大豆基因型对盐胁迫的响应：定量调节Na、Cl转运及光合活性。

「————」土壤盐碱化是全球约10%耕地的主要问题，阻碍了农作物的持续生产。这种现象主要是由于土壤的天然化学成分，而往往由于灌溉和施肥等不当农业实践而加重。

尽管建立排水系统并用淡水冲洗土壤是缓解土壤盐碱化问题的有效方法，但在许多大豆种植区，这些措施由于经济或环境原因无法实施。

因此，对于盐碱化敏感的大豆作物，需要通过遗传或栽培改良的方式，以适应盐碱性环境。

土壤盐碱化对许多植物物种的生长表现造成了影响，这是因为盐碱化会通过多种方式阻碍植物的生理过程。

经过证实，过量摄取特定盐离子是导致离子毒性损伤的主要原因。在大豆生长过程中，发芽、结瘤和早期生长都会因盐分过高而受到伤害。

大豆的生长和产量受到严重影响，其中一个关键原因是盐分导致的生理功能障碍，尤其是光合作用活性的显著降低。

分析这些耐盐基因型的光合耐受性，是取决于气孔的相关因素，还是叶肉细胞中的代谢活性，将对大豆的耐盐育种计划产生重要影响，进而推动盐碱胁迫下植物耐盐性的生理研究进程。

大豆基因中的盐碱耐受性关键在于使用了两组NILs：NILs18-S/NILs18-T和NILs72-S/NILs72-T。

这些NILs是从一个重组自交系群体中产生的，这些群体是盐敏感和盐耐受后代的残余杂合子系列。经过验证，耐盐系列携带了来自FT-Abyara的耐盐性QTL，这是实现大豆盐碱耐受性的重要基因。

在东北大学农学研究生院进行的一项为期两年的实验中，研究人员发现了一个惊人的发现。实验的环境条件几乎完全相同，唯一的不同是播种时间的推迟。

在为期两年的研究中，植物被种植在一个四面敞开的温室中。这个发现为农业生产提供了一些重要的启示。

在播种前，我们需要按照一定比例将肥料与土壤混合。在每盆低腐殖质安多索尔土壤中，我们需要添加0.5克的氮、1.5克的五氧化二磷、2.0克的氧化钾，以及10克的熔融磷酸盐、20克的磷酸钙和20克的熟石灰。

温室内的温度比外界略高，而太阳辐射也比外面少约10%。对于盐处理，我们将其放置在四边形的水容器中，容器内装有约10厘米深的盐水。

这样，植物可以通过每个盆底的孔吸取水分，保证了植物的正常生长。

植物在年的28天和年的29天开始，分别经过了28天四个不同浓度的NaCl溶液处理，其中80和mM的处理组在开始时预处理了40mM的溶液，并且盐水溶液每隔几天更换一次。

在对照组实验中，我们采用了与盐处理一致的方法，即使用自来水进行灌溉，并每年使用80个盆。此外，我们还设置了两个基因型和4种盐处理条件，每个条件重复5次，以确保实验的严谨性和有效性。

