叶面喷施海藻源生物刺激剂“金美提取物”缓解盐胁迫对赤霞珠葡萄幼苗的生理、生化与转录组学调控机制

《Agriculture》：Physiological, Biochemical and Transcriptomic Mechanisms Underlying the Mitigation of Salt Stress in Cabernet Sauvignon Grapevine Seedlings by Foliar Application of a Seaweed-Based Biostimulant (Jinmei Extract) Junhong Dang, Lei Ma, Guojie Nai, Ping Sun, Jingrong Zhang, Zhilong Li, Yanni Liu, Xiaoyu Song, Liting Feng and Shaoyin Ma + 1 author

本研究聚焦盐胁迫对酿酒葡萄的抑制，通过整合生理、生化和转录组学分析，揭示了叶面喷施海藻源生物刺激剂（Jinmei extract）的调控机制。研究发现，低浓度处理（SLF, 1:1200稀释）效果最佳，可显著降低MDA、H2O2含量，提升SOD、CAT、APX等抗氧化酶活性，并维持Na+/K+稳态。转录组学分析表明，其通过调控光合作用、激素信号转导、抗氧化解毒等相关通路基因（如VvAOC4、VvGBSS1、VvARR9）的表达，协同增强葡萄幼苗的耐盐性，为盐渍化葡萄园的栽培管理提供了理论与实践依据。

　　

引言

盐胁迫是限制作物生长的主要非生物胁迫之一。对于全球重要的经济果树葡萄而言，土壤盐渍化严重影响其正常生长和产量形成。海藻源生物刺激剂已被广泛报道可增强植物的胁迫耐受性，但其在葡萄上通过叶面喷施缓解盐胁迫的生理与分子机制尚不明确。本研究以一年生“赤霞珠”葡萄幼苗为材料，探究了在200 mmol·L^?1NaCl盐胁迫下，叶面喷施不同稀释浓度（低浓度SLF: 1:1200，中浓度SMF: 1:800，高浓度SHF: 1:500）的海藻源生物刺激剂“金美提取物”的缓解效应及其内在机制。

材料与方法

实验于2025年8月至9月在甘肃农业大学温室进行。处理开始时葡萄幼苗已展开15-20片叶。共设置五个处理：对照、盐胁迫、盐胁迫+低浓度生物刺激剂、盐胁迫+中浓度生物刺激剂、盐胁迫+高浓度生物刺激剂。盐胁迫通过NaCl溶液在4天内逐步施加至200 mmol·L^?1。生物刺激剂每隔7天叶面喷施一次，共两次。处理20天后，测定叶片光合参数、叶绿素荧光、抗氧化酶活性、渗透调节物质、Na⁺/K⁺离子含量等生理生化指标。同时，对对照、盐胁迫和低浓度处理组的叶片进行转录组测序，分析差异表达基因并进行功能富集分析和加权基因共表达网络分析。

结果

3.1. 海藻生物刺激剂对盐胁迫下葡萄叶片表型和光合系统的影响

表型观察显示，盐胁迫导致葡萄幼苗生长受抑制，叶片明显失绿。叶面喷施海藻生物刺激剂显著缓解了这些伤害，其中低浓度处理的效果最为明显。生理数据显示，盐胁迫使净光合速率、蒸腾速率和气孔导度分别显著下降了54.11%、49.43%和54.39%，而细胞间CO₂浓度上升了48.34%。叶绿素a和b含量也显著降低。喷施生物刺激剂，特别是低浓度处理，有效逆转了这些下降趋势，并显著提升了PSII的最大光化学效率。

3.2. 海藻生物刺激剂对盐胁迫下葡萄叶片生化性状和离子平衡的影响

盐胁迫导致叶片中丙二醛和过氧化氢含量分别显著增加71.56%和77.73%，引发了严重的氧化损伤。低浓度海藻生物刺激剂处理显著降低了MDA和H₂O₂含量，降幅分别为35.47%和27.53%，同时显著增强了超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶的活性。在离子平衡方面，盐胁迫使叶片Na⁺含量急剧增加，K⁺含量下降，Na⁺/K⁺比显著升高。低浓度处理有效地维持了离子稳态，降低了Na⁺/K⁺比。此外，处理也降低了可溶性糖和脯氨酸的过度积累，减轻了植物的渗透调节负担。2O₂含量及SOD、POD、CAT、APX酶活性；(B)Na⁺、K⁺含量及Na⁺/K⁺比。">

3.3. 转录组学分析

对对照、盐胁迫和低浓度处理组叶片的转录组测序显示，数据质量高，样本重复性好。在盐胁迫vs对照、低浓度处理vs盐胁迫的比较中，分别鉴定出5912和1462个差异表达基因。主成分分析和维恩图清晰地显示了各组间的转录组差异。

3.4. GO功能注释与KEGG通路富集分析

GO富集分析表明，差异表达基因显著富集在与防御反应、蛋白质磷酸化、细胞壁组织、激素介导的信号通路、光合作用、离子稳态和抗氧化解毒相关的生物学过程和分子功能上。KEGG通路分析进一步揭示，这些基因在植物-病原互作、植物激素信号转导、MAPK信号通路、淀粉和蔗糖代谢、光合作用-天线蛋白以及类黄酮、生物碱生物合成等通路上显著富集。这表明海藻生物刺激剂通过调控这些关键通路来缓解盐胁迫。

3.5. 加权基因共表达网络构建与分析

通过加权基因共表达网络分析，基因被聚类到四个模块中。其中蓝色模块的表达模式与盐胁迫损伤的缓解及生物刺激剂的效应密切相关。该模块与净光合速率呈显著正相关，与MDA、H₂O₂含量和Na⁺/K⁺比呈显著负相关。该模块的基因在光合作用-天线蛋白、硫代谢、α-亚麻酸代谢、苯丙烷生物合成等通路中显著富集。通过蛋白质-蛋白质互作网络分析，鉴定出AOC4、ARR9、GBSS1、LECRK4、AMY1等核心候选基因，它们分别参与茉莉酸信号、细胞分裂素信号、淀粉代谢、信号转导与抗氧化防御等过程。

3.6. 定量荧光验证

随机选取9个差异表达基因进行qRT-PCR验证，其表达趋势与转录组测序的FPKM值高度一致，证实了转录组数据的可靠性。

讨论

本研究证实盐胁迫严重破坏了葡萄的光合系统，诱导了活性氧的爆发和离子失衡。叶面喷施低浓度海藻源生物刺激剂“金美提取物”能够有效缓解这些伤害。其活性成分（如褐藻多糖、藻寡糖、天然氨基酸、植物激素等）可能通过直接清除自由基、作为抗氧化酶辅因子以及调控相关基因表达等多重途径协同发挥作用。转录组学分析从分子层面揭示了其通过调控光合、激素信号、抗氧化及次级代谢等通路来增强耐盐性的网络机制。WGCNA分析进一步锁定了与表型缓解密切相关的基因模块和核心候选基因。尽管本研究在盆栽条件下取得了明确结论，但其在田间嫁接苗上的适用性、产品稳定性及复杂机制解析等方面仍需进一步研究。

结论

综上所述，叶面喷施低浓度海藻源生物刺激剂“金美提取物”能通过维持光合性能、激活抗氧化防御系统、恢复离子稳态等多途径协同作用，有效缓解盐胁迫对赤霞珠葡萄幼苗的伤害。在分子层面，其通过调控信号转导、碳代谢和抗氧化防御等关键通路中的基因表达来增强耐盐性。该研究为开发盐渍化地区葡萄耐逆栽培的叶面调控策略提供了直接的实践指导和理论依据。