利用物候学、形态生理学、生物化学和分子特征筛选耐盐杜伦小麦（Triticum turgidum L.）品种

《Plant Physiology and Biochemistry》：Screening salt-tolerant durum wheat ( Triticum turgidum L.) cultivars using phenological, morpho-physiological, biochemical, and molecular characters

小麦耐盐性筛选标记研究：通过比较盐敏感（Saji）与耐盐（Yavarous）品种在盐胁迫（250 mM NaCl）下的表型、生理生化及ABA相关基因（NCED、PYL1等）差异，发现叶失水率（ELWL）、光合效率（GWUE）、K+/Na+比值等生理指标及主穗重、千粒重等产量构成特征可作为筛选标记。抗氧化酶活性、脯氨酸积累及离子平衡相关基因表达差异揭示了耐盐机制。摘要

　　盐渍胁迫对小麦的生长和产量产生了显著的负面影响，这种影响主要通过改变特定基因的表达来实现。随着全球气候变化和土地盐碱化问题的加剧，研究如何提高小麦对盐渍环境的耐受性变得尤为重要。本研究聚焦于两种不同的小麦品种：一种是盐渍敏感型（Saji），另一种是盐渍耐受型（Yavarous），在250 mM NaCl的盐渍条件下，对其表型、形态生理、生化特征以及与脱落酸（ABA）相关的六个基因进行了分析，旨在识别可用于盐渍耐受筛选的标记。

研究结果显示，这两个品种在所有检测的表型特征上都表现出显著的遗传多样性。这种多样性为育种工作提供了重要的基础，因为这意味着不同品种之间存在可利用的基因资源，有助于筛选出更适应盐渍环境的优良品种。其中，一些表型特征如成熟天数与每株植株的籽粒产量（GYPP）之间呈现出显著的负相关性。这意味着，成熟期越长的品种，其产量可能越低。这一发现对于育种者来说具有重要意义，因为它提示了在选择耐盐品种时，需要关注植物的生长周期和成熟时间。

在形态生理特征方面，研究发现，叶水损失率（ELWL）与GYPP之间的负相关性尤为显著。这表明，叶水损失率较低的品种可能具有更好的盐渍耐受能力。此外，籽粒水分利用效率（GWUE）、过氧化氢酶活性以及钾钠比（K+/Na+）等生化特征也与GYPP表现出强烈的关联。这些特征可以作为选择耐盐品种的重要指标。例如，较高的水分利用效率意味着植物能够更有效地利用水分进行光合作用，从而提高产量。而较高的钾钠比则反映了植物在盐渍环境下维持细胞内离子平衡的能力，这对于植物的正常生理活动至关重要。

在产量构成因素方面，研究指出，主穗籽粒重、千粒重、主穗籽粒数以及每株籽粒数可以作为选择耐盐品种的优良标记。这些特征直接关系到最终的籽粒产量，因此在育种过程中应优先考虑。通过优化这些特征，可以显著提高小麦在盐渍环境下的产量表现。

在生理特征方面，研究建议选择那些能够提高水分利用效率（GWUE）、减少叶水损失率（ELWL）、保持较高的相对含水量（RWC）、总叶绿素和总类胡萝卜素含量的品种，同时降低叶绿素A/B比值和过氧化氢水平的品种作为有利的生理标记。这些特征反映了植物在盐渍环境下的生理适应能力，例如，较高的水分利用效率和较低的叶水损失率有助于植物在水分有限的情况下维持正常的生长和发育。

在生化特征方面，研究发现，抗坏血酸过氧化物酶活性、钾钠比、镁钠比、脯氨酸积累、总蛋白含量、总叶糖含量、总酚类物质和黄酮类物质含量的增加，以及丙二醛和过氧化氢水平的降低，可以作为选择耐盐品种的标记。这些特征表明，植物在盐渍环境下能够通过增强抗氧化系统、调节离子平衡和积累渗透调节物质来应对胁迫。例如，脯氨酸是一种重要的渗透调节物质，它能够帮助植物维持细胞内的渗透压，从而减少盐渍对细胞结构的破坏。

在分子层面，研究发现，盐渍敏感型品种Saji在盐渍条件下，与脱落酸合成和信号传导相关的基因表达水平高于盐渍耐受型品种Yavarous。这一结果表明，盐渍敏感型品种可能更依赖于快速激活的基因表达来应对盐渍胁迫，而盐渍耐受型品种则可能具有更强的分子防御机制，能够在不显著激活基因表达的情况下维持较高的生存能力。脱落酸在植物应对盐渍胁迫中起着核心作用，它能够诱导气孔关闭、调节渗透平衡以及激活与胁迫响应相关的基因表达。因此，研究脱落酸相关基因的表达模式对于理解植物如何应对盐渍胁迫具有重要意义。

此外，研究还发现，盐渍耐受型品种Yavarous在盐渍条件下表现出更高的离子平衡能力，特别是在维持钾钠比和镁钠比方面。这说明，这些品种可能在细胞膜上具有更强的离子选择性通道，能够有效排除钠离子并保留钾离子，从而减少盐渍对细胞功能的干扰。同时，较高的抗氧化酶活性表明这些品种能够更有效地清除活性氧（ROS），减轻盐渍引起的氧化损伤。

研究还指出，盐渍耐受型品种在盐渍条件下表现出更高的光合效率和更有效的光合产物向籽粒的转移能力。这表明，这些品种能够更有效地利用光能进行光合作用，并将光合产物转化为籽粒，从而提高产量。这种能力可能是由于其更高效的光合系统和更有效的光合产物分配机制所导致的。

从研究结果来看，盐渍耐受型品种Yavarous在多个方面表现出优于盐渍敏感型品种Saji的特性。这些特性包括更短的成熟期、更低的叶水损失率、更高的水分利用效率、更强的抗氧化能力以及更好的离子平衡能力。这些特征共同作用，使得Yavarous能够在盐渍环境下维持较高的产量和生长能力。

本研究还强调了基因表达分析在盐渍耐受性研究中的重要性。通过分析不同品种在盐渍和非盐渍条件下的基因表达模式，可以识别出与盐渍耐受性相关的候选基因。这些基因可以作为分子标记，用于未来的育种工作。例如，PYL1基因在盐渍条件下表现出显著的上调，特别是在盐渍敏感型品种中。这表明，PYL1基因可能在盐渍胁迫的响应中起着关键作用。而NCEDII基因作为NCED的同源基因，同样参与脱落酸的合成过程，可能在不同的组织或胁迫阶段发挥不同的作用。

本研究的结果对于未来的育种工作具有重要的指导意义。通过利用这些识别出的标记，育种者可以更有效地筛选出具有盐渍耐受性的优良品种。此外，研究还建议，可以通过标记辅助选择（MAS）或基因工程技术来增强脱落酸信号传导通路，从而提高小麦的盐渍耐受能力。这些方法不仅可以加速育种进程，还能够提高新品种的适应性和产量。

总之，本研究通过综合分析表型、形态生理、生化和分子特征，为盐渍耐受小麦的筛选和育种提供了重要的依据。研究发现，盐渍耐受型品种在多个关键指标上表现出优势，这些指标包括生长周期、水分利用效率、抗氧化能力、离子平衡以及光合效率。通过识别这些标记，可以为未来的育种工作提供明确的方向，帮助育种者开发出更适应盐渍环境的小麦品种，从而保障粮食安全。