2025年2月25号，南京林业大学林木细胞工程课题组在Forestry Research上发表了题为Salt stimulates carbon fixation in the halophyte Nitraria sibirica to enhance growth的文章，揭示了盐协迫促进盐生植物小果白刺光合固碳的分子机制，解析了乙烯信号传导该过程中的关键作用。

土壤盐渍化会对植物造成渗透胁迫和离子毒害，导致植物根系吸水困难，破坏细胞膜的结构与功能，干扰酶的活性，引发细胞代谢紊乱，严重影响植物的生理过程，进而抑制植物正常生长。白刺属（Nitraria）植物兼具重要生态价值和经济价值，是高度耐盐碱的盐生植物，其中小果白刺分布广泛，在我国西起新疆沙漠戈壁、东至黄河入海口均有天然分布，对盐碱性环境具有极强的适应性，是改良荒漠和盐碱地生态环境的重要物种，解析其盐生条件下的生化分子适应机制可以为荒漠化治理、盐碱地生态修复、耐盐促生植物遗传改良等提供新的见解。作者动态追踪了对照组和盐处理组白刺植株的长势变化，收集和分析了生长表型数据，发现盐处理促进小果白刺（N. sibirica ）幼苗的长势（图1）。而且，通过光合参数测定，发现盐处理小果白刺幼苗的光合效率显著高于对照组植株（图2）。图1. 盐协迫促进小果白刺幼苗的生长图2. 盐胁迫下小果白刺的光合作用增强

为了确定光合作用相关基因是否对盐胁迫产生快速响应，作者对盐处理和对照组白刺植株进行了转录组分析，发现盐诱导的差异表达基因显著性富集于“光合生物的碳固定”途径，与碳固定途径相关的差异基因显著性上调表达（图3）。而且，通过基因启动子序列顺式作用元件分析，发现这些基因的启动子均包含乙烯信号响应元件（图4）。图3. 盐胁迫诱导小果白刺的差异表达基因分析图4. 盐诱导参与碳固定的差异表达基因的顺式作用元件分析

为了确定乙烯是否介导了盐诱导的基因表达，作者检测了与乙烯信号传导相关的差异基因的表达情况，发现其均在盐处理后呈上调表达趋势（图5）。此外，作者使用乙烯利（Ethephon）、以及乙烯生物合成抑制剂（Aminoethoxyvinylglycine，AVG）与 NaCl组合处理白刺幼苗，以检测光合作用和乙烯信号相关差异基因的表达。结果显示，当使用乙烯利处理时，光合作用相关的差异基因上调表达，呈现出与NaCl处理时相似的表达模式。相反，当AVG与NaCl共同处理时，这些差异基因的上调表达程度受到抑制（图6）。图5. 盐诱导的乙烯信号转导相关基因图6. 参与碳固定的差异表达基因分别在盐、乙烯利以及盐和乙烯合成抑制剂共同处理下的表达趋势分析

乙烯信号相关的差异基因在单独使用乙烯利处理时被诱导显著性地上调表达，但在NaCl与AVG共同处理时，其上调表达程度受到抑制（图7）。这些结果表明，乙烯信号传导对于盐诱导的光合作用相关基因的表达至关重要。这些研究结果有助于深刻理解耐盐植物对盐环境的适应策略，为植物耐盐性的改良提供新的理论基础。图7. 乙烯信号途径的差异表达基因分别在盐、乙烯利以及盐和乙烯合成抑制剂共同处理下的表达趋势分析

最后，作者通过透射电子显微镜观察发现，盐胁迫下小果白刺叶片中的叶绿体体积增大、表面积增加，但基本结构保持完整（图8）。与对照组相比，盐胁迫处理的植株叶绿体中积累了更多的淀粉粒。这些现象表明，盐诱导的光合作用增强导致小果白刺叶片中淀粉合成和积累增加。

图8. 盐胁迫下小果白刺叶片中的叶绿体结构和淀粉粒

该研究成果由南京林业大学林木细胞工程课题组完成，青年教师鲁路和硕士研究生王玉茹为共同第一作者，成铁龙教授级高级工程师为通讯作者。该工作得到国家自然科学基金（32071784）、江苏省自然科学基金青年基金（BK20210614）以及江苏省高校优势学科建设工程（PAPD）的联合资助。

作者：鲁路、王玉茹

编辑：郝兆东

Reference:

Lu L, Wang Y, Chen Y, Zhu L, Wu X,  et al. 2025. Salt stimulates carbon fixation in the halophyte Nitraria sibirica to enhance growth. Forestry Research 5: e004 doi: 10.48130/forres-0025-0004

原文请点击推文左下角“阅读原文”或百度网盘链接：https://pan.baidu.com/s/1Wsg7eXP-W6R8wX3KyrXRcQ?pwd=vtt6 提取码: vtt6