比较两种猕猴桃品种耐盐性差异的生理和离子机制

《Scientia Horticulturae》：Comparative physiological and ionic mechanisms underlying differential salt tolerance in two kiwifruit cultivars

　　

土壤盐渍化，因气候引起的退化而加剧，对农业可持续性构成重大威胁，严重限制了西班牙地中海等脆弱地区的猕猴桃（*Actinidia chinensis* var. *deliciosa*）生产。然而，触发不同商业猕猴桃基因型耐盐性的具体生理和生化机制仍知之甚少，这为耐逆育种造成了关键的知识空白。为应对这一挑战，本研究引入了一个新颖的比较框架，通过评估全球商业基因型‘Hayward’及其在西班牙的主要授粉品种‘Tomuri’作为对比生理模型的独特生理和生化反应。在严重盐胁迫下，两个品种均遭受了生物量和光合效率的损失。然而，‘Tomuri’表现出更强的耐性。这种耐受性是由增强的维持细胞离子稳态的能力驱动的，其中优化的钾离子转运通过维持有利的叶片Na⁺/K⁺比值阻止了钠毒性。此外，‘Tomuri’通过靶向脯氨酸积累主动触发了针对渗透胁迫的生化保护，脯氨酸在盐分压力下既作为渗透调节剂又作为细胞稳定剂。通过揭示这些独特的基因型特异性机制，这项工作为猕猴桃育种计划培育耐性砧木提供了基础性突破，同时在可持续盐碱农业的更广泛框架内提供了可扩展的生理学见解，以确保水果作物生产。

土壤盐渍化严重威胁猕猴桃（*Actinidia chinensis* var. *deliciosa*）生产，尤其是在西班牙地中海等脆弱地区，但商业品种间的耐盐性生理机制尚不明确，形成耐逆育种的关键知识空白。为填补这一空白，研究人员以全球商业基因型‘Hayward’（HAY）及其西班牙主要授粉品种‘Tomuri’（TOM）为对比生理模型，旨在阐明其长期盐胁迫下的差异化响应机制，为培育耐盐砧木提供理论基础。该研究发表于《Scientia Horticulturae》。

研究人员采用温室盆栽试验，以12月龄‘HAY’和‘TOM’植株为材料，砂培条件下用60 mM NaCl处理60天，对照组（Ct）无盐添加。主要关键技术方法包括：通过称重法测定各器官干重（DW）并计算相对生长速率（RGR）；使用便携式光合系统（CIRAS-2）和荧光仪（Handy PEA）测量气体交换参数（净CO₂同化率AN、气孔导度g_s、蒸腾速率E）及叶绿素荧光（Fv/Fm）；采用原子吸收光谱法（AAS）测定Na⁺、K⁺浓度，银离子滴定法测定Cl^-浓度；通过压力室和渗透计测定叶片水势（Ψw）和渗透势（Ψπ）；采用比色法测定脯氨酸（PRO）浓度；通过硫代巴比妥酸（TBA）法和碘化钾法分别测定脂质过氧化（MDA）和H₂O₂浓度。所有数据经方差分析（ANOVA）和Pearson相关分析处理。

**3.1 植物生长（Plant growth）**：通过测量干重和茎长，发现盐处理显著降低了两品种的茎长和器官干重，但‘TOM’的叶干重和茎干重下降幅度（35.2%和30.3%）小于‘HAY’（51.0%和47.3%），且‘TOM’的RGR下降（55.2%）也低于‘HAY’（78.3%），表明‘TOM’在盐胁迫下维持了更好的生长性能。

**3.2 气体交换参数（Gas exchange parameters）**：通过光合仪测定，盐胁迫下两品种的AN、g_s和E均显著下降，但‘TOM’在7天时AN下降更显著（23.1%），而‘HAY’在60天时下降更剧烈（73.3% vs. 42.8%）。计算表明，‘TOM’的瞬时羧化效率（AN/Ci）在盐处理下崩溃更严重，而‘HAY’的瞬时水分利用效率（AN/E）和内在水分利用效率（AN/g_s）显著升高，说明非气孔限制在‘TOM’中更突出。