每个容器都包含两组不同系列的基因型，每个系列的基因型各有两种。容器内的盆按照合适的间距随机排列，以防止互相遮挡。

同时，为减少位置效应，每隔几天就调整一次盆的位置。

在盐处理启动后的第28天和第3天，对每个小区分别采集了四株和三株植物样本。这些样本包含了叶片、茎+叶柄、根以及瘤。

之后，将这些样品在80°C的烘箱中烘干了三天，接着对五株或三株植物新生扩展的顶端叶片的光合速率进行了测量，使用的是便携式光合作用系统。

通过精准的控制，我们使叶腔内的空气流速保持在微摩尔每秒，同时CO2浓度稳定在微摩尔每摩尔。

在这样的环境下，我们对叶片的光照强度进行了调整，设置为1微摩尔每平方米每秒，同时保持叶腔内的温度在25摄氏度，相对湿度在60%左右。

为了精确测量气孔孔径大小和细胞内活性对光合速率的影响，我们利用内置软件对光合作用测量数据进行了详细的分析。

通过将气孔导度和光合速率与细胞间CO2浓度进行比较，我们成功估计出了进行光合作用测量的同一片叶子的叶绿素含量。

为了精确测定Na和Cl的含量，我们对每个基因型处理后的四株盐处理植物进行了干燥样品的采集。这些样品与我们进行干重测量的植物是完全一样的。

接下来，我们将植物部分放入研磨机进行研磨，为了进一步测定Na的含量，我们取了mg的研磨样品，然后使用1MHCl进行提取，并使用滤纸进行过滤。

我们采用原子吸收光谱仪来测量滤液中钠的含量，为了确定氯的含量，我们从50毫克研磨样品中提取氯，并通过离子色谱仪测量滤液中的氯浓度。

对于显微观察，我们选择了从80mM下生长的NILs18-S和NILs18-T的根部进行取样。

经过数周的室温干燥，我们从根系的三个部位精心选取样本：主根、子叶结节下方1.5厘米处，以及与主根相隔10厘米的侧根。

随后，这些根切片经过真空干燥和碳素处理，再通过扫描电子显微镜进行高清晰度拍摄，以获取精确的微观结构图像。

通过拍照后运用能量色散X射线光谱仪，我们成功绘制了根横截面中钠和氯的分布图。这项实验已经在两年内重复进行了多次。

通过运用JMP7.0.2，我们对干重和光合特性等特征进行了方差分析，以研究盐处理、基因型及其相互作用的影响。

在DW的分析中，我们把两年的数据看作是重复的，因为它们唯一的差异在于两年间的播种时间。

经过对干重的线性、基因型以及盐处理进行方差分析，我们发现敏感基因型和耐受基因型之间存在显著差异。然而，我们并未观察到两个基因型之间的显著差异。

此外，我们还发现了年份和盐处理对结果的显著影响，并且线性基因型和盐处理之间存在交互作用。

当NaCl浓度为0mM时，干重不受基因型和线性影响，但随着NaCl浓度增加，干重明显下降。在这两个NILs中，耐受型的干重下降幅度小于敏感型，我们测定了最近新生叶片的表观光合速率。

在所有线性/基因型中，盐处理在12DAT和24DAT显著地改变了A、气孔导度以及光合作用速率与细胞间CO2浓度之比。

基因型在24天后对A和A/Ci有明显的影响，但在12天后没有明显的效应。24天后，无论是哪种基因型，盐处理都显著降低了A的值，而且随着NaCl浓度的增加，降低的幅度更大。

在耐受和敏感基因型之间，耐受基因型中的降低幅度显著较小。

同样地，盐处理会引起气孔导度和A/Ci的降低，这种降低的程度会随着NaCl浓度的增加而增大。然而，在耐受基因型和敏感基因型之间，气孔导度的降低程度并没有显著区别，但是A/Ci的降低程度却存在显著差异，这与A的情况相类似。

1.基于SPAD读数，我们可以评估叶绿素的含量。在12DAT时，无论是线性/基因型还是盐处理，叶绿素含量并未出现显著差异。

2.在12DAT时，无论采用何种处理方式，敏感基因型的叶绿素含量并未受到明显影响。然而，在耐受基因型中，盐处理可以显著降低叶绿素含量。

在对照植物中，根部的Na和Cl浓度远低于茎和叶柄以及叶片。此外，虽然对照植物中各个部位的Na浓度在敏感和耐受基因型之间没有显著差异，但是叶片和茎+叶柄的Cl浓度在敏感基因型中明显高于耐受基因型。

通过对植物部位Na和Cl含量进行方差分析，我们发现：叶片中的Na含量受到所有因素、形状、盐处理以及它们之间的交互作用的显著影响。

而对于Cl的含量，基因型、盐处理以及它们之间的交互作用也对其有显著影响。

尽管植物的基因型有所不同，但盐处理会导致植物各部分的Na和Cl浓度上升，而且Cl的浓度明显超过Na的浓度。

通过对基因型的比较，我们发现根部的Na和Cl浓度在不同的基因型间并没有显著的差异。然而，茎+叶柄和叶子部位的浓度却有明显的区别，敏感基因型的浓度比耐受基因型要高。

尽管基因型有所不同，但不论在哪种情况下，叶片中的Na浓度都明显低于其他部位。而在敏感基因型中，我们发现Cl的浓度在叶片中高于其他部位。

而在耐受基因型中，从根部经茎和叶柄到叶子的路径上，两种元素的浓度显著降低，这表明存在一种生理机制，能够调节这两种元素的向上运输。

根据对照组的数据显示，Na主要集中在根部，而向茎部的分布则极小。随着NaCl浓度的上升，根部的Na比例逐渐减少，同时茎部的Na比例却在增加。

有趣的是，在钠盐耐受基因型中，茎部的Na比例明显低于钠盐敏感基因型。

在生长介质中，随着NaCl浓度的提高，敏感基因型和耐受基因型之间的差异逐渐加大。即使在对照组中，氯离子（Cl）也会在所有植物部位中积累到一定程度，只是在茎部中，耐受基因型的比率稍微低于敏感基因型。

在主根和次生根中，两种元素分布广泛，且无明显定位模式。但在次生根中，耐受基因型与敏感基因型比较时，发现Na元素在两者之间无差异，而Cl元素在耐受基因型中更倾向于定位在内皮层周围。

