外源钙通过整合生理学、解剖学与多组学调控缓解香石竹热胁迫的分子机制

针对全球变暖背景下香石竹(Dianthus caryophyllus L.)热胁迫(HS)导致的生长抑制问题，研究人员通过外源Ca2+处理结合多组学分析，发现15 mM CaCl2能显著提升光合效率(PSII)、激活MAPK信号通路(MPK3/MKK9/WRKY33)，并协调苯丙烷代谢(PAL/CHS)与激素信号(ABA/JA/SA)网络，为花卉抗逆栽培提供新策略。

　　

随着全球气候变暖加剧，高温胁迫已成为制约观赏植物产业发展的关键因素。香石竹作为重要的切花作物，其生长适宜温度在23℃以下，持续高温会导致叶片黄化、生物量下降以及花瓣品质劣变。尽管植物通过抗氧化系统(SOD/POD/CAT)和渗透调节物质(脯氨酸/可溶性蛋白)应对热胁迫，但商业栽培中仍缺乏有效的缓解措施。钙离子(Ca²⁺)作为第二信使，虽在植物抗逆中发挥重要作用，但其在香石竹热胁迫响应中的多维度调控机制尚不明确。

云南某花卉产业研究团队在《Industrial Crops and Products》发表的研究，通过表型观测、生理生化检测、电镜观察、转录组和代谢组分析，系统解析了外源Ca²⁺缓解香石竹热损伤的整合机制。研究使用'Carimbo'品种幼苗，设置5-20 mM CaCl₂浓度梯度，通过叶面喷施结合40/35℃(昼/夜)热胁迫处理，采用SPAD-502叶绿素仪、Li-6400光合仪、TEM透射电镜等技术，结合Illumina HiSeq? 6000测序和LC-MS/MS代谢组学分析数据。

3.1 最佳钙浓度筛选
通过热损伤指数评估发现15 mM CaCl₂(Ca3)处理效果最优，使地上部鲜重、干重和相对含水量分别恢复23.96%、4.01%和5.88%。该浓度显著降低O₂^.-和H₂O₂积累达50.09%和63.01%，并提升SOD/POD活性，通过隶属函数法确认其最优性。

3.2 时间动态响应
延长热胁迫至12天时，Ca²⁺预处理使电解质渗漏率(REL)和丙二醛(MDA)含量降低22.87%和10.05%，同时维持Fv/Fm(光化学效率)和Y(Ⅱ)(实际量子产量)等荧光参数，表明钙能延缓持续高温造成的累积损伤。

3.3 结构功能保护
电镜观察显示Ca²⁺使气孔长/宽/面积增加33.41%、56.60%和40.88%，维持类囊体膜完整性。这与LHC(光捕获复合体)基因(Lhcb1-4/6)上调表达相关，证实钙对光合器官的结构保护作用。

3.5 分子调控网络
转录组分析揭示Ca²⁺激活MAPK通路(MPK3/MKK9/WRKY33)，同时上调PsbO/PsbP/PsbQ等PSII蛋白编码基因。WGCNA共表达网络显示MEbrown模块与光合参数高度相关，其枢纽基因Dca58292(ADP-核糖基化因子)可能参与胁迫响应。

3.7 代谢重编程
代谢组发现Ca²⁺促进苯丙氨酸代谢产物(柚皮素/橙皮素)积累，并通过TGA转录因子调控SA信号通路。激素检测显示ABA(脱落酸)和JA(茉莉酸)含量经钙处理后恢复至近对照水平。

这项研究首次在香石竹中构建了"钙信号-光合保护-代谢调控"的级联反应模型。实践层面建议在高温季节来临前6天开始15 mM CaCl₂叶面喷施，该方案通过同时优化气孔导度、抗氧化防御和次生代谢，为花卉节能生产提供技术支撑。理论层面揭示了Ca²⁺通过协调MAPK信号与苯丙烷-类黄酮代谢网络的多靶点调控机制，为其他观赏植物的抗逆育种提供新思路。