海藻生物刺激剂通过调控离子平衡和营养吸收增强玉米耐盐碱胁迫的生理与分子机制

本研究针对盐碱胁迫严重抑制玉米生长的问题，通过施用海藻生物刺激剂（1-15 g/Kg土壤），系统解析了玉米品种"屯田168"的耐盐碱生理与分子机制。研究发现10 g/Kg处理显著提升株高（13.9%）、生物量（64.73%）和光合速率（47.07%），通过上调ZmHAK4/ZmHKT1等基因降低Na+/K+比（根/茎分别降低79.79%/54.98%），同时促进NO3--N、Fe、Mg、Zn吸收及抗氧化酶活性（CAT提升76.18%）。该研究为盐碱地玉米栽培提供了新型生物修复策略。

　　

盐碱化土壤正成为全球农业发展的重大挑战，中国约20%耕地（369万公顷）受此影响。高pH（>8.5）和Na⁺积累导致作物出现离子毒害、氧化应激和营养缺乏三重胁迫。玉米作为重要粮食作物，虽具中等耐盐性，但盐碱胁迫仍可使其减产46.88%。传统改良方法成本高且易破坏生态，而海藻提取物等生物刺激剂因含藻酸、细胞分裂素等活性成分，在提升抗逆性方面展现潜力，但其对玉米耐盐碱的分子调控机制尚不明确。

西安理工大学旱区生态水利工程国家重点实验室的研究团队以"屯田168"玉米为材料，设置正常土壤（陕西杨凌）和盐碱土（新疆阿拉尔）盆栽试验，施加1-15 g/Kg海藻生物刺激剂（商品名Anexte）。采用ICP-OES测定离子含量，WinRHIZO分析根系构型，Li-6400光合仪测定光合参数，qRT-PCR检测ZmHAK4/ZmNHX1等基因表达，结合抗氧化酶活性及渗透调节物质测定，系统解析了生理响应机制。

3.1 生长与光合特性
盐碱胁迫使玉米株高、叶面积和地上生物量分别降低19.29%、54.02%和46.88%，而10 g/Kg处理逆转此效应，提升幅度达13.9-64.73%。该处理同时提高叶绿素含量20.15%，通过降低胞间CO₂浓度（Ci）29.51%和提升气孔导度（Gs）46.53%，使光合速率（Pn）增加47.07%。

3.2 离子稳态调控
盐碱土中玉米根/茎Na⁺含量激增545.79%/491.67%，而10 g/Kg处理通过上调根中ZmSOS1（23.85倍）和ZmNHX1（2.25倍），茎中ZmHKT1（13.97倍）表达，使根/茎Na⁺/K⁺比降低79.79%/54.98%。值得注意的是，ZmHAK1在茎部表达上调42.8倍，显著促进K⁺吸收。

3.3 营养吸收与根系发育
处理组根长和表面积显著增加，伴随NO₃^--N、P、Fe、Zn吸收量提升16.85-73.53%。分子机制上，ZmNRT2;1（根中上调283.6倍）、ZmNAS1（茎4011倍）和ZmZIP5（根4.74倍）等基因表达增强，其中铁载体合成基因ZmYS1在茎部表达达991.5倍。

3.5 抗氧化与渗透调节
10 g/Kg处理使超氧阴离子（O₂^?-）和丙二醛（MDA）含量降低33.77-38.58%，同时提升超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性37.49-76.18%。渗透调节方面，脯氨酸和可溶性糖含量分别增加123.62%和83.7%。

该研究首次阐明海藻生物刺激剂通过三重机制增强玉米耐盐碱性：（1）调控ZmSOS1-ZmNHX1-ZmHKT1模块维持离子稳态；（2）激活ZmNAS1-ZmYS1-ZmZIP通路促进微量营养吸收；（3）协同提升抗氧化酶活性和渗透物质积累。相较于传统化学改良剂，这种源于海洋的生物刺激剂更具生态安全性，为盐碱地玉米生产提供了每公斤土壤10克的最优施用参数，具有重要推广应用价值。未来研究可结合转录组学进一步解析其活性成分与植物激素信号通路的互作机制。