽的含量,保障植物的正常生长。另外,植物通过转运蛋白对多种离子的浓度进行调节,增加K 在植物体中的含量,从而增强抗盐性。

3、基因改良及相关生物技术

不同植物对于盐胁迫的耐受性不同,根本原因还是其中是否具备相关基因、相关基因是否表达、相关基因表达是否过量。

相关研究成果可以汇总在上图中。植物抗盐主要涉及到SOS蛋白家族、HKT蛋白家族、NHX蛋白家族及其他一些单独作用的转运蛋白。SOS、HKT、NHX均与Na 、K 、H 在植物不同部位、原生质体、液泡的分布有关。通过调节链子的分布及浓度,降低盐胁迫对于植物的毒害作用。

基于前面的背景和现已探明的植物耐盐机制,目前可以通过多种生物技术手段对植物的耐盐性进行改良。传统上可以通过杂交的方式培育耐盐品种,其取决于基因的鉴定,但是有育种周期长的缺点。随着分子标记技术的不断发展,目前利用分子标记进行杂交育种受到欢迎,因为其可较大幅度幅度缩短育种时间,减少筛选的工作量。除了杂交育种外,目前直接在基因水平对植物进行改造也日益流行。

盐胁迫对植物生长的影响实验心得(植物是如何抵抗盐胁迫的)(5)

最为大众所熟知的就是转基因,可以将已知的抗盐基因转移到某种作物中,使其具有抗盐能力,转基因的技术虽然成熟,但是针对转基因的安全性却使得转基因发展受到一定程度的阻碍。与此同时,另外一种不需要插入异源基因的方式日益流行。基因编辑技术已经发展了超过20年,前期的基因编辑技术主要应用ZFNs、TALENs来完成,但是最近的CRISPR技术使得基因编辑变得简单许多。通过基因编辑,可以靶向突变某些基因、对某些抗盐基因的表达起到调控作用,使得植物抗盐能力增加,而不用担心物种间的基因污染问题。

另外,在基因、蛋白的定位上面,还用到各类PCR、免疫荧光等各种技术。

说了这么多,最后总结一下,植物对盐胁迫有着各种各样的反应,使其能够在不好的环境中生存下来。

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