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研究作者及机构
本研究的作者包括Francesco Guarino、Karina B. Ruiz、Stefano Castiglione、Angela Cicatelli和Stefania Biondi。他们分别来自意大利萨勒诺大学的“A. Zambelli”化学与生物学系、智利阿图罗·普拉特大学的沙漠农业系，以及意大利博洛尼亚大学的生物、地质与环境科学系。该研究发表于期刊《Ecotoxicology and Environmental Safety》，发表日期为2020年2月21日。
学术背景
本研究的主要科学领域是植物生理学与环境毒理学，特别是重金属污染和盐胁迫对植物的影响。全球许多地区同时受到盐碱化和重金属污染的双重影响，而盐生植物因其能够在高盐环境中耐受渗透胁迫和离子毒性，被认为是修复此类土壤的有用候选者。藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）作为一种盐生植物，对多种非生物胁迫（如干旱、盐度和霜冻）具有较高的抗性，但其对重金属的耐受能力尚未得到充分研究。因此，本研究旨在探究藜麦在盐胁迫和非盐胁迫土壤中对Cr(III)的植物提取能力、营养水平的影响以及基因表达的变化。
研究流程
本研究包括以下几个主要步骤：
植物材料与处理
选用藜麦（品种Titicaca）种子，播种于含有泥炭花园土壤的聚苯乙烯培养盘中，并在生长室内培养。当植株长至约20厘米高时，将其移栽至3.5升的塑料盆中，每盆含3.0公斤花园土壤。在温室条件下，将植株暴露于500 mg/kg土壤的Cr(NO3)3·9H2O中，部分植株同时添加150 mM NaCl。实验设计包括四个处理组：对照组（Cnt）、NaCl组、Cr组和Cr+NaCl组，每组7盆。
元素测定
在实验开始和结束时，分别收集土壤和植物器官（根、茎、叶）样品，干燥后用于元素测定。使用微波消解仪和原子吸收光谱法（AAS）及电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）测定Cr、Na、P和Fe的浓度。计算了元素的转运因子（TF）和生物积累因子（BAF）。
实时定量逆转录聚合酶链反应（RT-qPCR）分析
从叶片和根部分别提取RNA，使用RT-qPCR分析多个基因的表达水平。这些基因包括硫酸盐、铁和磷酸盐转运蛋白基因，以及涉及重金属胁迫、细胞氧化还原状态、脱水素、热休克蛋白和相容性溶质（如脯氨酸、甜菜碱）生物合成的基因。使用cqEF1a作为内参基因进行数据标准化。
统计分析
使用SigmaPlot 12.0软件包进行数据分析，包括Kruskal-Wallis检验和Nemenyi事后检验。基因表达数据的显著性差异通过单因素方差分析（ANOVA）和事后F检验进行评估。
主要结果
1. 植物生物量
在Cr(III)和/或NaCl处理下，藜麦植株未表现出毒性症状，且生长未受负面影响。在Cr处理下，根和叶的干重增加了约四倍。在盐胁迫土壤中，叶的干重显著增加。
Cr和Na的积累与分配
Cr主要在根部积累，盐胁迫下根部Cr浓度最高（约2.6 mg/g干重）。叶中Cr浓度极低，NaCl对其无显著影响。在盐胁迫土壤中，Na主要积累在叶中，但Cr(III)显著降低了叶中Na的积累。
营养水平
P主要转运至叶中，但在Cr(III)和/或NaCl处理下，叶中P浓度显著降低。Fe浓度在根部最高，NaCl单独处理显著增加了根中Fe的积累。
基因表达
多个基因的表达水平在Cr(III)和/或NaCl处理下发生显著变化。例如，硫酸盐转运蛋白基因SULTR1;1和SULTR3;4a在Cr+NaCl处理下显著上调，而磷酸盐转运蛋白基因PHT1;1在叶中显著下调。脱水素基因DHN2在Cr+NaCl处理下上调约三倍，而热休克蛋白基因HSP70仅在Cr+NaCl处理下上调。
结论
本研究表明，藜麦能够在500 mg/kg Cr(III)的土壤中耐受并积累Cr，尤其是在盐胁迫条件下。盐胁迫增强了藜麦对Cr的耐受性，这与多种基因的表达变化相关，包括营养转运、重金属胁迫响应和抗氧化防御基因。这些发现为进一步理解藜麦在重金属污染和盐胁迫双重环境下的适应机制提供了重要依据。
研究亮点
1. 重要发现
- 藜麦在盐胁迫下对Cr(III)的耐受性增强，且Cr主要在根部积累，减少了向地上部分的转运。 - 盐胁迫和Cr(III)共同处理显著改变了藜麦的基因表达谱，特别是与营养转运和抗氧化防御相关的基因。
其他有价值的内容
本研究不仅为藜麦在重金属污染土壤修复中的应用提供了理论支持，还为其他盐生植物的研究提供了参考。此外，研究结果强调了盐胁迫在增强植物对重金属耐受性中的潜在作用，为未来开发耐受多重胁迫的作物品种提供了新的研究方向。
以上是本研究的详细报告，涵盖了研究的背景、流程、结果、结论以及其科学价值和亮点。