本研究由Sayed A. Hussin（第一作者兼通讯作者）、Safwat Hassan Ali、Muhammad E. Lotfy等来自埃及Ain Shams大学农业植物学系、农业生物化学系以及国家研究中心蔬菜研究部门的科研团队完成，成果发表于2023年的《BMC Plant Biology》期刊（卷23，文章编号374）。研究聚焦两种不同生态型藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）——秘鲁海岸生态型”Hualhuas”和玻利维亚盐沼生态型”Real”的耐盐生理机制差异，旨在为盐碱地农业开发提供理论依据。
学术背景
土壤盐渍化影响全球8%的陆地面积和30%灌溉农田，在气候变化背景下持续恶化。藜麦作为联合国粮农组织认定的”超级作物”，具有独特的耐盐性（facultative halophyte）和营养价值（富含必需氨基酸、矿物质和抗氧化物质）。先前研究表明，藜麦的耐盐性存在显著基因型差异，但其具体生理机制尚未明晰。本研究选择分别代表低海拔（Hualhuas）和高原盐沼（Real）生态型的两个品种，通过控制实验解析其耐盐阈值及调控机制差异，为埃及等干旱地区的盐碱地作物选育提供科学依据。
研究方法与流程
实验设计
材料培养：在埃及Ain Shams大学温室进行控制实验（昼/夜温22±3℃/14±3.5℃，光强1500-2000 μmol m⁻² s⁻¹）。种子经表面消毒后播种于沙质土壤，出苗后保留长势均一的植株，采用Hoagland营养液培养。
盐处理方案：设置6个NaCl浓度梯度（0、100、200、300、400、500 mM，相当于海水盐度的0%-100%），每日递增100 mM以避免盐胁迫冲击，持续处理8周。每个处理8次重复。
表型分析：处理结束后测定：
- 生长参数：根/茎/成熟叶/幼叶/花序鲜重（FW）、干重（DW）及含水量（WC）
- 渗透调节：采用冷冻点下降法（Osmomat 030 osmometer）测定根/叶组织渗透势（ψs）
- 离子平衡：火焰光度法（Jenway PFP-7）测定Na⁺、K⁺含量，计算K⁺/Na⁺比
- 光合特性：LI-6400XT便携式光合仪测定光响应曲线（PAR 0-2000 μmol m⁻² s⁻¹），参数包括净光合速率（Aₙₑₜ）、气孔导度（gₛ）、蒸腾速率（E）、水分利用效率（PWUE）等
- 渗透物质：茚三酮法测定脯氨酸含量
- 光合色素：丙酮提取法测定叶绿素a/b及类胡萝卜素浓度
数据分析
采用SPSS 16进行单因素方差分析（ANOVA），Duncan多重比较检验差异显著性（p<0.05）。光合光响应曲线通过SigmaPlot 12.0拟合指数函数，计算表观羧化效率（φCO₂）、光补偿点（LCP）、光饱和点（LSP）等参数。
主要结果
生长响应：
- 盐胁迫显著抑制生物量积累，500 mM NaCl使Hualhuas和Real生物量分别降低80%和87%
- 耐盐阈值：Hualhuas为100 mM NaCl，Real为200 mM NaCl
- EC₅₀（产量减半的盐浓度）：Hualhuas约300 mM，Real介于100-200 mM之间
- Hualhuas保持更高的根冠比（13→9），Real则急剧下降（13→1）
渗透调节：
- 两品种均通过Na⁺积累降低渗透势（ψs），Real的ψs降幅更大（成熟叶达-3.69 MPa vs Hualhuas的-2.9 MPa）
- Hualhuas的Na⁺积累量显著低于Real，但K⁺保留能力更强，维持更高K⁺/Na⁺比（幼叶高25倍）
光合特性：
- 500 mM NaCl下，Hualhuas和Real的Aₙₑₜ分别降至对照的22.4%和36.2%
- Hualhuas表现出更强的气孔调控能力（gₛ降低93.5% vs Real的77.9%），PWUE提升3倍
- Real在高盐下出现非气孔限制（ci/ca比值回升至对照水平）
生理标记物：
- 脯氨酸：Hualhuas所有器官含量增加40-53%，Real仅幼叶增加75%
- 叶绿素：Hualhuas的Chl(a)降幅更大（51.4% vs Real的28.6%），但类胡萝卜素保留更好
结论与价值
科学价值：
- 揭示Hualhuas的耐盐优势源于三重机制：① 严格的Na⁺装载控制 ② 高效的K⁺保留能力 ③ 优化的气孔-光合协同调控
- 提出藜麦耐盐性评估新指标组合：K⁺/Na⁺比+PWUE+ψs动态变化
应用价值：
- Hualhuas适合在埃及等中高盐度地区（≤300 mM NaCl）推广种植
- Real的盐敏感特性可作为耐盐基因筛选的阴性对照
理论创新：
- 首次证实海岸生态型藜麦比盐沼生态型具有更强的盐适应能力，挑战了”原生境决定耐盐性”的传统认知
- 建立盐胁迫下藜麦光合-渗透协同调控模型
研究亮点
方法创新：
- 整合生理生态学（gas exchange）与离子组学（ionomics）的多尺度分析方法
- 开发基于光响应曲线的盐胁迫光合损伤定量评估模型
发现创新：
- 发现脯氨酸积累与器官发育阶段的相关性（幼叶>成熟叶）
- 报道盐胁迫下藜麦叶绿素a/b比值降低的新型应激响应
特殊价值：
- 为联合国”藜麦推广计划”提供首个针对非洲条件的品种适应性数据
- 实验设计的梯度盐处理（模拟海水盐度）具有现实指导意义
该研究得到埃及科学技术创新基金（STDF-2552项目）支持，原始数据可通过通讯作者申请获取。研究结果对发展盐碱地农业及理解植物盐适应机制具有双重贡献。