水稻幼苗期盐胁迫恢复能力优化协议：基于生长表型与生理指标的筛选策略

这篇研究通过水培实验优化了水稻幼苗期盐胁迫恢复能力的筛选协议，发现耐盐品种在盐胁迫解除后4天启动恢复、6天完全恢复（RGR恢复至对照水平），而敏感品种恢复较慢。研究确立了基于相对生长速率（RGR）和叶绿素荧光（Fv/Fm）的高通量表型筛选体系，揭示盐恢复能力与耐盐性可能独立调控，为沿海波动盐渍环境的水稻育种提供新思路。

　　

摘要

盐胁迫是影响水稻生产的首要非生物胁迫之一，而田间盐浓度常随季节波动。本研究通过幼苗期水培实验，建立了一套基于破坏性取样和图像表型分析的盐恢复能力筛选协议。七份已知耐/感盐性水稻品种在盐胁迫解除后，耐盐品种和部分敏感品种的绿叶面积（GLA）和相对生长速率（RGR）在4天内启动恢复，6天完全恢复（RGR与对照无显著差异），而其他敏感品种恢复延迟。值得注意的是，部分敏感品种在叶片Na⁺含量仍高时即恢复生长，提示盐恢复能力可能与耐盐性存在不同调控机制。

引言

全球超过6%的耕地（8亿公顷）受盐渍化威胁，水稻在电导率（EC）>3 dS m^?1时每增加1单位产量下降12%。传统耐盐筛选采用渐进式盐浓度递增和目测评分（SES），但缺乏针对盐恢复阶段的标准化协议。本研究创新性地将生长生理参数（如RGR=ln(w₂/w₁)/(t₂-t₁)）与叶绿素荧光（ΦPSII、Fv/Fm）结合，填补了波动盐渍环境下恢复能力评价的空白。

材料与方法

实验设计：在菲律宾国际水稻研究所（IRRI）温室开展4组实验，采用分区分组设计，以敏感品种NSIC Rc222达到SES=5（生长严重受阻）作为盐胁迫终止标准。盐处理分两阶段：EC6 dS m^?1（3天）→EC12 dS m^?1（6-9天），恢复期换用无盐营养液。

表型采集：

• 生长参数：通过ImageJ分析GLA，测定株高（SL）、根长（RL）及干重（SDW/RDW）

• 光合效率：MINI-PAM-II测ΦPSII和电子传递速率（ETR），PlantScreen系统获取Fv/Fm

• 离子含量：原子吸收光谱法检测Na⁺/K⁺

结果

恢复动态：耐盐品种Pokkali、FL478在恢复期第6天RGR_SDW恢复至对照水平，而敏感品种BRRI dhan28延迟。根系的RGR_RDW恢复与地上部同步（图2D-F）。

离子调控：耐盐品种在恢复期优先降低叶片Na⁺（BRRI dhan47第6天降至对照水平），但敏感品种NSIC Rc222在Na⁺未完全排出时即恢复光合活性（图4）。

高通量表型：GLA与RGR显著相关（r=0.82），而Fv/Fm仅部分品种呈现恢复响应（图3）。盐敏感品种NSIC Rc222的ΦPSII在恢复初期即快速回升，体现品种特异性修复策略。

讨论

盐恢复的生物学基础：6天恢复期可作为筛选阈值，该时段内耐盐品种通过快速重建Na⁺/K⁺平衡（图4B）和维持PSII稳定性（Fv/Fm>0.75）实现生长复苏。有趣的是，部分敏感品种的"离子非依赖性恢复"暗示存在渗透调节或活性氧清除等替代途径。

技术优化：GLA图像分析较叶绿素荧光更适于大规模筛选，后者因品种间叶片重叠增加分析难度。建议未来结合三维成像技术提升通量。

结论

本研究确立的6天恢复期筛选协议可有效区分水稻品种的盐恢复能力，为解析该性状的遗传基础（如SALTOL位点之外的新QTL）奠定方法学基础。后续需在群体规模实验中验证GLA和RGR的标记辅助选择效率，尤其关注盐敏感但恢复迅速的"特殊材料"。