探讨盐诱导的光合活性对大豆基因的影响，以及如何通过培育新的耐盐基因型，减轻盐离子毒性引起的生理功能障碍。

目前，我们对耐盐基因型如何调节从根部到叶子的Na和Cl运输还知之甚少，需要进一步的研究和探索。

我们的研究目标是理解盐分环境对光合活性的影响，包括从根部到叶片的Na和Cl运输如何受到调控，以及耐盐性如何影响在盐分条件下的气孔和叶肉细胞的活性。

通过气孔导度来检测耐渗透压胁迫的耐盐性是否与基因型的盐耐受性存在差异。通过对耐盐基因型和敏感基因型的光合反应比较，结果显示，无论基因型如何，盐处理都会显著降低气孔导度。

在耐受基因型和敏感基因型之间，降低幅度并无显著差异。其中，耐受基因型在盐处理下，光合速率和A/Ci的下降程度较敏感基因型更小。

这显示：在盐分条件下，耐受基因型与敏感基因型的光合速率差异，并非源于渗透调节能力。

大豆的耐盐性并非源自渗透调节能力的提高，而是源于其在胁迫下依然能够保持同化CO2的能力。尽管使用了耐盐基因型，渗透调节能力并未显著提升大豆的耐盐性，但通过常规育种或更新基因组的方法，提高渗透调节能力可能会进一步增强大豆的耐盐性。

在大豆中，叶片中Na或Cl含量的变化直接影响叶片的黄化程度。研究发现，对于耐盐基因型的大豆，叶绿素含量的SPAD读数在盐处理下保持稳定。

然而，对于敏感基因型的大豆，叶绿素含量的SPAD读数在盐处理下明显降低，这表明叶绿色的持续性可能是判断耐盐性的重要标志。

“关于盐处理对大豆光合速率的影响，已有许多研究进行了报道。然而，目前尚未有报道明确描述大豆叶片中的盐分含量和光合速率之间的定量关系。

我们的另一个研究目标是探究耐盐基因型中，从根部经茎传输到叶片的Na和Cl是如何定量调节的。”

为了衡量基因型对盐耐受性的差异，我们研究了光合速率与胞间CO2浓度之间的比率。结果显示，A/Ci与叶片中的Na和Cl含量之间存在指数关系，即A/Ci随Na和Cl浓度的增加而下降。

我们发现，当A/Ci降低到最大速率的1/10时，Na和Cl的浓度分别约为0.65和23.9mgg?1。

尽管A/Ci对Na的浓度似乎更为敏感，但两种离子对A/Ci的独立影响仍然不够明确。然而，这种分析清楚地显示出耐受基因型的特性，它能有效地将盐分浓度维持在阈值以下，这无疑是赋予耐盐性基因型耐盐性的关键因素。

在面临盐分压力时，大豆叶片拥有独特的基因型，能够在两种运输途径上有效地减少钠的含量，从而保证了营养物质的正常运输。

植物的Cl浓度从根部到茎叶柄，再到叶片，呈现出逐层降低的趋势，下降幅度甚至可以达到根部部位的十分之一。

即使在耐受基因型中，Cl浓度在茎叶柄和叶片两个途径上的降低幅度也很小，但这种分布特性使得叶片中的Cl浓度比Na浓度高出10倍以上。

除了上述两种方式，根部内皮层的Casparian带在减少盐分中有重要作用。经过比较发现，耐盐性的基因型与在盐分环境下保持叶肉组织CO2同化能力的能力有关，而非与气孔因素相关。

气孔因素可能与渗透调节能力有关。

尽管耐盐基因型具有一定的耐盐性，但是在盐处理下，光合速率的下降仍然相当显著。因此，根据这些研究结果，我们可以得出一个重要的结论：在制定大豆的耐盐性育种计划时，选择具有调控根到叶氯离子运输和渗透调节能力的基因是非常关键的。

在植物科学领域，许多研究都集中在探索植物如何应对盐胁迫的问题。Abel和Mackenzie（）的研究发现，不同的大豆品种在盐胁迫下表现出不同的耐受性。

Bayuelo-Jiménez等人（）也研究了不同种类的豌豆在盐胁迫下的生长和发育情况。此外，Bray等（）还详细阐述了植物对各种环境压力的响应机制。

在大豆中，有一些遗传特性可以影响其对盐胁迫的耐受性。例如，Chen等人（）通过对大豆种子幼苗生长的遗传图谱分析，发现了一些与耐盐性相关的量化遗传位点。

这些研究成果为理解大豆在盐胁迫下的生理和分子机制提供了重要的理论支持，对于提高大豆的耐盐性具有重要的实践意义。