壳聚糖通过抑制质外体流降低水稻钠离子吸收的机制研究

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Suppression of Na+ Uptake Via Apoplastic Flow by Chitosan in Rice

为解决盐胁迫下水稻Na+过量积累问题，研究人员开展外源壳聚糖调控质外体流的研究。结果表明，壳聚糖能显著抑制NaCl诱导的PTS（质外体示踪剂）吸收和Na+积累，提高K+/Na+比率，且不影响电导率或糖含量。该研究为壳聚糖作为生物刺激剂增强水稻耐盐性提供新机制支撑。

　　

随着全球土壤盐渍化问题日益严重，水稻（Oryza sativa L.）作为全球半数人口的主粮作物，其产量正面临严峻威胁。盐胁迫会导致钠离子（Na⁺）在植物细胞内过度积累，破坏酶活性和细胞功能，其中质外体流（apoplastic flow）被认为是水稻在盐胁迫下吸收Na⁺的主要途径。以往研究发现硅、聚乙二醇等物质可通过抑制质外体流增强水稻耐盐性，而壳聚糖（chitosan）作为一种天然多糖，虽已知能提高植物耐盐性，但其具体作用机制尚不明确。为此，日本冈山大学的研究团队在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》发表研究，揭示了壳聚糖通过调控质外体流减少Na⁺吸收的新机制。

本研究采用水培法培养水稻品种"日本晴"（Nipponbare），通过添加质外体示踪剂PTS（8-羟基-1,3,6-芘三磺酸三钠盐）量化质外体流，结合原子吸收光谱测定离子含量，系统分析壳聚糖对盐胁迫下水稻幼苗生长、离子平衡及质外体运输的影响。

3.1 壳聚糖对钠增强的PTS吸收的影响

研究发现，25 mM NaCl处理显著增加水稻地上部PTS吸收量，而10 mg L^-1和50 mg L^-1壳聚糖可剂量依赖性地抑制这一现象。尤其50 mg L^-1壳聚糖使PTS吸收恢复至对照水平，表明壳聚糖能有效阻断盐胁迫诱导的质外体流增强。

3.2 壳聚糖对幼苗生长的影响

7天处理显示，25 mM NaCl未引起幼苗根长、株高及生物量显著变化，说明本实验采用的盐浓度仅触发生理响应而非生长抑制。添加壳聚糖后，各生长指标与单独盐处理组无差异，排除生物量差异对质外体流结果的干扰。

3.3 壳聚糖对离子含量的调节作用

盐处理使地上部Na⁺含量上升40%，K⁺含量不变，导致K⁺/Na⁺比率显著下降。而壳聚糖处理使Na⁺积累量降低25%-30%，且不影响K⁺稳态，成功维持较高的K⁺/Na⁺比率，印证其离子平衡调控能力。

3.4 壳聚糖作用方式的探究

溶液还原糖含量检测发现，壳聚糖在12小时内未被显著吸收或降解；电导率测定表明壳聚糖未与Na⁺发生明显相互作用。研究者推测壳聚糖可能通过微量吸收后在细胞壁沉积（类似硅的作用机制）或根表吸附方式调控质外体流。

本研究首次证实壳聚糖可通过抑制质外体流减少水稻Na⁺吸收，为开发壳聚糖作为生物刺激剂提供理论依据。该策略有望使含较低盐分的 brackish water（半咸水）用于灌溉，对于拓展水稻种植水资源、保障粮食安全具有重要意义。未来研究需进一步解析壳聚糖在植物体内的转运与作用靶点。