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土壤盐渍化是严重制约植物生长和作物产量的主要非生物因素之一。耐盐机制的研究有助于改良植物的抗逆性,对农牧业生产及生态环境的恢复具有重要意义。近日,yl23455永利10大王锁民教授团队在植物耐盐性方面取得3项研究成果,为从不同层面探讨植物的耐盐策略提供了新的视角。
真盐生植物盐地碱蓬广泛分布于滨海盐碱滩及内陆盐渍化土壤,秋季里会形成“红海滩”的壮美景观(图1)。盐地碱蓬既是改良盐碱地的先锋植物,也是维护被誉为“地球肺”的湿地生态系统的重要组分,在植被恢复和湿地保护等方面具有很高的应用价值。针对整株水平上盐地碱蓬Na+转运机制的研究发现,在高浓度NaCl条件下,盐地碱蓬可通过调控Na+转运功能基因SsHKT1;1、SsSOS1和SsNHX1的协同表达将更多的Na+转运到叶片的液泡中以缓解其毒害作用(图2)。研究成果“SsHKT1;1 is coordinated with SsSOS1 and SsNHX1 to regulate Na+homeostasis in Suaeda salsaunder saline conditions”于2020年4月发表于《Plant and Soil》 (论文链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-020-04463-x),并被选为封面论文(图3)。已毕业学生王文颖博士、刘亚琪硕士和段慧荣博士为该文共同第一作者,王锁民教授为通讯作者。
相对于盐生植物,非选择性的Na+吸收是大多数甜土植物对盐敏感的重要原因,在根系内皮层细胞壁上,一类保护性屏障木栓质被认为在限制Na+吸收方面发挥着重要作用,但其作用机制尚不明确。王锁民教授团队联合yl23455永利10大萃英讲席教授、加拿大卡尔顿大学Owen Rowland教授团队,发现模式植物拟南芥中根内皮层木栓质能限制Na+通过跨细胞途径而非质外体途径流入维管组织,同时减少水分和K+向土壤的回流,从而赋予植物较强的耐盐性(图4)。研究成果“Aliphatic suberin confers salt tolerance to Arabidopsis by limiting Na+influx, K+efflux and water backflow”于2020年3月发表在《Plant and Soil》杂志(论文链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-020-04464-w),已毕业的王沛博士和在读博士生王春梅为文章的共同第一作者,王锁民教授和Owen Rowland教授为共同通讯作者。英国苏塞克斯大学著名植物生理学家Timothy Flowers教授参与指导了上述两方面的研究工作。
除Na+外,盐渍土壤中过多的Cl-是制约植物生长的又一主要离子。迄今学术界对Cl-的关注程度相对较低,特别是尚未认识到Cl-在盐生和旱生植物适应逆境中的重要作用。团队骨干马清副教授研究组的最新结果表明,广泛分布于我国西北荒漠区的旱生植物沙芥是一种典型的耐Cl-植物;盐和干旱胁迫下,沙芥能够将根系吸收的大量Cl-有效转运并积累至地上部作为一种有益的渗透调节剂,是其适应盐渍和干旱生境的重要机制(图5);与大多数甜土植物不同,沙芥在大量吸收积累Cl-的同时能够维持体内NO3-浓度的稳定,亦是沙芥适应逆境的另一重要特征。研究成果“Chloride is beneficial for growth of the xerophyte Pugionium cornutumby enhancing osmotic adjustment capacity under salt and drought stresses”在《Journal of Experimental Botany》杂志在线发表(论文链接:https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/eraa158/5812630),博士生崔彦农为论文第一作者,马清副教授为通讯作者。
上述系列研究成果进一步补充和拓展了人们对植物耐盐机制的认识,同时也为农作物和优良牧草抗逆性的遗传改良提供了理论依据。以上成果得到国家自然科学基金重点和面上项目以及yl23455永利10大中央高校基本科研业务费的资助,yl23455永利10大为第一完成单位。