兰州大学草地农业科技学院在植物耐盐机制方面取得系列新进展

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，草地农业科技学院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兰州大学萃英讲席教授、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兰州大学中央高校基本科研业务费的资助，兰州大学为第一完成单位。

图1 生长于辽宁盘锦红海滩湿地的盐地碱蓬

图2 在两种盐浓度下，SsHKT1;1，SsSOS1和SsNHX1协同调控盐地碱蓬Na+转运的模型图

图3 盐地碱蓬的研究被选为封面论文

图4 盐胁迫下根内皮层木栓质在限制Na+内流、K+外排和水分回流中的作用模型

图5 Cl-吸收和积累被DIDS (Cl-吸收抑制剂)抑制后沙芥耐盐能力明显降低