四种梨砧木通过调控离子稳态与抗氧化系统增强嫁接苗耐盐性的机制研究

《Scientific Reports》：Effect of salt stress tolerance of four pear rootstock clones on the salt resistance of their grafted and the involvement of possible mechanisms

本研究针对土壤盐渍化制约梨产业发展的瓶颈问题，系统评价了QNA201、Qingzhen D1、OHF40和QAUP-1四种梨砧木无性系的耐盐性及其对嫁接品种'Luxiu'的调控效应。研究发现耐盐砧木能通过将Na+截留在根系、维持叶片K+稳态、增强抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性和调控激素信号通路等机制显著提升嫁接苗耐盐性。该研究为选育耐盐梨砧木提供了理论依据和种质资源。

　　

在全球土壤盐渍化日益严重的背景下，梨树作为重要经济果树，其产业发展正面临严峻挑战。盐胁迫不仅会抑制果树生长，还会导致产量下降和果实品质劣变。砧木作为嫁接栽培的基础，在提升果树抗逆性方面发挥着关键作用，然而关于梨砧木耐盐机制及其对嫁接苗调控效应的研究仍较缺乏。

为解决这一问题，青岛农业大学梨遗传改良与种质创新实验室的研究团队在《Scientific Reports》上发表了最新研究成果。该研究系统比较了四种梨砧木无性系（QNA201、QAUP-1、Qingzhen D1和OHF40）及其嫁接'Luxiu'品种的耐盐性，并从生理生化到分子机制多个层面揭示了其耐盐机理。

研究人员通过设置不同浓度NaCl处理（砧木：0 mM、100 mM、200 mM；嫁接苗：200 mM），在21天盐胁迫过程中系统测定了盐害指数、叶绿素含量（SPAD值）、光合参数（P_N、E、g_S）、抗氧化酶活性（SOD、POD、CAT）以及Na⁺、K⁺离子分布等指标。结果显示，QNA201（Pyrus calleryana Decne.）和Qingzhen D1（P. communis L. × P. bretschneideri Rehd）表现出更强的耐盐性，其盐害指数显著低于QAUP-1（P. ussuriensis Maxim）和OHF40（P. communis L.）。耐盐砧木能够将大部分Na⁺截留在根系中（QNA201和Qingzhen D1根系Na⁺占比分别达81%和80%），同时维持较高的叶片K⁺水平，从而减轻离子毒害。在光合特性方面，耐盐砧木的SPAD值、净光合速率（P_N）、蒸腾速率（E）和气孔导度（g_S）在盐胁迫下保持相对稳定。

嫁接实验进一步证实，砧木的耐盐性可传递给接穗。以QNA201和Qingzhen D1为砧木的'Luxiu'嫁接苗（L/QNA201和L/Qingzhen D1）表现出较轻的盐害症状、较高的叶绿素含量和更强的抗氧化酶活性。离子分布分析显示，L/QNA1和L/Qingzhen D1能将Na⁺主要滞留在根系和嫁接接口下方，而L/QAUP-1则将大量Na⁺运输到地上部，导致叶片严重灼伤。

转录组分析揭示了耐盐砧木的分子调控机制。在根系中，差异表达基因主要富集在内质网蛋白质加工、氧化磷酸化等通路；叶片中则主要涉及类黄酮生物合成和光合作用途径。值得注意的是，Qingzhen D1中与水杨酸合成相关的F-box基因、生长素和乙烯响应转录因子以及抗氧化系统相关基因（APX、POD）表达水平更高，这可能是其耐盐性强于QAUP-1的重要原因。

主要技术方法

研究采用土壤培养和水培实验，通过测定盐害指数、SPAD值、光合参数、抗氧化酶活性和离子含量（原子吸收光谱法）评估耐盐性。利用RNA测序技术分析QAUP-1和Qingzhen D1在盐胁迫下的转录组差异，通过GO和KEGG富集分析鉴定关键通路。所有数据采用SPSS进行方差分析，Tukey检验进行多重比较。

盐胁迫下四种砧木的耐盐性

盐害指数变化显示，在200 mM NaCl处理下，QNA201和Qingzhen D1仅出现轻微伤害症状，而QAUP-1和OHF40受害严重。耐盐性排序为：QNA201和Qingzhen D1 > OHF40 > QAUP-1（图1）。光合参数测定表明，耐盐砧木能维持较高的SPAD值、净光合速率（P_N）、蒸腾速率（E）和气孔导度（g_S）（图2）。离子含量分析发现，QNA201和Qingzhen D1能将大部分Na⁺截留在根系，减少向地上部运输，同时维持较高的K⁺水平（图3）。

四种砧木对嫁接品种'Luxiu'耐盐性的影响

嫁接苗表型观察显示，L/QNA201和L/Qingzhen D1盐害最轻，L/QAUP-1受害最严重（图4）。SPAD值测定表明，L/Qingzhen D1和L/QNA201在盐胁迫下叶绿素降解较少（图5）。抗氧化酶活性检测发现，L/QNA201和L/Qingzhen D1的SOD、POD和CAT活性更高，能有效清除活性氧（图6）。离子分布分析显示，耐盐砧木嫁接苗能将Na⁺限制在根系和嫁接接口下方，而L/Qingzhen D1还能增加地上部K⁺含量（图7）。

砧木耐盐性的转录组调控机制

RNA-seq分析发现，Qingzhen D1和QAUP-1在根系和叶片中分别有2544和2069个差异表达基因（图8A）。GO富集显示根系差异基因主要涉及细胞组分，叶片主要富集在分子功能（图8B）。KEGG分析表明盐胁迫影响根系的内质网蛋白质加工和氧化磷酸化，以及叶片的类黄酮生物合成和光合作用通路（图8C）。关键基因表达分析揭示，Qingzhen D1中水杨酸合成、生长素和乙烯响应转录因子以及抗氧化系统相关基因表达更高。

结论与讨论

本研究系统阐明了四种梨砧木通过调控离子分布、抗氧化系统和转录重编程等机制增强耐盐性的生理与分子基础。耐盐砧木QNA201和Qingzhen D1能通过将Na⁺截留在根系、维持K⁺稳态、增强抗氧化能力和调控激素信号通路来减轻盐胁迫伤害。这些砧木对嫁接苗耐盐性的显著提升效应，为梨树盐碱地栽培提供了优良砧木选择和理论指导。该研究不仅揭示了砧木调控嫁接苗耐盐性的多重机制，也为果树抗逆育种提供了重要靶基因和种质资源。