硅介导GF677与GN15砧木耐盐性的生理生化及分子机制解析

本研究针对盐胁迫严重抑制果树砧木生长的农业难题，通过外源硅(Si)处理探究其对GF677和GN15两种砧木耐盐性的调控机制。研究人员采用三因素(2种砧木×3个NaCl浓度×3个Si水平)随机区组设计，系统评估了硅对盐胁迫下植物生长、离子平衡、渗透调节、抗氧化系统及HKT1/AVP1/NHX1/SOS1基因表达的影响。结果表明2 mM Si通过降低Na+/Cl-积累、增强抗氧化酶活性、上调离子转运基因表达，显著缓解盐害，其中GF677表现出更强的耐盐可塑性。该研究为利用硅肥改善盐渍化果园砧木适应性提供了理论依据。

　　

随着全球土壤盐渍化加剧，约20%耕地已受盐害影响，预计205年将扩展至50%耕地。盐胁迫通过渗透胁迫、离子毒性和氧化损伤三重机制破坏植物生理功能，其中Na⁺竞争性抑制K⁺吸收，Cl^-干扰酶活性，导致光合抑制和生长停滞。果树砧木作为接穗品种与土壤环境的桥梁，其耐盐性直接决定果园经济效益。GF677（桃×杏仁杂交种）和GN15（西班牙杏仁×桃杂交种）是商业栽培中广泛使用的砧木，但二者耐盐性差异的分子机制尚不明确。虽然已有研究证实硅能增强作物耐盐性，但其在木本砧木中的调控网络仍存在知识空白。

为解决上述问题，乌尔米亚大学园艺科学系的研究团队在《BMC Plant Biology》发表论文，通过温室水培实验系统解析了硅对两种砧木耐盐性的多维度调控机制。研究采用三因素析因设计（2种砧木×3个NaCl浓度×3个Si水平），结合生理表型、生化指标、离子组学和qRT-PCR技术，揭示了硅通过协调离子稳态、抗氧化防御和基因表达网络增强砧木耐盐性的关键途径。

关键技术方法包括：（1）水培体系下梯度盐胁迫（0/50/100 mM NaCl）与硅处理（0/1/2 mM）的耦合调控；（2）生长参数（鲜重/干重）、相对含水量（RWC）和光合指标（Pn/gs）测定；（3）氧化损伤标志物（MDA/H₂O₂）和电解质泄漏（EL）检测；（4）渗透调节物质（脯氨酸/甜菜碱/可溶性糖）和抗氧化酶（SOD/CAT/APX/GPX）活性分析；（5）火焰光度计和滴定法测定Na⁺/K⁺/Cl^-含量；（6）qRT-PCR量化HKT1/AVP1/NHX1/SOS1基因表达。

植物生长参数
盐胁迫导致两种砧木生物量显著下降，100 mM NaCl使GN15根干重降低至对照的42%，而GF677保持58%。2 mM Si处理使盐胁迫下GF677的茎鲜重恢复率达81%，显著高于GN15（67%）。硅通过维持细胞膨压和光合器官功能，缓解了盐诱导的生长抑制。

相对含水量与氧化损伤
盐胁迫使GN15的RWC下降29%，电解质泄漏（EL）增加2.3倍，MDA含量升高86%。硅处理通过增强抗氧化防御，使2 mM Si组的H₂O₂积累减少37%，膜损伤指标显著改善。

渗透调节与抗氧化系统
硅调控表现出基因型特异性：GF677在2 mM Si处理下甜菜碱含量提升3.3倍，而GN15依赖脯氨酸积累（1.9倍）。硅同时激活SOD（56%）和CAT（2.1倍）活性，形成协同抗氧化屏障。

光合与离子平衡
100 mM NaCl使GN15的净光合速率（Pn）下降64%，而硅处理组仅降低39%。2 mM Si使叶片Na⁺含量降低51%，K⁺/Na⁺比提升2.2倍，维持了光系统II稳定性。

基因表达调控
硅显著上调离子转运基因表达，其中GF677根系的HKT1表达量增加4.7倍，SOS1提升2.6倍。AVP1和NHX1在叶片的协同诱导（3.1倍）促进了液泡Na⁺区隔化。

研究结论表明，硅通过三重机制增强砧木耐盐性：（1）物理屏障作用，硅沉积减少Na⁺质外体运输；（2）生化调控，增强抗氧化酶活性和渗透物质积累；（3）分子层面激活SOS和NHX通路。GF677表现出更强的硅响应可塑性，其HKT1根系特异性高表达是区别于GN15的关键特征。该研究为硅肥在盐渍化果园的应用提供了理论支撑，未来需开展田间试验验证硅对嫁接体系的长期效应。