腐殖质(Humic substances,HS)是动植物残余物经化学、生物转化，以及微生物代谢等形成的天然高分子有机物，是地球表面主要有机碳库。

通常情况下将HS分为胡敏酸(Humic acid,HA)、富里酸(Fulvic acid,FA)和胡敏素(Humin,Hu)三个组分。

在腐殖化过程中，原本结构明确的四大类生物分子单体（蛋白质、多糖、脂质和木质素）经缩合，转化为功能相似但结构各异的HS，形成的HS并不是前体生物分子单体间的简单加和，而是形成了具有独特结构属性的系列高分子化合物或混合物。

各种各样的天然生物参与HS形成，如蓝细菌、真核藻类、地衣和蕨类植物等。

HS的形成受到其超分子结构内稳定分子间相互作用力的限制。

HS化学组成和官能团取决于提取物的起源、年龄、获取提取物时的气候和环境条件等。

HS超分子结构由包含-OH亲水部分和包含脂肪链和芳香环的疏水部分组成，包括酚，羧酸，烯醇，醌和醚，以及糖基和肽基等官能团。

HS在农业生态系统和环境治理中具有重要作用，近年来逐渐开始关注HS参与植物非生物胁迫的响应。

HS能够调节土壤环境pH，增强阳离子交换能力，减缓非生物胁迫，如盐胁迫、干旱、重金属污染等。

HS对高等植物非生物胁迫的应答以直接和间接两种方式进行，HS直接参与植物生长发育相关代谢过程，如光合作用、呼吸作用、核酸合成和离子吸收等，此外，HS通过改善土壤理化性质、微生物群落，以及提高营养物质的可利用率等间接影响植物对非生物胁迫的应答。

事实上，HS作为天然异构高分子化合物，自身存在一些特异性调节机制直接或间接参与调控植物非生物胁迫，然而由于HS超分子结构的复杂性，形成途径和稳定机制的不确定性、促生作用的物种选择性、HS浓度依赖性和生理活性作用机制的多面性、以及促生激素信号和防御信号转导途径的交叉、串扰和重叠机制的复杂性等一系列问题的存在，使得HS参与抗逆境胁迫应答作用机制尚未明确阐明，本研究在总结国内外学者对HS抗逆胁迫研究的最新进展的基础上，深入分析了HS参与植物非生物胁迫应答可能的主要作用机制，旨在为HS在农业生产和环境治理研究中的应用提供理论借鉴。

HS介导H+-ATPase调节

质子泵参与植物对环境胁迫的响应，如磷缺乏，低温、盐胁迫和重金属胁迫等。

HS能够诱导(PM)H+-ATPase产生质子驱动力(proton motive force,PMF)，质子是金属离子和代谢物通过共质体途径主动和被动运输的必需动力。

已知H+-ATPase有3个结构域：磷酸酶结构域、转化结构域和激酶结构域等。

其中激酶结构域是ATP结合区，使酶磷酸化，而磷酸酶结构域使酶去磷酸化，H+-ATPase的活性受到磷酸化和去磷酸化过程的严格调控。

(PM)H+-ATPase作用机制是C-末端自身抑制结构域中倒数第二个Thr残基磷酸化，随后结合14-3-3调节蛋白。

14-3-3蛋白的结合置换了C-自身抑制结构域，形成由6个H+-ATPase和6个14-3-3调节蛋白组成的十二聚体复合物，(PM)H+-ATPase被激活。

研究表明，许多信号分子，如IAA，蓝光和壳梭孢素(fusicoccin,FC)等，能够调节(PM)H+-ATPase C末端倒数第二个Thr残基的磷酸化水平，及其与14-3-3蛋白的相互作用，激活(PM)H+-ATPase，因此HS能够通过IAA活性调节H+-ATPase磷酸化介导对非生物胁迫的响应。

以重金属AI胁迫为例，在pH=7相对较高的胞质环境下，柠檬酸会解离为柠檬酸根阴离子(Cit3-)和H+,MATE(multidrug and toxin extrusion)转运蛋白介导Cit3-流出可能与HS激活的(PM)H+-ATPase驱动的H+流出发生耦合(电荷平衡)，因此，HS作用下(PM)H+-ATPase偶联MATE转运蛋白，将植物根部渗出的柠檬酸盐与根际Al形成稳定的无毒复合物(Cit:Al)。

