《NMT 通讯》第四期
34
贾博为
1
，李媛
2
，金军
3
，关永旭
4
，孙晓丽
*
，孙明哲
*
黑龙江八一农垦大学农学院 / 作物逆境分子生物学实验室，大庆 163319
摘要：
非损伤微测技术（
Non-invasive Micro-test Technology
，
NMT
）是基因功能研究中的一
种活体检测技术，可在不损伤样品的前提下检测分子 / 离子进出生物活体的流速（流动速率
和方向），对于研究植物体生命活动规律以及植物与环境间的相互关系具有重要的生物学意
义。因其活体、原位、非损伤测量，实时、动态测量，长时间持续测量等特点，被广泛应用
于植物科学、动物医学、微生物学等领域。盐碱胁迫是制约植物生长发育的主要非生物胁迫
之一，也是制约农作物生产和生态环境建设的严峻问题。研究作物的耐盐碱机理，对开发和
有效利用盐碱地有重要的现实意义。本文总结性阐述了盐碱胁迫对植物的危害，综合论述该
技术的应用研究，并分析该技术有待进一步提升优化的空间，展望其在植物盐碱胁迫研究中
新的应用方向，以期为非损伤微测技术在该领域的深入应用研究提供参考。
关键词：
非损伤微测技术；盐碱胁迫；
K
+
；
前言
土壤盐渍化是农业生产重要的逆境胁
迫因子之一，逐渐成为限制作物生长、影响
作物产量的主要因素
[1-2]
。目前全世界约有
100
多个国家
57
亿亩土地受盐碱化影响，
约占陆地面积的三分之一， 且呈不断恶化
的趋势
[3-4]
，严重威胁着土地利用率和作物
产量。我国盐渍化土地近
1
亿
hm2
，沿海大
面积土壤的盐渍化和内陆干旱、半干旱地区
因强烈的地表蒸发造成的土地盐渍化及使用
错误灌溉方法造成大面积土壤次生盐渍化，
已经成为制约农林业生产和生态环境建设的
严峻问题。
土壤盐化与碱化分别以盐度、
pH
值升
高为主要特点，并非两种相同的非生物胁迫
非损伤微测技术及其在植物盐碱胁迫研究中的应用
[5]
。盐化和碱化常常同时发生，这种现象在
很多地区普遍存在。根据数据统计显示，中
国东北盐碱侵害的草地面积已达
70%
[6]
，且
呈扩大趋势。盐、碱对植物的危害程度从大
到小依次是盐碱胁迫、碱胁迫、盐胁迫
[7-8]
。
盐碱胁迫会降低土壤渗透势、使离子失衡、
打乱生理过程、抑制植物生长、降低作物的
质量和产量，严重地区甚至会导致植物死亡。
因此培育耐盐碱品种的植物， 提高植物的
耐盐碱能力是缓解盐碱地对植物影响的有效
生物措施，同时还可以产生较好的生态和经
济效益，促进农业的可持续发展
[9]
。在人类
收稿日期：
2023-03-22
*
通讯作者
E-mail:ly_csmbl@163.com
编辑作者
E-mail: yanhan@nmtia.org.cn
高级研修班结业心得
《NMT 通讯》第四期
35
社会现代化进程不断加快、人口数量不断增
加、耕地面积日趋减少和淡水资源严重不足
的巨大压力下，如何开发利用如此大面积的
盐碱地已成为世界性问题。
1. 植物耐盐研究
土壤盐渍化不同程度地影响植物的正常
生长，造成经济和生态效益的巨大损失
[10]
。
国内外有关植物对盐胁迫的生理响应以及它
们与耐盐能力关系等方面的研究报道很多
[11]
。植物对盐的反应受许多因素的影响 : ①
盐胁迫的强度 ( 轻度、中度、重度 ) 及时
间 ; ②物种、品种、植物器官 ; ③植物生长
发育的阶段。
1.1 盐胁迫对植物生理的影响研究
盐分对植物最普遍最显著的效应是抑制
生长，影响种子出苗率、成苗率、苗木生长
量及嫁接成活率。当植物被转移到盐逆境中，
一段时间后生长速率有所下降，其下降程度
与根际渗透压成正比。钾元素是植物生长必
不可少的营养物质，植物对钾元素的需求量
也很大。钾元素对于植物的光合作用，蛋白
质合成等许多其他功能有着至关重要的作
用，进而影响植物的正常生长。盐碱环境会
造成植物外界的渗透压过大，导致植株失水，
K
+
也会随之流失
[12]
。耐盐品种会对外界的
Na
+
进行有效的调节，
K
+
的外排会减少
[13-14]
。
1.1.1 盐胁迫对植物光合作用的影响
叶绿素含量是反映植物光合作用强度的
生理指标。因此，盐胁迫下，对植物光合作
用的影响主要是对植物体中叶绿体的影响。
由于盐胁迫下，植物吸收不到足够的水分和
矿质营养，造成营养不良，致使叶绿素含量
低，影响光合作用。另外，盐分过多使 PEP