**3.3 荧光参数（Fluorescence parameters）**：通过荧光仪测定Fv/Fm，盐处理使两品种的Fv/Fm显著降低，但‘HAY’在15天时下降最大（14.3%），而‘TOM’仅下降7.3%，表明‘TOM’的光合色素系统受损较轻。

**3.4 离子浓度（Ion concentration）**：通过AAS和氯度计测定，盐处理下‘HAY’叶片Na⁺和Cl^-浓度显著升高（分别增加70.8%和135%），而‘TOM’叶片Na⁺无显著变化，Cl^-增加幅度与‘HAY’相似。‘HAY’叶片K⁺浓度下降9.9%，根系K⁺升高20.6%；‘TOM’叶片K⁺不变，根系K⁺下降50.5%。‘HAY’叶片Na⁺/K⁺比值升高87.5%，而‘TOM’无显著变化，表明‘TOM’通过维持叶片K⁺稳态和低Na⁺积累来避免钠毒性。

**3.5 叶片水势组分（Leaf water potential components）**：通过压力室和渗透计测定，盐处理使两品种的Ψw和Ψπ均显著下降（约50%），但两品种间无差异，说明渗透调节能力相似。

**3.6 脯氨酸（Proline）**：通过比色法测定，盐处理下‘TOM’叶片脯氨酸浓度升高21.6%，而‘HAY’无变化；‘TOM’根系脯氨酸浓度下降37.8%，表明‘TOM’通过叶片脯氨酸积累进行渗透调节和细胞保护。

**3.7 脂质过氧化（Lipid peroxidation）**：通过MDA测定，盐处理下‘HAY’叶片MDA含量增加125.1%，而‘TOM’仅增加39.4%，表明‘TOM’膜脂损伤更轻。

**3.8 H₂O₂浓度（H₂O₂ concentration）**：通过比色法测定，盐处理下‘HAY’叶片H₂O₂浓度升高26.2%，而‘TOM’无显著变化，表明‘TOM’具有更强的活性氧清除能力。

**3.9 生理响应相关性（Correlation among physiological responses）**：通过Pearson相关分析，生物量与AN、g_s、E、根脯氨酸、Ψw和Ψπ正相关，与Cl^-浓度负相关；Cl^-与Na⁺及Na⁺/K⁺比值正相关；RGR和根冠比与K⁺正相关，与Na⁺负相关；根脯氨酸与Cl^-及根Na⁺/K⁺比值负相关。这些结果表明，离子积累抑制生长和光合作用，而脯氨酸积累和K⁺稳态是耐盐的关键。

研究讨论部分指出，在盐胁迫下，猕猴桃植株吸收并积累Cl^-和Na⁺，并转运至地上部，导致叶片K⁺下降，这反映了K⁺×Na⁺相互作用；‘TOM’通过维持叶片K⁺水平和低Na⁺/K⁺比值表现出更强的离子稳态能力，这与AvHKT、AcNHX3等转运体调控相关。RGR下降幅度在‘TOM’中较小，表明其能更好地维持代谢过程。光合参数下降与气孔关闭及非气孔限制有关，而‘TOM’的Fv/Fm下降较轻，表明其光系统II受损更小。‘TOM’叶片脯氨酸积累发挥了渗透调节和抗氧化作用，而‘HAY’的MDA和H₂O₂积累更严重，表明氧化损伤更重。相关性分析进一步支持了离子积累与生长抑制、光合下降之间的负相关关系。

研究结论翻译如下：总之，虽然两个美味猕猴桃品种均受盐分影响，但‘Tomuri’表现出更强的耐性，这与其更强的向地上部输送K⁺、维持最优Na⁺/K⁺比值以及增强叶片脯氨酸积累的能力相关。这一结果凸显了其作为砧木的潜力，尤其是在气候变化和灌溉实践导致土壤盐渍化加剧的情景下。虽然相关性分析不能确认直接的因果关系，但它强调了某些关键生理性状，这些性状可作为评估猕猴桃耐盐性的实用、可靠指标。此外，还需要进一步研究以阐明猕猴桃中离子转运、抗氧化防御和渗透调节途径的分子调控机制，涵盖多个盐度阈值及更广泛的基因型和砧木组合。