茄科植物亲缘关系与盐胁迫适应性的互作机制及其对可持续农业的启示

本研究针对盐胁迫下作物适应机制与邻株亲缘度(DOR)的关联问题，通过比较番茄(C)与甜椒(B)在单植、高亲缘(CC/BB)和低亲缘(CB)配对下的生理响应，发现低亲缘配对显著提升番茄的CO2 同化率(A)、气孔导度(gs)和生物量，而甜椒则表现抑制。该研究为极端环境下作物配置策略提供了新思路，对可持续农业具有重要指导价值。

　　

在全球土壤盐渍化加剧的背景下，到2050年预计50%耕地将受盐害影响。传统研究多聚焦单株植物的耐盐机制，却忽视了"隐藏的一半"——根系间互作的关键作用。尤其令人困惑的是，作物对邻株亲缘关系的识别如何影响其胁迫适应策略？这一问题对高密度种植的现代农业至关重要。以色列本古里安大学的研究团队创新性地以茄科作物樱桃番茄(Solanum lycopersicum)和甜椒(Capsicum annuum)为模型，通过rhizoslides(纸基根系生长系统)结合生理、解剖和分子分析，揭示了亲缘度(DOR)驱动盐适应性的新机制，成果发表于《Plant Science》。

研究采用非破坏性rhizoslides系统培养植株，设置单植(C/B)、同种配对(CC/BB)和异种配对(CB)三种组合，分别施加对照(EC=1 dS m^-1
)和盐胁迫(EC=6 dS m^-1
)。通过Li-6800红外气体分析仪测定气体交换参数，WinRHIZO分析根系构型，显微技术量化木质部解剖特征，氧电极监测根系呼吸，qRT-PCR检测TCA循环基因表达。

生理性能的DOR依赖性
盐胁迫下，低亲缘配对(CB)使番茄的CO₂
同化率(A)仅下降38.65%，显著优于单植(44.25%)和高亲缘配对(48.89%)。相反，甜椒在CB组合中A值暴跌39.45%，表现出明显的种间竞争抑制。气孔导度(gs)变化趋势与A值高度一致，表明气孔调控是DOR影响碳同化的关键环节。

形态与生物量分配的物种特异性
番茄在CB组合中株高增加12.72%，地上生物量提升20.58%，而甜椒同等条件下株高缩减33.33%。根系生物量呈现更复杂模式：盐胁迫使番茄单植根系保持稳定，但配对植株根重下降28.98%；甜椒则在任何配对组合下根重均显著减少，揭示其竞争劣势。

根系构型的策略分化
比根长(SRL)分析显示，盐胁迫下番茄通过发展细长根系(SRL增加46.78%)应对低亲缘竞争，甜椒则普遍增加SRL(24.69%)但收效甚微。木质部解剖发现CB组合中番茄木质部面积缩减61%，形成更安全的窄导管结构，而甜椒木质部占比下降27%，暗示水分运输效率受损。

呼吸代谢的基因调控
TCA循环基因表达谱揭示关键差异：番茄CB组合中aconitase(ACO)和fumarase(FUM)基因显著上调，伴随呼吸速率仅微增4%；甜椒则出现malate dehydrogenase(MDH)表达抑制与呼吸激增43.84%。分子数据印证了番茄能通过代谢重组降低低亲缘配对能耗，而甜椒陷入"呼吸陷阱"。

这项研究首次系统论证了作物耐盐性的"亲缘识别"机制：番茄通过低亲缘互作触发"节能型"适应策略——优化气孔行为、发展精细根系、重构木质部网络、精准调控TCA循环；甜椒则因竞争消耗过多资源而崩溃。该发现颠覆了传统单株抗逆研究范式，为设计"抗逆作物组合"提供了理论基石。实践中，在盐渍化区域采用番茄-甜椒间作可能适得其反，但高亲缘作物集群或特定远缘组合(如番茄与其他互利物种)或许能形成"抗盐功能圈"。未来研究需拓展至田间条件，并探索根系分泌物、微生物组等介导DOR效应的分子对话，这将为应对全球耕地退化开辟新途径。