《Environmental and Experimental Botany》：Role of Ascorbic Acid in Regulating Hormonal Interactions and Ionic Balance in Two Grapevine Cultivars and Rootstocks under Salt Stress
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全球气候变化通过温度升高和降雨减少加剧了土壤盐碱化，特别是在干旱和半干旱地区（如伊朗），盐分积累已成为农业可持续性的主要制约因素。土壤和灌溉水中的盐分被认为是限制全球作物生产力的最关键非生物胁迫之一，影响近8亿公顷土地，预计到2050年将影响全球一半以上的可耕
全球气候变化通过温度升高和降雨减少加剧了土壤盐碱化，特别是在干旱和半干旱地区（如伊朗），盐分积累已成为农业可持续性的主要制约因素。土壤和灌溉水中的盐分被认为是限制全球作物生产力的最关键非生物胁迫之一，影响近8亿公顷土地，预计到2050年将影响全球一半以上的可耕地。高电导率诱导渗透胁迫和离子毒性，主要与Na?和Cl?离子的积累有关。此外，它促进活性氧（ROS）的过量产生，共同破坏光合作用、离子稳态、抗氧化防御机制、激素信号通路和植物水分关系。在干旱地区的园艺作物中，葡萄具有高经济价值，但对盐胁迫（SS）表现出中等敏感性。在葡萄中，叶片Cl?积累常被认为是盐害的主要成分，因为许多基因型从地上部组织排除Cl?的能力有限。葡萄园土壤盐碱化因排水不良、使用咸水灌溉和高温而加剧，这些因素损害水分和养分吸收并导致离子积累。葡萄的耐盐策略包括调节离子吸收、液泡区隔化、渗透调节和激活ROS解毒途径。砧木因其发达的根系，在限制Na?和Cl?等有毒离子的吸收和转运方面发挥关键作用，从而在葡萄耐盐性中扮演重要角色。然而，葡萄耐盐性的机制仍知之甚少。植物采用一系列适应性机制来减轻盐诱导的损伤，包括渗透调节、离子排除或区隔化、抗氧化系统的激活以及渗透调节剂和激素途径的调节。植物激素如脱落酸（ABA）、吲哚-3-乙酸（IAA）、茉莉酸（JA）和水杨酸（SA）在协调ROS解毒、气孔调节、次生代谢物生物合成和离子转运过程中发挥着核心作用。叶面喷施耐胁迫诱导化合物已被广泛认为是增强植物对SS抵抗力的有效策略。在这些化合物中，抗坏血酸（AA）被认为是一种关键的非酶抗氧化剂，通过清除ROS、保护细胞结构和作为酶辅因子来增强植物防御能力。已有报道称AA在抗坏血酸-谷胱甘肽循环中发挥核心作用。作为该抗氧化系统的关键组分，AA通过抗坏血酸过氧化物酶的活性参与过氧化氢（H?O?）的解毒，从而保护细胞组分免受氧化损伤。多项研究表明，AA可以通过改善植物生长、维持光合色素、促进相容性渗透调节剂积累和加强抗氧化防御系统来减轻SS的不利影响。这些有益效应已在多种作物中报道，包括花生、番茄、葡萄和番石榴。除了这些众所周知的生理和抗氧化功能外，新证据表明AA可能在更广泛的调控水平上通过影响细胞信号网络发挥作用。已有假设认为AA可以调节基因表达途径，影响激素代谢中关键酶的合成或活性，并影响胁迫相关植物激素之间的平衡。这些多功能作用表明，AA不仅在SS下稳定细胞结构，还可能间接促进激素和离子响应途径的调节，从而协调植物对胁迫的生理适应。这些激素相互作用对于维持气孔导度、调节离子转运蛋白、增强Na?排除、维持K?稳态以及最终在盐分条件下维持离子平衡至关重要。尽管在理解葡萄耐盐机制方面取得了显著进展，但外源AA在协调不同葡萄品种和砧木中激素网络和维持离子稳态方面的机制作用仍知之甚少。伊朗土壤的严重盐碱化以及淡水资源的稀缺凸显了识别耐盐葡萄基因型并阐明其耐盐性生理和生化机制的迫切需求。在此背景下，研究人员在伊朗葡萄园典型的碱性土壤条件下，研究了两个种间砧木140Ruggeri和1103Paulsen以及两个伊朗葡萄品种Yaghouti（相对耐旱）和Sultana。在先前的研究中，研究人员已证明在SS下施用AA能显著改善不同葡萄基因型的生理表现。这种积极效应主要与相容性渗透调节剂积累增强有关，并伴随着光合色素的保持、电解质渗漏（EL）增加的预防以及叶片相对含水量的维持。