利用体外筛选技术鉴定醋栗番茄耐盐性状以增强作物抗逆性

《Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC)》：Identifying salt-tolerant traits in Solanum pimpinellifolium through in vitro screening to enhance crop resilience

本研究针对全球盐胁迫导致的作物减产问题，开发了一种基于无蔗糖培养基的体外筛选体系，通过模拟海水盐度梯度（0%、30%、60%），对21份醋栗番茄（Solanum pimpinellifolium L.）种质进行耐盐性评价。结果表明，60%海水浓度下WR2等种质通过维持根系伸长、减少根尖坏死、提高叶绿素含量等性状显著优于栽培番茄（S. lycopersicum），证实野生种质可作为耐盐育种的重要遗传资源。该研究为快速筛选耐盐种质及提升作物气候适应性提供了创新方法。

　　

随着全球气候变化加剧和灌溉用水短缺，土壤盐渍化已成为威胁农业生产的重要非生物胁迫因素。据统计，全球约20%的灌溉农田受到盐害影响，导致作物减产高达50%。番茄（Solanum lycopersicum）作为全球重要的蔬菜作物，虽具备中等耐盐性，但现代品种在追求商品性状的育种过程中遗传多样性急剧下降，使其对抗逆性的遗传潜力受限。与此同时，野生番茄近缘种如醋栗番茄（Solanum pimpinellifolium L.）长期适应沿海高盐环境，蕴藏着丰富的耐盐基因资源。如何高效挖掘这些资源，并将其应用于耐盐品种选育，成为当前农业可持续发展的重要课题。

在这项发表于《Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC)》的研究中，意大利圣安娜高等大学与比萨大学的研究团队开发了一套创新的体外筛选体系，通过模拟海水盐度胁迫，系统评估了醋栗番茄的耐盐性状。研究首次将复合海盐（Instant Ocean^?）引入无蔗糖培养基体系，创建了更接近自然生长条件的自养培养模型，为快速鉴定耐盐种质提供了新范式。

关键技术方法

研究采用21份源自安第斯山脉至智利沿海的醋栗番茄种质（由德国IPK种质库提供），以栽培番茄‘Principe Borghese’为对照。通过含海盐（0/10.5/21 g·L^-1，对应0%/30%/60%海水浓度）的无蔗糖MS培养基进行12天培养，测定根系形态（伸长率、坏死率、次级根数）、地上部性状（真叶数、鲜重/干重）、矿质元素（Na⁺/K⁺比）及色素含量等16项参数。采用主成分分析（PCA）和Pearson相关性分析筛选关键耐盐指标。

盐胁迫下野生种质与栽培种的表型分异

在60%海水浓度（T60）下，醋栗番茄种质表现出显著优于栽培种的耐盐性。典型代表WR2种质的根系伸长率比栽培种高38%，根尖坏死率降低至栽培种的1/3。通过立体显微镜观察发现，栽培种根尖出现大面积坏死区域（图2a），而WR2种质根尖保持完整结构（图2b）。此外，WR2、WR9等种质在T60条件下次级根数量增加2.1-2.8倍，表明其通过扩大根系表面积增强盐分稀释能力。

耐盐性综合评价体系的建立

主成分分析显示，T60处理下PC1（32.81%）和PC2（16.91%）累计贡献率达49%，成功将盐损伤指标（S.I.L.、根坏死）与生长指标（根系伸长、真叶数）分离。相关性矩阵进一步揭示：叶绿素含量与根系伸长（r=0.72）、真叶数（r=0.68）呈正相关，而与S.I.L.（r=-0.61）负相关。这表明光合能力维持是野生种质耐盐的重要机制，而S.I.L.（盐损伤等级）作为综合指标可有效量化整体耐盐性。

生理生化指标的协同响应

在T60胁迫下，WR2、WR11等种质叶绿素含量较栽培种提高26-41%，维持了光合系统稳定性。矿质元素分析显示野生种质根系具有更高的K⁺/Na⁺比（1.8-2.3 vs 栽培种0.9），表明其通过离子选择性吸收减轻钠毒害。尤其值得注意的是，野生种质在高盐下仍能保持钙（Ca²⁺）、镁（Mg²⁺）吸收稳定性，这对细胞膜完整性维持至关重要。

讨论与展望

本研究建立的体外筛选体系具有三重创新性：其一，通过无蔗糖自养培养模拟自然生长条件，避免异养代谢对盐胁迫响应的干扰；其二，采用复合海盐替代单一NaCl，更真实还原沿海盐渍环境；其三，在12天内完成多参数高通量筛选，效率较传统土培体系提升5倍。WR2等种质展现的“根系构型优化-光合维持-离子稳态”多重耐盐机制，为解析野生番茄耐盐遗传基础提供了新视角。

未来研究将结合转录组学与代谢组学，深入挖掘WR2种质中调控根系发育（如LRD基因家族）和离子转运（如SOS信号通路）的关键基因。该筛选体系可扩展至小麦、水稻等主粮作物，为应对全球盐渍化挑战提供种质创新平台。通过将野生种质的耐盐性状渗入现代品种，有望培育出既适应边际土地种植又保持风味品质的新种质，实现农业生产与生态适应的双赢。