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为解决土壤盐渍化影响小麦产量问题，研究人员分析 543 份小麦种质，明确耐盐差异及机制，助力育种。
土壤盐渍化，这个如同 “土地病魔” 般的存在，正严重威胁着全球农作物的产量。在中国，盐碱地面积约为 9913 万 hm2，占可利用土地面积的 10%，其中用于种植农作物的盐渍化土地也达到了 921 万 hm2 。并且，由于灌溉用水中含有的少量氯化钠（NaCl），以及部分地区不合理灌溉导致的地下水位上升和旱地盐碱化，盐渍化耕地面积还在逐年增加。
小麦，作为全球三大重要粮食作物之一，也深受盐胁迫的困扰。盐胁迫是一个复杂且受多种生理和遗传因素调控的生物现象，不同研究中检测到的小麦耐盐性差异，可能与培养底物、处理时期、盐处理浓度、胁迫持续时间以及调查指标的多样性有关。目前，大多数关于小麦耐盐性的研究集中在室内种植的萌芽期、幼苗期和整个生育期，而对不同生长阶段小麦种质资源的综合评价较少，尤其是在盐碱地或盐池种植的小麦全生育期评价尚未见报道。同时，关于小麦品种在盐渍条件下芽期和苗期转录组的研究也较为匮乏。
为了攻克这些难题，沧州农林科学院、河北农业大学等单位的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Plant Growth Regulation》杂志上，为揭示小麦耐盐机制、培育耐盐新品种提供了重要依据。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过水培试验、盆栽试验、盐池试验和盐碱地试验这四种不同的环境试验，对 543 份具有不同耐盐水平的面包小麦种质进行盐胁迫处理。然后，利用非损伤微测技术（NMT）测量 Na?和 K?的通量，以此来探究小麦根系对离子的吸收情况。此外，还采用了 RNA 测序（RNA-seq）技术，对筛选出的耐盐品种沧麦 6005（CM6005）和盐敏感品种克农 9204（KN9204）进行转录组分析，从而深入了解基因表达的变化。
分析小麦在四种环境中与耐盐相关的性状
研究人员对比了 543 份小麦基因型在对照（CK）和盐处理（ST）条件下，于水培试验、盆栽试验、盐池试验和盐碱地试验中的耐盐相关性状。结果发现，在水培试验中，盐胁迫导致发芽率（GR）、发芽长度（GL）、根长（RL）等显著下降；在盆栽试验中，株高（PH）、产量（GY）等下降，而部分离子浓度增加；盐池试验和盐碱地试验中，也有类似的性状变化。这表明大多数分析性状在不同基因型间差异显著。同时，研究人员还发现不同环境下同一性状的相关性不同，盐池环境和盐碱地环境的综合 D 值存在显著相关性。
不同小麦基因型耐盐性的主成分分析和综合评价
研究人员对不同小麦基因型的耐盐指标进行主成分分析（PCA），确定了不同环境下影响耐盐性的关键指标。例如，水培试验中，相对根鲜重（RFW）、最大根长（MRL）等影响较大；盆栽试验中，籽粒 Na?浓度（GNaC）、千粒重（TGW）等较为关键。根据 PCA 结果和标准化耐盐系数，计算出综合 D 值，并对小麦基因型进行聚类分析。结果显示，不同环境下不同耐盐等级的基因型数量分布不同，且鉴定出了如 CM6005 等耐盐基因型和 KN9204 等盐敏感基因型。
CM6005 和 KN9204 盐处理后的性能差异
研究人员对 CM6005 和 KN9204 进行盐处理试验。在萌芽期，用 1% NaCl 溶液处理 7 天后，CM6005 的发芽率显著高于 KN9204。在幼苗期，将 7 日龄幼苗培养在含 0% 或 1% NaCl 的营养液中，发现盐胁迫抑制了两者的生长，但 KN9204 受影响更严重，其株高（SH）、最大根长（MRL）等指标均低于 CM6005。同时，盐胁迫下，KN9204 叶片中 Na?含量增加幅度更大，K?含量下降幅度更大，导致其 K?/Na?比值在盐胁迫下显著低于 CM6005。通过 NMT 检测发现，盐胁迫下 CM6005 的 Na?内流低于 KN9204，K?外流也相对较少。
转录组分析
研究人员对 CM6005 和 KN9204 进行转录组测序。测序结果显示，24 个文库产生了高质量的测序数据，有效 reads 映射到小麦参考基因组的比例符合要求。在芽期和苗期，CM6005 和 KN9204 均有差异表达基因（DEGs），这些 DEGs 反映了两个品种耐盐性的差异。研究人员还对与转运蛋白、氧化应激反应、转录因子相关的 DEGs 进行分析，发现 CM6005 中部分转运蛋白基因表达上调，可能有助于维持离子平衡；其抗氧化酶相关基因表达上调倍数高于 KN9204，有助于清除活性氧（ROS）；同时，CM6005 中有更多转录因子基因上调，可能参与调控耐盐相关基因的表达。此外，通过基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析，发现海藻糖相关过程、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号转导、茉莉酸（JA）相关途径和脱落酸（ABA）相关过程等通路与小麦耐盐性密切相关。通过定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR）验证，证实了 RNA-seq 数据的准确性。
在讨论部分，研究人员指出，多环境评估能更准确地鉴定耐盐基因型，本研究确定的一些性状可作为耐盐指标。同时，研究还发现了不同小麦品种在离子平衡、信号通路等方面的耐盐差异机制。例如，CM6005 可能通过维持较高的 K?/Na?比值、调节相关基因表达来增强耐盐性。然而，本研究仅分析了表型，未深入研究盐胁迫和碱胁迫的内在机制差异，这将是后续研究的方向。
总的来说，该研究全面分析了 543 份小麦材料在多环境下的耐盐性，确定了相关耐盐指标，揭示了 CM6005 和 KN9204 在形态、生理和转录组水平的差异，为小麦耐盐机制研究和耐盐品种选育提供了重要的理论基础和遗传资源。未来，研究人员可进一步研究鉴定出的 DEGs 的功能，开发分子标记，助力分子标记辅助选择育种，培育出更多适应盐碱地环境的小麦品种，保障粮食安全。
