蜂糖溶液外源调控：通过生理生化和盐胁迫基因上调提升小麦耐盐性的多组学机制

《Frontiers in Plant Science》：Exogenous biostimulant bee-honey solution improves Triticum aestivum L. tolerance to salt stress by modulating physio-biochemical responses and upregulation of salinity-related genes

本研究系统揭示了蜂糖溶液（BHS）作为天然生物刺激剂，通过整合形态、生理、生化和分子机制（如上调TaSOD2、TaPOD-D1、TaCAT1等抗氧化酶基因及TaNHX2、TaHKT1;4等离子稳态基因），显著缓解盐胁迫（NaCl 100-200 mM）对小麦（Triticum aestivum L. cv. Yecora Rojo）的氧化损伤（H2O2↓17%、O2•?↓18%）、离子毒性（Na+/K+↓23%）及水分代谢紊乱（RWC↑25%），为绿色农业提供新策略。

　　

引言

盐胁迫是限制全球小麦生产的主要非生物胁迫因素，其通过诱导氧化损伤、渗透失衡和离子毒性显著降低作物产量。本研究以小麦品种Yecora Rojo为材料，探究外源蜂糖溶液（BHS）作为天然生物刺激剂缓解盐胁迫的潜力。BHS富含糖类、氨基酸、矿物质和酚类化合物等生物活性成分，前期研究表明其在豆科和园艺作物中能通过调节渗透保护物质、抗氧化系统和营养平衡增强抗逆性，但其对禾本科作物小麦的耐盐性调控机制尚不明确。

材料与方法

实验设置4个盐浓度（0、100、150、200 mM NaCl）和3个BHS叶面喷施浓度（0、1.0%、1.5%），采用完全随机区组设计。测定指标包括生长参数（株高、叶面积、生物量）、生理指标（叶绿素含量、细胞膜稳定性CMS、相对含水量RWC、水势Ψ_w、渗透势Ψ_s、Na⁺/K⁺比）、生化指标（超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT活性，丙二醛MDA、超氧阴离子O₂•^?、过氧化氢H₂O₂、脯氨酸、甘氨酸甜菜碱GB含量）及盐胁迫相关基因（TaSOD2、TaPOD-D1、TaCAT1、TaNHX2、TaHKT1;4、TaP5CS等）表达量。

结果

生长特性：200 mM盐胁迫使株高、叶面积和生物量分别降低25%、14%和28%，而1.5% BHS处理使这些指标较盐胁迫对照显著提升37%、43%和52%。BHS通过提供营养元素和渗透调节物质促进细胞分裂与扩张，缓解盐抑制效应。

生理响应：盐胁迫导致叶绿素含量下降63%，CMS降低55%，RWC减少49%，Na⁺/K⁺比上升206%。BHS（1.5%）处理使叶绿素含量增加73%，CMS提高71%，RWC上升25%，Na⁺/K⁺比下降23%。BHS通过维持光合系统完整性、增强根系吸水和离子选择性吸收能力改善水分状况和膜稳定性。

氧化应激与抗氧化防御：盐胁迫下H₂O₂、O₂•^?和MDA分别积累125%、100%和129%，而BHS处理使其显著降低17%、18%和31%。同时，BHS上调抗氧化酶活性，SOD、POD和CAT分别增加33%、86%和38%，有效清除活性氧并减轻膜脂过氧化。

渗透调节物质：盐胁迫诱导脯氨酸和GB含量显著上升，但BHS处理进一步增加脯氨酸含量（25%）而降低GB（29%），表明BHS优先激活脯氨酸合成途径（TaP5CS基因上调）以协调渗透平衡。

基因表达调控：BHS处理使盐胁迫下TaSOD2、TaPOD-D1、TaCAT1、TaNHX2、TaHKT1;4和TaP5CS基因表达量分别上调3.8倍、4.1倍、3.6倍、2.9倍、3.2倍和显著水平，与酶活性和离子转运功能增强一致。多变量分析（PCA、热图）证实BHS处理与高盐条件下的生理生化及分子响应密切关联。

讨论与结论

BHS通过多机制协同增强小麦耐盐性：

（1）调控离子稳态基因（TaHKT1;4、TaNHX2）减少Na⁺积累并促进K⁺吸收；

（2）激活抗氧化基因（TaSOD2、TaPOD-D1、TaCAT1）和渗透调节基因（TaP5CS）缓解氧化损伤；

（3）提供营养元素和有机物质维持细胞代谢平衡。研究证明BHS作为一种高效、环保的生物刺激剂，可通过多层级响应网络提高小麦在盐渍地的生产力，为可持续农业提供新方案。