尽管有这些发现，但研究人员对不同葡萄基因型对SS的响应以及AA在调节胁迫耐受关键机制中的潜在作用的理解仍不完整。特别是，关于该化合物在SS下对离子平衡、抗氧化防御系统激活和植物激素信号通路的影响的信息有限。因此，研究这些方面可能为深入了解不同葡萄基因型增强胁迫耐受性的生理和生化机制提供更深入的见解。本研究的目的是：(i) 比较四个葡萄基因型（包括两个品种和两个砧木）的SS耐受能力；(ii) 研究它们对SS的生化及抗氧化防御系统；(iii) 评估外源施用AA在SS条件下调节激素信号和维持离子稳态中的作用。研究人员假设，外源施用AA通过加强抗氧化防御系统、调节激素信号通路和维持Na?/K?比值来增强葡萄基因型的SS耐受性。此外，研究人员预期不同葡萄基因型可能对SS和AA处理表现出不同的生理和激素响应。通过整合激素、离子和生理分析，本研究为AA的调节作用以及葡萄SS耐受机制提供了更深入的见解。
**论文解读：抗坏血酸调控盐胁迫下葡萄品种与砧木的激素互作与离子平衡机制**
**研究背景与问题**
全球气候变化导致土壤盐碱化加剧，尤其在干旱和半干旱地区（如伊朗），盐分积累已成为限制农业可持续性的关键因素。葡萄（*Vitis vinifera* L.）作为重要经济果树，对盐胁迫（salt stress, SS）呈中等敏感，其耐受性主要依赖砧木限制Na?和Cl?向地上部转运。然而，不同葡萄品种和砧木在盐胁迫下的离子稳态、抗氧化防御及激素调控网络尚不明确。抗坏血酸（ascorbic acid, AA）作为关键非酶抗氧化剂，在清除活性氧（reactive oxygen species, ROS）和维持细胞氧化还原平衡中发挥核心作用，但其是否通过调节激素信号和离子平衡协同增强耐盐性，仍缺乏系统研究。因此，本研究旨在比较四个葡萄基因型（两个伊朗品种Yaghouti和Sultana，以及两个砧木140Ruggeri和1103Paulsen）在盐胁迫下的耐受差异，并探究外源AA（0、2、4、6 mM）对激素调控、离子稳态及抗氧化系统的综合效应。
**关键技术方法**
研究人员从伊朗德黑兰大学葡萄种质库采集插条，在开放田间条件下采用随机完全区组设计（RCBD），设置三个盐胁迫水平（0、25、50 mM NaCl，电导率分别为1.3、4.5、6.8 dS m?1）和四个AA叶面喷施浓度（0、2、4、6 mM），每处理三次重复。主要技术包括：离子含量测定（Na?、K?、Ca2?、Mg2?使用火焰光度计和原子吸收分光光度法，Cl?使用自动滴定仪）；丙二醛（malondialdehyde, MDA）含量通过硫代巴比妥酸反应物（TBARS）法测定；抗氧化酶活性（超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT、抗坏血酸过氧化物酶APX）采用分光光度法；总酚（total phenolic, TP）含量采用Folin-Ciocalteu法；植物激素（IAA、ABA、SA、JA）通过超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）分析。统计分析采用方差分析、Duncan多重比较、主成分分析（PCA）、层次聚类及多性状基因型-理想型距离指数（MGIDI）等。
**研究结果**
**3.1 矿质元素组成**：盐胁迫显著增加所有基因型叶片Na?和Cl?含量，降低K?、Ca2?和Mg2?含量，导致Na?/K?比值升高。其中Sultana品种离子失衡最严重，而砧木140Ruggeri和1103Paulsen表现出更强的Na?和Cl?排除能力。外源AA（尤其6 mM）有效缓解了Na?和Cl?积累，提高了K?、Ca2?和Mg2?浓度，并降低了Na?/K?比值，该效应在砧木中更为显著。
**3.2 MDA含量**：盐胁迫引起所有基因型MDA含量上升，表明脂质过氧化加剧。Sultana品种增幅最大，砧木1103Paulsen增幅最小。AA处理显著抑制了MDA升高，尤其在50 mM NaCl下，AA 6 mM处理使MDA水平接近对照。
**3.3 抗氧化酶活性**：盐胁迫显著提高了SOD、CAT和APX活性。