本研究的主要作者包括E. Olmos、B. Jimenez-Perez、I. Roman-Garcia和N. Fernandez-Garcia，他们均来自西班牙穆尔西亚大学的植物应激生物学与病理学系（Departamento de Biología del Estrés y Patología Vegetal, CEBAS-CSIC）。该研究于2023年12月14日在线发表在期刊《Plant Physiology and Biochemistry》上，文章标题为《Salt-tolerance mechanisms in quinoa: is glycinebetaine the missing piece of the puzzle?》。该研究旨在探讨藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）在高盐胁迫下的适应机制，特别是甘氨酸甜菜碱（glycinebetaine）在其中的作用。
随着全球耕地盐碱化问题的加剧，气候变化对粮食生产的威胁日益显著。藜麦作为一种耐盐植物，能够在高盐土壤中生长并保持生产力，因此成为研究耐盐机制的理想对象。藜麦属于苋科（Amaranthaceae），是一种伪谷物，具有丰富的营养价值，且不含麸质，适合乳糜泻患者食用。尽管藜麦的耐盐性已被广泛研究，但其具体的耐盐机制尚未完全阐明。本研究通过比较不同藜麦品种的生理、代谢和基因表达特征，探讨了钠离子分布、盐腺（bladder glands）的作用以及甘氨酸甜菜碱在耐盐性中的潜在贡献。
研究分为多个步骤，包括植物材料的处理、离子分析、代谢组学分析、基因表达分析以及形态学观察。具体流程如下：
植物材料与盐处理
研究选取了四个藜麦基因型：Titicaca（Ti）、Pasankalla（Psk）、Amarilla de Maranganí（Am）和Pandela Rosada（Pr）。这些基因型对盐胁迫的反应不同，Am和Pr表现出较高的耐盐性，而Ti和Psk对盐胁迫较为敏感。植物在控制环境下生长，经过逐步增加NaCl浓度的处理，最终达到400 mM的盐浓度。
离子分析
通过ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱法）和离子色谱法，研究了盐胁迫下叶片中钠、钾、钙、镁、磷、硫、氯和硝酸盐的含量变化。结果显示，不同品种在钠和氯的积累上存在显著差异，Pr品种的钠积累量最低。
代谢组学分析
使用1H-NMR（核磁共振）技术分析了盐胁迫下藜麦叶片的代谢物变化，重点关注了氨基酸、糖类、有机酸和甘氨酸甜菜碱的含量。结果表明，甘氨酸甜菜碱是盐胁迫下积累最显著的代谢物，其在叶片干重中占比高达6%。
基因表达分析
通过qPCR（定量聚合酶链式反应）研究了盐胁迫下钠转运相关基因（如SOS1、HKT1和NHX1）的表达变化。结果显示，Pr品种的HKT1基因在盐胁迫下显著上调，这可能是其钠积累量较低的原因。
形态学观察
通过显微镜观察了盐胁迫下藜麦叶片的气孔密度、盐腺密度和叶片厚度等形态学特征。结果显示，盐胁迫显著降低了气孔长度，但对气孔密度的影响因品种而异。
盐腺作用评估
通过去除叶片盐腺的实验，评估了盐腺在耐盐性中的作用。结果表明，盐腺对钠积累的贡献较低，去除盐腺并未显著影响藜麦的耐盐性。
钠离子分布
Pr品种通过上调HKT1基因的表达，限制了钠离子向地上部分的转运，表现出典型的“排除型”耐盐机制。而其他品种则表现出“积累型”耐盐机制，钠离子在叶片中大量积累。
甘氨酸甜菜碱的积累
盐胁迫下，所有品种的甘氨酸甜菜碱含量显著增加，尤其是在Pr品种中，其积累量在两周后翻倍。甘氨酸甜菜碱可能通过调节细胞质渗透压和保护蛋白质结构，帮助藜麦适应高盐环境。
盐腺的作用
盐腺对钠积累的贡献较低，仅占叶片总钠含量的9%-19%。去除盐腺并未显著影响藜麦的耐盐性，表明盐腺在耐盐机制中的作用有限。
本研究揭示了藜麦在高盐环境下的多种耐盐机制，特别是甘氨酸甜菜碱在渗透调节和蛋白质保护中的重要作用。尽管盐腺被认为是耐盐性的重要结构，但其在钠积累中的作用较为有限。Pr品种通过上调HKT1基因的表达，表现出独特的钠排除机制，这为其在高盐环境中的生存提供了优势。研究结果挑战了藜麦不积累甘氨酸甜菜碱的传统观点，为未来研究提供了新的方向。
甘氨酸甜菜碱的关键作用
本研究首次系统性地证明了甘氨酸甜菜碱在藜麦耐盐性中的重要作用，为理解其耐盐机制提供了新的视角。
钠离子分布的多样性
不同藜麦品种在钠离子分布上的差异，揭示了耐盐机制的多样性，为耐盐品种的选育提供了理论依据。
盐腺作用的重新评估
通过实验验证了盐腺在钠积累中的有限作用，为未来的研究提供了新的思路。
本研究不仅深化了对藜麦耐盐机制的理解，还为其他耐盐作物的研究提供了参考。甘氨酸甜菜碱的积累机制可能在农业应用中具有重要价值，例如通过基因工程提高作物的耐盐性。此外，研究结果还为藜麦在高盐地区的种植提供了科学依据，有助于应对全球耕地盐碱化带来的挑战。