通过生理和遗传研究培育耐旱孜然新品种：提升干旱地区农业可持续性

《Scientific Reports》：Enhancing drought tolerance in cumin through physiological and genetic insights from a synthetic variety

为解决干旱对植物生长及产量的不利影响问题，研究人员开展合成孜然品种耐旱性研究，结果显示该品种耐旱且高产，对干旱地区农业意义重大。

　　在广袤的干旱与半干旱地区，水资源短缺成为农业发展的 “拦路虎”，严重威胁着全球粮食安全。对于众多作物而言，干旱胁迫就像一场无情的灾难，抑制光合作用，阻碍生长，还会影响作物的产量与品质。 cumin（孜然）作为一种高价值的药用植物，广泛种植于这些缺水地区，其生长和产量同样深受干旱的影响。为了找到应对干旱挑战的有效方法，来自伊朗德黑兰大学阿布拉伊汉学院农学与植物育种系等机构的研究人员，开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员为了培育出耐旱的 cumin 品种，采用了合成品种的培育策略。他们精心挑选了多个具有优良性状的 cumin 基因型，通过随机杂交的方式构建了遗传群体，进而培育出合成品种。随后，在长达三个生长季的时间里，研究人员将合成品种与亲本基因型同时置于正常灌溉（田间持水量）和严重干旱胁迫（田间持水量的 30%）两种条件下进行对比试验。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。在田间试验方面，采用随机完全区组设计（Randomized Complete Block Design，RCBD），设置三个重复，以确保试验结果的可靠性。在生理指标测定上，运用分光光度计等设备，精确测量光合色素、渗透调节物质（如脯氨酸、可溶性糖和蛋白质）、抗氧化酶（过氧化氢酶（Catalase，CAT）、过氧化物酶（Peroxidase，POD）、抗坏血酸过氧化物酶（Ascorbate Peroxidase，APX））活性以及精油含量和成分。在基因分析层面，利用简单序列重复区间扩增多态性（Inter - Simple Sequence Repeat，ISSR）标记技术评估遗传多样性，并通过聚类分析和主坐标分析（Principal Coordinates Analysis，PCoA）对数据进行深入挖掘 。

研究结果令人振奋。在种子产量方面，无论是正常灌溉还是干旱胁迫条件下，合成品种都展现出明显优势。正常灌溉时，合成品种产量为 207.30 g/m2，比亲本基因型高出 33.27%；干旱胁迫下，产量为 172.38 g/m2，较亲本基因型增产 71.59%，且受干旱影响导致的产量下降幅度远小于亲本基因型。光合色素含量上，合成品种在正常和干旱条件下均高于亲本基因型。干旱胁迫虽会使光合色素含量降低，但合成品种中叶绿素 a、总叶绿素和类胡萝卜素的降幅相对较小，这意味着其在干旱环境中能更好地维持光合作用。

渗透调节物质方面，干旱胁迫促使脯氨酸和可溶性糖积累增加，蛋白质含量下降。合成品种在两种灌溉条件下的脯氨酸和可溶性糖含量均高于亲本基因型，其脯氨酸在干旱胁迫下增加了 78.45%，高于亲本基因型的 71.77%，增强了其渗透调节能力和水分吸收效率。抗氧化酶活性方面，干旱胁迫显著提高了 CAT、POD 和 APX 的活性，合成品种的这些抗氧化酶活性在干旱胁迫下分别比亲本基因型高出 131.81%、122.05% 和 264.78%，能更有效地清除活性氧物种（Reactive Oxygen Species，ROS），减轻细胞损伤。

精油含量和成分上，合成品种在正常灌溉（3.07%）和干旱胁迫（3.27%）下精油含量均最高，且在干旱胁迫下，合成品种中部分化合物（如枯茗醛、顺式 -β- 法尼烯等）含量增加，展现出更优的化学组成。分子评估结果显示，ISSR 标记分析表明合成品种与亲本基因型之间存在显著的遗传多样性，聚类分析和 PCoA 清晰地将两者区分开来。

综合研究结果与讨论，该合成 cumin 品种在耐旱性和种子产量方面表现卓越。其耐旱性的提升得益于多种生理适应性变化，包括抗氧化酶活性增强、渗透调节化合物积累增加等，同时，合成品种较宽的遗传基础也为其优良性状提供了保障。这一研究成果不仅为干旱和半干旱地区的农业生产提供了优质的遗传资源，还为其他药用和芳香作物的改良提供了宝贵的借鉴。后续研究可进一步探索该品种耐旱的分子机制，开展多地点、多年份的试验，评估其在不同环境下的稳定性和适应性，研究其对其他非生物胁迫（如盐度、极端温度）的响应，以充分挖掘其在可持续农业中的巨大潜力。