探秘濒危红树伴生植物莲叶桐耐盐机制，为生态保护与农林应用奠基

研究人员对莲叶桐（Hernandia nymphaeifolia）幼苗进行盐处理，揭示其耐盐生理和转录重编程机制，助力保护与应用。

　　# 探秘濒危红树伴生植物莲叶桐的耐盐奥秘
在热带沿海的潮间带，生长着一种独特的植物 —— 莲叶桐（Hernandia nymphaeifolia），它又被称为 “灯笼树”，属于莲叶桐科红树伴生植物。莲叶桐有着极高的生态价值，是维持沿海栖息地稳定的重要一环；其果实形态奇特、叶片呈盾形，在园林景观美化方面表现出色；同时，它还具有药用价值，叶片能缓解头痛，其所含的木脂素对人体中性粒细胞的 Ca²⁺信号传导有影响。

然而，近年来，由于环境变化和人类活动的双重压力，莲叶桐在中国的生存状况不容乐观。其分布范围急剧缩小，仅存于海南和台湾等地，2022 年的实地调查显示，海南岛的野生莲叶桐个体仅剩 1336 株，如今它已被列入中国国家重点保护野生植物名录，保护工作刻不容缓。

盐度是影响红树植物幼苗生长和存活的关键因素。高盐环境会改变植物细胞膜的通透性，打破离子平衡，引发生理和代谢紊乱，严重时甚至导致植物细胞死亡。对于红树植物的保护和造林工作而言，全面了解它们的耐盐机制至关重要。与陆地植物不同，红树植物在长期进化过程中，形成了诸如盐腺、叶片肉质化、将盐分储存于液泡以及通过超滤机制排盐等特殊的形态和生理特征，以此来适应高盐环境。但不同红树物种对盐度的适应方式存在差异，红树伴生植物与真正的红树有所不同，它们通常是兼性盐生植物，在淡水环境中生长得更好。目前，针对莲叶桐的研究大多集中在其化学性质方面，而对于盐胁迫对莲叶桐的影响及其耐盐能力，却鲜有关注。

为了填补这一研究空白，来自中山大学、海南林业科学院等机构的研究人员开展了一项深入研究，相关成果发表在《BMC Plant Biology》上。该研究对莲叶桐耐盐机制进行了全面探索，为其保护和恢复提供了理论依据，同时也为农业和林业领域的生物工程应用提供了宝贵的遗传资源。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是盐胁迫处理实验，他们选取海南琼海野外收集的莲叶桐种子培育出的 2 年生健康幼苗，将其分为 5 组，一组用淡水处理作为对照（CK），其余四组分别用含有不同浓度 NaCl（150、300、500 和 700mM）的盐水处理，模拟莲叶桐在潮间带可能遇到的不同盐度环境。其次，采用了一系列生理指标测量方法，包括测定相对电导率（REC）以评估植物细胞膜的损伤程度、测量相对含水量（RWC）反映植物在盐胁迫下的渗透调节能力，以及检测过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）活性和脯氨酸、可溶性糖含量等，来探究盐胁迫对莲叶桐生理生化过程的影响。此外，还运用了转录组学技术，对对照组和 300mM NaCl 处理 7 天和 14 天的莲叶桐幼苗叶片进行 RNA 测序，分析差异表达基因（DEGs），并通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）构建基因共表达网络，挖掘关键基因和通路。最后，利用实时定量 PCR（RT-qPCR）对部分差异表达基因进行验证，确保研究结果的可靠性。

研究结果

1. 盐度变化对莲叶桐幼苗生理过程的影响：随着 NaCl 浓度的升高，莲叶桐幼苗的生长状况逐渐变差。低浓度 NaCl 处理时，幼苗生长与对照组相似；但在 500 和 700mM NaCl 处理 7 天后，叶片开始变黄，14 天后这种不良影响进一步加剧。在生理指标方面，7 天盐胁迫后，多数盐浓度下叶片 REC 变化不明显，700mM 处理时显著增加；叶片含水量随 NaCl 浓度增加略有下降；500 和 700mM NaCl 处理下，CAT 活性和脯氨酸含量显著增强，POD 活性在 0 - 500mM NaCl 浓度间逐步上升，700mM 时下降，可溶性糖含量总体呈下降趋势。处理时间延长至 14 天时，多数处理组（150、300 和 700mM）叶片 REC 显著增加，RWC 降低，150 和 300mM 处理下 CAT 活性和可溶性糖含量相比 7 天处理时大幅增加，700mM 处理下 POD 活性增强，高盐浓度下脯氨酸含量虽有所增加，但低于 7 天处理时的水平。
2. 响应盐胁迫的转录重编程：对 300mM NaCl 处理的莲叶桐幼苗进行转录组分析，结果显示测序数据质量高，共组装得到 416,949 个独特基因作为参考转录组。与对照组相比，7 天和 14 天处理分别检测到 12,651 和 7,066 个差异表达基因。7 天 NaCl 处理时，上调的 DEGs 主要涉及高渗盐胁迫响应、阴离子跨膜运输和稳态等过程，光合作用相关基因表达受到抑制；14 天处理时，上调基因主要参与盐胁迫、活性氧（ROS）和酒精响应等过程，光合作用、油菜素内酯（BR）生物合成和乙烯代谢过程相关基因表达下调。qRT-PCR 验证结果表明，RNA-seq 所推断的基因表达可靠。
3. 不同处理时间的基因表达动态变化：随着 NaCl 处理时间从 7 天延长到 14 天，分别有 3,193 和 1,949 个基因进一步上调和下调。部分基因在 7 天处理时表达增强，14 天处理时下降，如与阴离子稳态、细胞外刺激响应等相关的基因；而参与植物激素调节的基因，如 BR 代谢和独脚金内酯响应相关基因，随着胁迫时间延长持续下调。14 天盐胁迫时，一些基因特异性高表达，功能富集分析显示这些基因主要参与细胞壁组织、生长素代谢调节和赤霉素响应等过程。同时，光合作用、能量猝灭、脱落酸（ABA）稳态以及对铁和锌离子饥饿的响应等生物学过程在 7 天处理时受到抑制，随着时间延长有所恢复，这表明莲叶桐可能重新分配能量和资源以优化生长，更好地适应长期胁迫。
4. 与盐胁迫响应相关的共表达网络：WGCNA 分析确定了 14 个与盐胁迫显著相关的基因模块。其中，“darkolivergreen”、“coral2” 和 “mediumpurple3” 模块与 7 天盐胁迫处理正相关，该模块基因主要参与光形态建成的负调控、液泡组织和运输等过程，且包含一些编码蛋白激酶等的枢纽基因。“darkred”、“bisque4” 和 “orangered4” 模块与 14 天盐胁迫处理正相关，“orangered4” 模块基因显著富集于阳离子胁迫响应、光氧化胁迫响应等过程，其枢纽基因主要编码蛋白激酶、Beclin-1 样蛋白 ATG6 等。

研究结论与意义

该研究全面揭示了莲叶桐在高盐胁迫下的转录变化，这些变化调节了其生理和生化重编程过程。研究结果不仅拓宽了人们对莲叶桐耐盐机制的理解，为濒危红树物种的保护和造林提供了理论指导，还鉴定出一些关键的调节因子，这些调节因子可作为未来遗传转化和编辑的潜在靶点，用于提高红树伴生植物和其他甜土作物的耐盐性，在生物工程领域具有重要的应用价值。同时，该研究也为进一步探索红树植物适应盐胁迫的分子机制提供了新的视角和思路，对保护沿海生态系统和推动农林领域的发展具有深远意义。