高pH胁迫下水稻幼苗幼叶钠离子快速积累机制及其调控基因表达研究

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：High pH Promotes the Buildup of Na+ in Rice Seedlings’ Young Leaves in Saline Conditions

本研究针对盐碱胁迫下水稻Na+过度积累的早期机制展开研究。研究人员通过设置不同pH值的盐碱胁迫条件，发现高pH环境会显著促进Na+在根系和幼叶中的快速积累，并系统分析了OsSOS1、OsNHX1等关键转运蛋白基因的表达变化。该研究揭示了盐碱胁迫下Na+区域化分布的特殊模式，为水稻耐盐碱性改良提供了重要理论依据。

　　

随着全球气候变化和人类活动加剧，土壤退化问题日益严重，其中盐渍化土壤已成为制约水稻生产的主要因素之一。传统上，关于水稻耐盐性的研究多集中于中性盐胁迫，然而在干旱和半干旱地区的盐渍化土壤中，碱性盐的存在使得盐碱复合胁迫成为影响水稻生长的关键限制因子。与单纯盐胁迫相比，盐碱胁迫对水稻造成的危害更为严重，但其早期生理响应机制尚不明确。

近日发表在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》的研究通过系统分析不同pH条件下盐碱胁迫对水稻幼苗Na⁺、K⁺积累动态及相关转运蛋白基因表达的影响，揭示了高pH环境促进Na⁺在幼嫩组织中快速积累的分子机制。该研究为解析水稻盐碱胁迫响应机制提供了新的见解。

关键技术方法

研究采用水培实验，以盐敏感型水稻品种'越光'为材料，设置50 mM Na⁺浓度下不同pH的胁迫处理。通过火焰光度法测定各组织离子含量，利用实时定量PCR技术分析Na⁺转运相关基因表达，包括OsSOS1、OsNHX1、OsHKT1;4、OsHKT1;5等关键基因。

3.1 植物生长

盐碱胁迫显著抑制水稻生长，且抑制程度随pH升高而加剧。处理10天后，叶片干重在高pH条件下明显降低，幼叶出现黄化现象，老叶鞘出现褐色斑点，表明高pH胁迫对水稻造成更严重的生理损伤。

3.2 Na⁺和K⁺浓度

Na⁺积累分析显示，盐碱胁迫下根系和幼叶（YLS和YLB）中的Na⁺浓度在24小时内急剧上升，且积累速度显著快于单纯盐胁迫。特别值得注意的是，在高pH条件下，老叶（OLB）中的Na⁺积累反而较少，表明Na⁺分布模式发生改变。

K⁺浓度分析显示，盐碱胁迫导致根系K⁺快速流失，且流失程度与pH值正相关。幼叶鞘中的K⁺浓度在胁迫后期显著下降，表明高pH条件破坏了离子平衡稳态。

3.3 Na⁺耐受机制相关基因表达

基因表达分析发现，根系中质膜Na⁺/H⁺逆向转运蛋白OsSOS1在盐胁迫和轻度盐碱胁迫下显著上调，但在中度和重度盐碱胁迫下表达受抑。液泡Na⁺/H⁺逆向转运蛋白OsNHX1在盐碱胁迫下表达增强，表明液泡区隔化作用加强。

叶片鞘部基因表达分析显示，幼叶鞘中OsSOS1在盐碱胁迫下显著上调，而老叶鞘中该基因表达受抑制。OsHKT1;4在幼叶鞘中高表达，可能参与限制Na⁺向叶片运输。

研究结论与意义

本研究揭示了盐碱胁迫下水稻Na⁺积累的特殊模式：高pH环境促使Na⁺优先积累于幼嫩组织而非老叶，这一分布模式可能加剧胁迫伤害。分子机制上，OsSOS1介导的Na⁺外排作用在高pH条件下受限，而OsNHX1介导的液泡区隔化作用增强，导致组织内Na⁺整体积累增加。

该研究首次系统阐明了盐碱胁迫初期水稻离子平衡调控的网络机制，为理解水稻盐碱耐受性提供了重要理论基础。研究结果对培育耐盐碱水稻新品种具有指导意义，为解决盐渍化土壤水稻栽培的瓶颈问题提供了新思路。