在Yaghouti品种和砧木中，SOD活性在50 mM NaCl下增幅达65.67%–91.97%；CAT活性在砧木140Ruggeri中最高（7.07 μmol min?1 mg?1蛋白）；APX活性在砧木1103Paulsen中最高（1.29 μmol min?1 mg?1蛋白）。AA（尤其6 mM）进一步增强了这些酶活性，但在Sultana品种中效果不显著。
**3.4 总酚含量**：盐胁迫提高了所有基因型的总酚含量，其中Sultana品种增幅最大（41.80%）。AA处理在砧木140Ruggeri中显著促进酚类积累，最高值出现在2和4 mM AA处理下。
**3.5 激素响应**：盐胁迫降低了IAA含量，提高了ABA、SA和JA含量。砧木140Ruggeri和1103Paulsen的ABA和SA水平显著高于品种，而Sultana品种激素响应最弱。AA（尤其4–6 mM）在盐胁迫下进一步提高了IAA、ABA、SA和JA含量，尤其在砧木中效果突出。
**3.6 PCA分析**：前两个主成分（PC1和PC2）解释73.6%的变异。PC1主要由SOD（11.6%）贡献，PC2由IAA（15.6%）贡献。处理Ru AA4+Na50和Ru AA6+Na50在PC1和PC2上得分最高，表明砧木140Ruggeri在高盐和AA处理下具有最优综合表现。
**3.7 层次聚类分析**：性状分为四类：MDA、Na?、Na?/K?、Cl?聚为一类；TP、JA、SOD、APX、CAT聚为一类；IAA、ABA、SA聚为一类；K?、Mg2?、Ca2?聚为一类。处理聚类显示，砧木140Ruggeri和1103Paulsen在AA处理下聚集，与品种处理分离。
**3.8 MGIDI排名**：基于多性状理想型指数，七个处理被评为最优，包括Ru AA6+Na50（1.02）、Ru AA4+Na50（1.26）、Pa AA4+Na50（1.39）等，这些处理在离子、激素和抗氧化性状上最接近理想型。
**3.9 相关性分析**：MDA与Na?（r=0.72）、Na?/K?（r=0.73）、Cl?（r=0.73）正相关，与K?（r=-0.61）、Ca2?（r=-0.51）负相关。SOD与ABA（r=0.58）、SA（r=0.70）、JA（r=0.57）正相关，并与APX（r=0.76）、CAT（r=0.85）高度相关。IAA与ABA（r=0.86）、SA（r=0.58）正相关。Na?与K?（r=-0.68）、Ca2?（r=-0.61）负相关，与Cl?（r=0.89）高度正相关。
**讨论与结论**
讨论部分指出，盐胁迫通过破坏离子稳态（Na?/K?失衡、Ca2?和Mg2?降低）引发氧化胁迫（MDA升高），并激活ABA、SA、JA等胁迫激素信号，同时抑制生长素IAA。砧木140Ruggeri和1103Paulsen通过更强的Na?/Cl?排除能力、更高的抗氧化酶活性和更协调的激素谱（高ABA、SA、JA和维持IAA）表现出更强的耐盐性。外源AA（6 mM）通过以下机制协同增强耐盐性：1）直接清除ROS，保护膜完整性，降低MDA；2）维持K?、Ca2?、Mg2?水平，降低Na?/K?比值，改善离子平衡；3）上调SOD、CAT、APX活性及总酚含量，强化抗氧化防御；4）调节激素平衡，提高IAA、ABA、SA、JA含量，促进信号转导。结论部分翻译如下：盐胁迫破坏了葡萄基因型的离子状态，增加了脂质过氧化，并诱导了激素调控的显著变化。胁迫相关激素（包括ABA、SA和JA）的显著增加，尤其在砧木中，表明对SS的防御信号通路被激活。此外，IAA水平的降低以及K?、Ca2?和Mg2?等必需营养元素的不平衡加剧了盐诱导的损伤。抗坏血酸有效缓解了SS的不利影响，其中6 mM在改善激素调控、减少有毒离子积累和增强抗氧化防御方面效果最佳，而4 mM效果相似但较弱。根据本研究结果，Sultana被鉴定为相对盐敏感的品种，尽管它是伊朗重要的商业葡萄品种。因此，使用耐盐砧木，特别是140Ruggeri，以及较小程度的1103Paulsen，可能是改善其在盐碱土壤条件下性能和稳定性的有效策略。总体而言，耐盐砧木与AA（尤其是6 mM浓度）的联合应用可被视为增强葡萄耐盐性的有效途径。
