本研究由Fengwei Diao、Zhenhua Dang、Jing Xu、Shengli Ding、Baihui Hao、Zhechao Zhang、Jingxia Zhang、Lixin Wang和Wei Guo等作者共同完成，他们来自内蒙古大学环境与生态学院、内蒙古自治区环境污染控制与废弃物资源化重点实验室以及教育部蒙古高原生态与资源利用重点实验室。该研究于2021年1月5日发表在《Microbiological Research》期刊上，文章标题为“Effect of arbuscular mycorrhizal symbiosis on ion homeostasis and salt tolerance-related gene expression in halophyte Suaeda salsa under salt treatments”。

学术背景

土壤盐渍化是影响全球农业和生态系统的重大问题，尤其是在干旱和半干旱地区。盐渍化土壤中的过量盐分会抑制植物生长，特别是对盐敏感作物（glycophytes）造成严重损害。为了应对这一问题，研究人员开始关注盐生植物（halophytes），这些植物能够在高盐环境中生存并完成其生命周期。盐生植物不仅能够在盐渍化土壤中生长，还能够通过吸收和积累盐分来改良土壤。此外，丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi, AM fungi）与植物的共生关系已被证明能够增强植物的耐盐性，但其在盐生植物中的分子机制尚不明确。因此，本研究旨在探讨AM真菌对盐生植物碱蓬（Suaeda salsa）在盐胁迫条件下的离子稳态和耐盐相关基因表达的影响，以揭示AM真菌在盐生植物耐盐机制中的作用。

研究流程

本研究通过盆栽实验，研究了不同盐浓度（0、100、200和400 mM NaCl）下，接种AM真菌（Funneliformis mosseae）对碱蓬生长、营养吸收、离子稳态及耐盐相关基因表达的影响。实验设计为随机区组设计，包含两个因素：盐处理（0、100、200、400 mM NaCl）和接种处理（接种AM真菌和不接种）。每个处理有3个重复，每个盆中种植6株植物。实验在内蒙古大学的温室中进行，温度为15°C至35°C，相对湿度为50-80%。AM真菌菌株购自北京农林科学院植物营养与资源研究所，碱蓬种子采自中国山东省黄河三角洲。

在实验过程中，首先对种子进行消毒处理，播种于装有灭菌沙子的盆中。接种组每盆添加50克AM真菌接种剂，非接种组则添加50克灭菌接种剂和20毫升过滤的接种液，以保持微生物群的一致性。植物在播种后90天开始进行盐处理，盐浓度每天增加50 mM，直至达到目标浓度（100、200、400 mM NaCl）。盐处理持续30天后，收获植物并进行分析。

研究的主要步骤包括： 1. 生物量和菌根定殖率测定：收获后，分别测量地上部和根部的干重，并通过网格线交点法计算菌根定殖率。 2. 离子浓度测定：将干燥的植物样品研磨后，用高纯度硝酸消化，使用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）测定Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺和K⁺的浓度。 3. 基因表达分析：从冷冻的植物组织中提取RNA，反转录为cDNA，通过实时定量PCR（qRT-PCR）分析耐盐相关基因（SSNHX1、SSSOS1、SSVHA-B、SSPIP）的表达水平。 4. 数据分析：使用R软件和SPSS软件进行数据分析和主成分分析（PCA），评估盐处理和接种处理对碱蓬的影响。

主要结果

1. 生物量和菌根定殖率：盐处理显著增加了碱蓬的地上部和根部干重，尤其是在100 mM NaCl条件下，植物干重达到最高。接种AM真菌在无盐和高盐条件下显著增加了碱蓬的干重，但在100 mM NaCl条件下影响不显著。菌根定殖率在400 mM NaCl条件下最低，表明高盐环境抑制了AM真菌的定殖。
2. 离子稳态：盐处理显著降低了碱蓬的K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺浓度，但接种AM真菌在盐处理条件下显著增加了Ca²⁺和Mg²⁺的浓度。此外，AM真菌在高盐条件下增加了K⁺的吸收，维持了较高的K⁺/Na⁺比，但在无盐条件下降低了K⁺的吸收。
3. Na⁺调控：盐处理显著增加了碱蓬的Na⁺浓度和含量，但接种AM真菌在高盐条件下降低了地上部的Na⁺浓度，同时增加了根部的Na⁺浓度，表明AM真菌可能通过将Na⁺隔离在根部来减少其向地上部的运输。
4. 基因表达：盐处理显著上调了SSNHX1和SSVHA-B基因的表达，表明碱蓬在高盐条件下通过将Na⁺隔离在液泡中来应对盐胁迫。接种AM真菌在高盐条件下下调了SSNHX1基因的表达，同时上调了SSSOS1基因的表达，表明AM真菌可能通过调控这些基因的表达来减少Na⁺向地上部的运输。

结论

本研究表明，AM真菌能够通过调控碱蓬的离子稳态和耐盐相关基因的表达，增强其在盐胁迫条件下的生长和耐盐性。特别是在高盐条件下，AM真菌通过增加K⁺的吸收和维持较高的K⁺/Na⁺比，减少Na⁺向地上部的运输，从而减轻盐胁迫对植物的伤害。此外，AM真菌在不同盐浓度下诱导了不同的调控策略，表明其在盐生植物耐盐机制中的重要作用。这些发现为利用AM真菌改良盐渍化土壤提供了理论依据，并为进一步研究AM真菌与盐生植物的共生机制奠定了基础。

研究亮点

1. 重要发现：AM真菌通过调控碱蓬的离子稳态和耐盐相关基因的表达，显著增强了其在盐胁迫条件下的生长和耐盐性。
2. 方法新颖性：本研究首次系统探讨了AM真菌对盐生植物碱蓬在不同盐浓度下的离子稳态和基因表达的影响，揭示了AM真菌在盐生植物耐盐机制中的多重调控策略。
3. 应用价值：研究结果为利用AM真菌改良盐渍化土壤提供了新的思路，尤其是在盐生植物的生态修复和农业应用中具有重要价值。

其他有价值的内容

本研究还通过主成分分析（PCA）展示了盐处理和接种处理对碱蓬的综合影响，进一步验证了AM真菌在盐胁迫条件下的调控作用。此外，研究还提出了未来应关注AM真菌诱导的多基因相互作用网络，以进一步揭示盐生植物在不同盐浓度下的调控机制。