土壤钾钙与气候辐射：解析大麦耐盐性的环境调控机制及其在干旱半干旱区的应用前景

《Scientific Reports》：Impact of soil and climate on barley (Hordeum vulgare L.) salinity tolerance in diverse arid and saline conditions

本研究针对干旱半干旱地区大麦产量受盐胁迫制约的问题，通过多环境田间试验系统分析了土壤-气候因子对大麦耐盐性的调控机制。研究发现减数分裂-开花期的高强度太阳辐射是影响耐盐基因型的关键限制因子，而土壤K+、Ca2+含量可显著增强耐盐性。该研究为选育气候韧性大麦品种和制定针对性农艺措施提供了理论依据。

　　

在全球人口持续增长和气候变化加剧的背景下，保障粮食安全已成为全球性挑战。联合国粮农组织预测，到2050年世界人口将达到100亿，这意味着主要作物产量需要翻倍才能满足需求。作为第四大谷类作物，大麦（Hordeum vulgare L.）因其卓越的抗旱性和耐盐性，在干旱半干旱地区的农业生产中扮演着重要角色。然而，即使是对盐分相对耐受的大麦，在极端环境条件下仍面临产量下降的严峻挑战。

地中海、中东和北非（MENA）地区是典型的水资源短缺区域，不合理的灌溉方式导致土壤盐渍化问题日益严重。尽管大麦被认为是一种耐盐作物，但不同基因型之间对盐胁迫的响应存在显著差异。更为复杂的是，盐胁迫往往与高温、强辐射等气候因子交织在一起，共同影响作物生长。目前，大多数关于植物耐盐性的研究在控制环境下进行，难以真实反映田间条件下的基因型-环境互作效应。因此，在自然盐渍环境中进行多地点田间试验，对于揭示大麦耐盐性的形成机制至关重要。

由Zied Hammami领衔的研究团队在《Scientific Reports》上发表了最新研究成果，系统探讨了土壤和气候因子如何影响大麦在多样干旱和盐渍条件下的耐盐性。该研究通过在突尼斯两个不同气候区（半干旱的凯鲁万和干旱的梅德宁）进行的两年田间试验，分析了40个来自中东-北非地区和巴基斯坦的大麦基因型对盐胁迫的响应，为理解大麦耐盐性的环境调控机制提供了新视角。

研究采用了田间试验与多元统计相结合的方法。在两年两个地点的试验中，研究人员设置了不同盐度水平的灌溉处理（低盐度2 dS·m^-1和高盐度13 dS·m^-1），并测定了大麦的籽粒产量。耐盐性通过产量降低比率（YR）来量化，该指标计算为1减去产量稳定指数（YSI）。研究创建了多个环境协变量，包括四个关键生殖发育阶段（双棱期-终穗期、终穗期-减数分裂期、减数分裂期-开花期、开花期-灌浆期）的高温天数（最高温≥30°C）和平均日太阳辐射，以及土壤和灌溉水中的K⁺、Ca²⁺含量。通过层次聚类分析和偏最小二乘（PLS）回归等统计方法，解析了基因型耐盐性与环境因子之间的关系。

1. 基因型耐盐性分类

通过基于产量降低比率（YR）的层次聚类分析，40个大麦基因型被分为四个耐盐性不同的组别。组1（G1）包含10个高度耐盐基因型，YR范围为7%-20%，这些基因型在所有测试环境中均表现稳定。组2（G2）和组3（G3）分别为在凯鲁万和梅德宁站点敏感的基因型，YR分别达35%-50%和38%-52%。组4（G4）为中度敏感基因型，YR范围为25%-42%。耐盐基因型包括来自阿曼的Batini地方品种、伊拉克的IPA7、利比亚的Barjouj、巴基斯坦的PK30046以及多个突尼斯地方品种如Arbi、Souihli等。

2. 高温和太阳辐射对耐盐性的影响

研究发现高温和强太阳辐射对大麦耐盐性的影响具有发育阶段特异性。高温（≥30°C）在生殖发育阶段对敏感基因型（G2、G3、G4）的耐盐性有显著负面影响，而耐盐基因型（G1）对高温不敏感。相比之下，太阳辐射的影响更为突出，即使是耐盐基因型，在减数分裂-开花期也表现出对强辐射的敏感性。

3. 钾和钙对耐盐性的促进作用

土壤和灌溉水中的K⁺和Ca²⁺含量对大麦耐盐性有显著正效应。G1组中70%的耐盐基因型表现出高效利用K⁺和Ca²⁺的能力。凯鲁万站点土壤中较高的K⁺（400-550 mg/kg）和Ca²⁺含量与基因型更好的耐盐性相关，而梅德宁站点较低的养分含量可能限制了基因型的耐盐性表达。

4. 耐盐性与地理起源的关系

对23个突尼斯本地大麦基因型的分析表明，耐盐性与原产地土壤盐度存在显著正相关（R²=0.69）。来自加贝斯、梅德宁、凯鲁万和马赫迪耶等高盐地区的基因型表现出更强的耐盐性，这表明长期的自然选择使这些地方品种形成了适应盐渍环境的生理和遗传机制。

研究结论强调，减数分裂-开花期的高强度太阳辐射是影响大麦耐盐性的关键气候限制因子，而土壤K⁺和Ca²⁺的有效性则可显著增强耐盐性。耐盐基因型（G1）在高温条件下表现稳定，但对减数分裂-开花期的强辐射敏感，这表明该阶段是生理瓶颈期。来自高盐地区的地方品种经过长期自然选择，形成了独特的耐盐适应性。

该研究的创新之处在于将土壤养分、气候因子和基因型耐盐性纳入统一框架进行分析，揭示了不同环境因子对大麦耐盐性的互作效应。研究结果对选育气候韧性大麦品种和制定针对性农艺措施具有重要指导意义。通过调整播种日期、施用反光叶面剂（如高岭土）以及优化钾钙肥管理，可以减轻生殖关键期盐分和辐射的复合胁迫，为提高盐渍地区大麦产量提供可行途径。