羧化酶和
RuBP
羧化酶活性降低，叶绿体趋
于分解，叶绿素被破坏。叶绿素和类胡萝卜
素的生物合成受阻，气孔关闭，使光合速率
下降，影响作物产量。盐胁迫对植物 ( 尤其
是盐生植物 ) 的光合作用具有抑制作用，而
且随外界盐浓度的提高，被抑制的程度也越
大
[15-16]
。在短期盐胁迫下，植物叶片叶绿体
膜蛋白含量下降，气孔导度下降 ; 在较长期
盐胁迫下，叶肉导度和光合面积下降是植物
生长受抑制的主要原因。
1.1.2 盐胁迫对呼吸作用的影响
在盐化条件下，植物为了逆着电化学梯
度汲取离子和维持生命，需要更多的能量。
这种能量看来是由于呼吸作用的增大，也可
能直接通过光和磷酸化来供应。这种呼吸作
用的增大和直接来自光合作用的能量与
O
2
的固定和整个植株生长的减小有关。在很高
的盐度水平上，呼吸作用是减少的。这种效
应在对盐敏感的植物中更显著，其结果是在
需要能量最大的时候维持此时生命所需能量
供应不足。
1.1.3 盐胁迫对生物膜的影响
盐胁迫直接影响细胞的膜脂和膜蛋白，
使脂膜透性增大和膜脂过氧化，从而影响膜
的正常生理功能。
正常情况下，细胞壁和质膜相互接触，
细胞在失水时质膜收缩，由于质膜与细胞壁
高级研修班结业心得
《NMT 通讯》第四期
36
的弹性不同，质壁相互“撕扯”变形，产生
机械胁迫，引起细胞内游离钙离子浓度增加，
诱导植物活性氧迸发。盐胁迫使细胞失水，
引起细胞膨压和渗透压变化。“质膜伤害学
说”认为盐分胁迫对植物的伤害作用主要是
离子胁迫致使植物细胞质膜损伤，使其选择
性遭到破坏，胞内大量离子和某些有机物质
外渗，外界有毒盐离子进入，导致细胞内的
一系列生理生化过程受到干扰。
1.1.4 盐胁迫对酶系统的影响
SOD
、
CAT
、
POD
是植物体内的保护酶
系统，它们相互协调，共同作用清除活性氧，
降低膜脂过氧化所产生的
MDA
，从而保护
膜系统不受破坏。但植物细胞内许多酶只能
在很窄的离子浓度范围才具有活性，在盐胁
迫下由于植物摄取了过量的
Na
+
、
K
+
、
C1
-
等离子，导致细胞内离子浓度过高，细胞质
中高浓度的阳离子抑制了酶蛋白的合成，植
物体内主要的清除酶类 (
SOD
、
POD
、
CAT
)
的含量会明显下降。
1.1.5 阻碍农作物蛋白质的合成
盐分过多对蛋白质代谢影响比较明显，
抑制合成促进分解，抑制蛋白质合成的直接
原因可能是由于破坏了氨基酸的合成，如蚕
豆在盐胁迫下叶内半脯氨酸和蛋氨酸合成减
少，从而使蛋白质含量减少。使作物产生有
毒物质。盐胁迫使植物体内积累有毒的代谢
产物，如蛋白质分解的产物游离的氨基酸、
胺、氨等的积累，这些物质对植物有毒害作
用，致使植物叶片生长不良，抑制根系生长，
组织变黑坏死等。
1.2 NMT 在植物盐胁迫下生理过程中 K
+
稳
态情况
①实验目的：通过盐胁迫方式展现植物生理
过程中
K
+
的变化。
②材料用具及仪器药品
检测样品：拟南芥（大豆、水稻、绿萝等植
物均可）
检测仪器：非损伤微测系统（教学版）或非
损伤微测系统（科研平台）或非
损伤微测系统（研发平台）
使用耗材：
NMT
专用固体
K
+
流速传感器
所需药品：
0.1mMCaCl
2
、
0.1mMKCl
、
pH6.0
用具：培养皿、滤纸、样品固定专用树脂块、
锡箔纸
③原理：钾元素是植物生长必不可少的营养
物质，植物对钾元素的需求量也很大。钾元
素对于植物的光合作用，蛋白质合成等许多
其他功能有着至关重要的作用。进而影响植
物的正常生长。盐碱环境会造成植物外界的
渗透压过大，导致植株失水，
K+
也会随之
流失，
④方法步骤
a. 将拟南芥（大豆、水稻、绿萝等植物均可）
放入
0mM/100mM NaCl
溶液中
b. 分别处理
24
小时。
c. 分别剪取一段盐处理和未盐处理拟南芥
根（大豆、水稻、绿萝等植物均可），使用
滤纸条和树脂块将样品进行固定，加入
5
毫
升的测试液浸泡
30min
。
d. 将测试液吸出，重新加入
5
毫升的测试液。
e. 将样品放入
NMT
系统中检测根部分生区
表面
K
+
流速。
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《NMT 通讯》第四期
37
⑤实验报告：根据实验结果，解释盐处理和
正常样品
K
+
的变化情况。
⑥预期结果：盐处理的样品
K
+