研究证实，在盐胁迫条件下，HS能够通过调节K+、Na+转运蛋白以及产生运输驱动力质子泵的表达和活性，使得细胞质中保持高浓度K+和低浓度Na+。

目前抗盐胁迫作用机制和影响因素尚未明确，但一些中间信号成分已被确定。

研究表明，蛋白激酶复合物是由盐胁迫引发的信号激活，蛋白激酶复合物磷酸化并激活各种离子转运蛋白，如质膜Na+/H+逆向转运蛋白(plasma membrane Na+/H+antiporter)，将Na+从质膜向胞外排放或在液泡中区隔化。

质子泵水解ATP或PPi，使H+跨膜转移，形成膜电化学质子电位梯度，驱动质膜上的Na+/H+逆向转运蛋白，将细胞内的Na+排出细胞，降低对细胞毒害作用。

(PM)H+-ATPase通过Na+/H+逆向转运蛋白，为吸收K+和分泌Na+提供了动力。

(TP)H+-ATPase和(TP)H+-PPase是整合膜蛋白，为液泡中的盐离子驱动提供动力，因此，盐胁迫条件下，HS通过调节质子泵活性影响膜电位和质子梯度，影响K+、Na+等离子的吸收和释放。

此外，HS与细胞质膜相互作用能够改变质膜脂质组成，改变膜流动性。

质膜磷脂环境的变化调节(PM)H+-ATPase活性，H+-ATPase的活化取决于HS脂肪链的饱和度及其长度，活性随着脂肪链长度和脂肪酸不饱和度的增加而降低,HS介导的H+-ATPase对植物非生物胁迫的调控能力取决于来源、浓度、分子量和化学组成等。

HS驱动(PM)H+-ATPase和MATE转运蛋白对重金属AI胁迫的调节机制

2 HS介导细胞信号分子的互作

HS参与调节干旱、高盐、低温及重金属污染等一系列非生物胁迫，涉及一系列复杂信号转导途径，HS作用下，细胞会通过累积一些信号分子，如脯氨酸(Pro)、NO、生长素(IAA)，细胞分裂素(CK)、脱落酸(ABA)、乙烯(ET)、Ca2+、活性氧(Reactive oxygen species,ROS)等，来维持细胞的形状和代谢功能，稳定蛋白结构和酶活性，保持膜的通透性等。

AYDIN等研究证实，盐胁迫条件下，菜豆(Phaseolus vulgaris)外源施加HS可增加Pro含量，同时能够降低质膜透性和ROS产生。

Pro作为渗透调节物质，能够防止质膜损伤，清除ROS，而且逆境条件下，Pro还可以作为碳、氮以及还原力的一种快速补偿来源。

非生物胁迫条件下，HS通过调节激素水平，改善营养元素的摄取，从而增强环境胁迫的耐受性。

NO是参与胁迫应答的一种重要的生物活性自由基，如水分胁迫，高盐、重金属胁迫等。

研究表明，堆肥HA能够在玉米侧根部位诱导NO合成。

NO通常与植物激素(如IAA、CK、ABA和ET等)相互作用。

如干旱条件下，HS能够诱导叶片中ABA浓度增加，而NO是渗透胁迫下叶片ABA信号通路的下游产物，是介导ABA诱导气孔关闭的关键信号分子，而且ABA介导NO的产生似乎与ROS（主要是H2O2）产生有关。

MORA等在研究HS对根系发育和功能影响的研究中证实NO和IAA相互作用，NO可以通过抑制IAA氧化酶活性来促进IAA积累，而且HA介导(PM)H+-ATPase活性具有IAA和NO依赖性。

HS还能够增加根中ET浓度，作用机制是NO通过IAA途径促进根中ET浓度的增加，Mora等研究还发现HS诱导(PM)H+-ATPase和硝酸盐由根向地上的转运，与CK由根向地上的转运以及在叶片中浓度的增加密切相关。

这些植物激素不仅能够调节多种生理过程，包括根起始、伸长和根毛形成等，在逆境条件下，它们通常在复杂的植物激素信号通路串扰和反馈的网状调控路径中相互作用。

此外，NO具有抗氧化性质，在催化ROS相关酶的合成中充当信号分子。

研究表明，在非生物胁迫条件下，如水分和盐胁迫、机械损伤以及UV等均可以诱导ROS形成，而NO通过各种方式调节植物体内活性氧代谢来减轻氧化胁迫损伤。