成都生物所潘开文团队在脱落酸缓解UV-B辐射抑制青稞生长发育及籽粒产量的转录-代谢调控机制方面取得新进展

　　

紫外线（UV-B）辐射对植物存在双重剂量效应：低剂量UV-B辐射可正向调控植物生长发育，而高剂量UV-B辐射则会诱发细胞氧化损伤、扰乱光合碳同化过程，并造成植株生长发育紊乱，进而抑制木质素生物合成、降低茎秆机械强度，最终对作物产量产生不利的影响。脱落酸（ABA）通过优化光合生理、平衡内源激素、调控生长代谢等多重途径，缓解UV-B辐射带来的胁迫损伤。然而，目前针对ABA在青稞等高海拔作物中缓解胁迫和提高产量的作用研究尚不充分。青稞是青藏高原地区的主要粮食、燃料和牲畜饲料作物，也是啤酒、医药和保健品生产的重要原料来源。该作物长期适应高海拔强UV-B辐射极端生境，UV-B辐射对其生长与产量的调控涉及多层次生理代谢通路。施用植物生长调节剂已作为提升作物抗逆性能的有效手段，但外源ABA缓解UV-B胁迫、提升青稞作物产量潜力的系统性探索仍较匮乏；尤其缺乏从光合生理、木质素合成、茎秆抗倒伏特性到产量形成的完整链式调控机制解析。鉴于当前研究存在的空白，系统阐明外源ABA缓解高海拔作物应对UV-B辐射胁迫的分子生理调控网络，不仅能完善激素介导的植物逆境适应理论，也可为高海拔作物抗逆生理生态的研究提供重要理论支撑，对青稞产业的可持续发展具有重要的现实意义。

中国科学院成都生物研究所工程扰损生态系统格局过程与修复创新团队博士研究生Noman Shoaib在博士生导师潘开文研究员的指导下，以青藏高原重要粮食作物青稞为研究对象，设置低强度（5-6 kJ·m-2·d-1）和高强度（14-15 kJ·m-2·d-1）两个UV-B辐射环境，分别施加70 μM（低浓度）、150 μM（高浓度）外源ABA处理，系统探究外源ABA对青稞农艺性状、生理生化指标及植物矿质养分积累的调控效应，并结合转录组与代谢组联合分析，解析外源ABA缓解青稞应对UV-B辐射胁迫的分子调控机制。研究结果表明：（1） UV-B辐射胁迫下，施加外源ABA可优化青稞叶片光合气体交换参数、抑制叶绿素降解，显著提升青稞分蘖数、茎基部粗度、有效穗数，最终实现籽粒增产。（2）外源添加ABA处理能够显著促进青稞内源生长素（IAA）、赤霉素（GA）合成积累；同时提升叶片钙（Ca）、镁（Mg）与根系锰（Mn）、铜（Cu）矿质养分含量，增强植株养分吸收利用效率与抗胁迫防御能力。（3）多组学联合分析表明，外源ABA可显著上调PAL、4CL、CAD、POD等苯丙烷-木质素通路关键基因的转录水平，有利于香豆醇、芥子醇两类木质素单体的大量积累，促进木质素生物合成；而木质素富集提升青稞茎秆机械强度与抗倒伏性能，是ABA实现增产的重要分子基础。综上，外源ABA可通过协同调控光合适应生理、内源IAA/GA激素平衡及木质素合成代谢多重通路，有效缓解高海拔环境下UV-B辐射增强对青稞的胁迫损伤。

该研究阐明了脱落酸调控高海拔作物青稞抗UV-B辐射胁迫的机制，为利用外源激素脱落酸提升高海拔作物抗逆性与产量潜力提供了理论依据与技术参考，对青藏高原青稞稳产增产有指导意义。 相关研究成果以“Mitigating UV-B radiation effects on growth and grain yield of qingke via abscisic acid-induced pathways and transcript-driven metabolic reprogramming” 为题，发表在植物学领域期刊Plant Physiology and Biochemistry上。成都生物研究所博士生Noman Shoaib和刘利玲为论文共同第一作者，潘开文研究员为通讯作者。本研究得到第二次青藏高原综合科学考察研究（2019QZKK0303）的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2026.111433

图 1?UV-B辐射和ABA处理对植物代谢通路的影响

图 2?对不同处理条件下ABA信号传导、木质素生物合成途径、基因表达、酶活性及木质素含量的分析

图 3?在UV-B和ABA处理条件下，对植物性状、矿物质分布及生理反应的综合分析

图 4?单独UV-B辐射与外源性ABA+UV-B辐射复合处理对青稞的影响效果对比示意图