外排增大。
2 非损伤微测技术
非损伤微测技术（
Non-invasive Micro-
test Technology
，
NMT
）及其命名，是前美
国航空航天局高级研究院、美国扬格公司和
北京旭月公司创始人许越教授，在匡廷云院
士、杨福愉院士、林克椿教授的启发和帮助
下，以美国科学家
Lionel F.Jae
离子振荡电
极技术为理论基础，经过
20
多年的不懈努
力，经过模块化、自动化、专业化、智能化、
标准化的技术创新，商品化、商业化、产业化、
国产化、国际化的应用创新，以及‘活体功
能组学’提出的理论创新，成功创建自主知
识产权的 NMT 技术，并于
2021
年通过科技
部‘世界领先’评审。NMT 是一种超高灵敏度，
非接触方式、以流速为单位，检测材料外部
离子分子浓度及其梯度的技术。
2.1 中国应用现状
2007
年，美国扬格（旭月北京）非损
伤技术测试中心开始向中国科研学者提供
NMT
服务，自此拉开了
NMT
在中国的蓬
勃发展之路。
2009
年，北京林业大学陈少
良教授利用非损伤微测技术在胡杨抗盐机制
中的研究成果，于《
Plant Physiology
》上发
表。这不仅是北京林业大学当时少有的高水
平研究成果，难能可贵的是，研究通篇只使
用了
NMT
这一种技术，引得学术界纷纷侧
目。
2015
年，中科院植物所种康教授利用
NMT
研究了水稻抗旱机制，研究成果作为
当期封面文章发表在了《
Cell
》上。这标志
着中国学者应用
NMT
达到了世界先进水平。
截至今日，国内已有
27
个省、直辖市、自
治区，近
200
家高校院所的
300
多个实验室
利用
NMT
进行科学研究。
2009-2016
年的
七年间，共发表
SCI
文章
161
篇，累计影响
因子为
661
。研究成果主要集中在植物科学、
医学生理学、微生物学、环境科学、材料科
学，其中尤以逆境研究最为突出。
2.2 NMT 在中国的发展
旭月公司成立后，在与美国扬格公司的
共同努力下，顺利完成了非损伤微测技术及
系统的商业化，并且建立了完善的售后服务
体系。随后，为了降低设备价格，双方又联
手推出了在中国组装的非损伤微测系统，继
续不遗余力的推动非损伤微测技术在中国的
应用和普及。
3 简述授课老师的授课内容
3.1 干旱胁迫下
ABA
介导保卫细胞离
子对大麦气孔运动的调控机制，王耀生
3.2 茶树氮吸收效率的早期鉴定技术研
究，阮丽
氮是植物生长的重要营养元素，在茶树
栽培过程中常需施用大量氮肥，不仅消耗大
量的资源，施用不当还会造成一系列环境问
题。培育氮肥高效利用的茶树品种是解决这
一问题的重要途径，而建立快速筛选高效株
系的早期鉴定方法对于缩短育种茶树育种年
限具有重要意义。该研究分析龙井 43（
LJ43
）
高级研修班结业心得
《NMT 通讯》第四期
38
和中茶
108
（
ZC108
）两个茶树品种在不同
氮素水平下对氨态氮和硝态氮的吸收与利
用数据，通过与
15N
同位素标记技术的比
对，验证非损伤微测技术（
NMT
）和实时
荧光定量（q
RT-PC
R）技术在早期鉴定茶树
株系氮素吸收利用能力方面的可行性与实用
性，以期建立茶树氮吸收效率的室内早期
鉴定技术。试验结果表明，15N 同位素标记
技术的稳定性和可重复性分别为 89.51%、
99.26%，而 NMT 的稳定性、可重复性分别
为
95.22%
、
96.76%
；两种方法测定结果均
显示茶树具有明显的喜铵特性；硝酸根转运
蛋白基因
CsNRT3.2
和
CsNRT2.4
在两个品
种中均表现出诱导上调表达效应，相比中茶
108
，龙井
43
中
CsNRT2.4
和
CsNRT3.2
具
有更高的表达量，表明
LJ43
对外界氮源的
响应高于
ZC108
。综上所述，认为 NMT 技
术可在短时间内处理并测得茶树的瞬时吸收
速率，且试验材料损耗少，可以用于茶树
氮瞬时吸收速率的早期鉴定 ;
CsNRT2.4
和
CsNRT3.2
的表达量一定程度上反映了茶树
对硝态氮吸收的能力。该研究可为氮高效茶
树品种的早期鉴定技术建立提供依据
3.3 伴矿景天镉富集关键基因筛选与功
能分析，卓仁英
3.5
NMT
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（责任编辑：李雪霏）
高级研修班结业心得
