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在农业生产中，盐胁迫影响作物生长，钙（Ca2+）在果实发育中至关重要，但其在盐胁迫下的吸收及分布受影响。研究人员用 X 射线荧光（XFM）显微镜等技术，研究盐胁迫下番茄叶和果实中Ca2+和钾（K+）的分布，发现二者分布规律及对果实机械性能的影响。这为改善果实品质提供依据。
在农业生产的大舞台上，盐胁迫如同一个不速之客，严重影响着作物的生长和发育。对于果实生产来说，钙（
Ca2+）是一位不可或缺的 “角色”，它不仅参与植物的信号传导、营养吸收，还对维持细胞膜的完整性以及增强果实的负载能力起着关键作用。正常的果实发育离不开
Ca2+的持续供应，然而，在盐胁迫的干扰下，
Ca2+的吸收会受到钠离子（
Na+）的拮抗竞争，这就如同给果实发育之路设置了重重障碍。与此同时，由于
Ca2+是韧皮部不移动元素，其通过木质部向果实的运输过程也充满挑战，导致果实容易出现
Ca2+缺乏的情况，进而引发诸如番茄和辣椒的脐腐病（Blossom End Rot，BER）、苹果的苦痘病等多种生理病害，给新鲜农产品行业带来了巨大的经济损失。
为了攻克这些难题，来自澳大利亚昆士兰大学（The University of Queensland）、昆士兰农业和渔业部（Queensland Department of Agriculture and Fisheries）、阿曼苏丹卡布斯大学（College of Agricultural and Marine Sciences, Sultan Qaboos University）等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Irrigation Science》上，为我们揭示了盐胁迫下番茄组织中钙钾分布的奥秘。
研究人员采用了多种关键技术方法来开展这项研究。其中，X 射线荧光（XFM）显微镜技术用于绘制和量化Ca2+和K+的空间分布；电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）则用于测定番茄果肉中的矿物质营养成分。此外，研究人员还通过设置不同Ca2+和Na+浓度的灌溉处理，构建了实验体系。
研究结果主要涵盖以下几个方面：
- 植物生长、水分利用和产量：研究发现，施加Na+会使番茄植株的水分吸收下降，生长速率减缓，生物量积累减少，果实重量降低，BER 发病率增加。而增加Ca2+供应能够在一定程度上缓解这些负面影响，例如提高植株的生物量，降低 BER 发病率，但Ca2+对果实重量没有显著影响。
- 果实机械性能：Ca2+和Na+的供应对番茄果肉的机械性能有着显著影响。近端组织比中间和远端组织更硬、更有弹性，且对机械变形的抵抗力更强。盐溶液灌溉会降低果肉的平均硬度，而增加Ca2+供应能够提高果肉的硬度，但对果肉的刚度和峰值穿刺力的恢复效果有限。
- 矿物质分配：Ca2+、K+和Mg2+的含量会随着Na+供应的增加而显著降低。Ca2+在果实中的浓度从近端到远端逐渐降低，而K+、P和Mg2+的浓度则呈现相反的趋势。此外，研究还发现Ca2+和Na+之间存在拮抗作用，增加Ca2+供应可以降低果实中Na+的浓度。
- 钙和钾在番茄叶和果实组织中的分布：Na+会限制叶组织中Ca2+和K+的浓度，而补充Ca2+能够缓解Na+的毒性。在叶组织中，Ca2+主要积累在叶边缘和尖端，而K+则主要分布在叶脉和中脉附近。在果实组织中，Ca2+在果皮中的信号强度较高，而在果肉和果腔中的信号强度较低；K+则主要分布在果皮附近的外果皮中。
- 健康果实和患脐腐病果实中的钙含量：尽管增加Ca2+供应会使番茄果肉中的Ca2+含量增加，但所有植株在发育出患 BER 的果实中仍存在Ca2+缺乏的情况。远端组织中的Ca2+浓度最低，即使在Ca2+增强的灌溉溶液中也是如此。微 XFM 分析显示，患 BER 的果实组织中的Ca2+含量比周围健康组织高出四倍。
研究结论和讨论部分指出，本研究通过 ICP-MS 和微 XFM 成像技术，揭示了不同盐度和Ca2+供应条件下番茄植株叶和果实组织中Ca2+的分布情况。在低盐度水平下，额外的Ca2+能够缓解Na+诱导的果肉变软；近端果实组织比远端组织更硬、更有弹性，对机械变形的抵抗力更强。较高的Ca2+供应能够改善Na+的负面影响，增加叶和果实组织中Ca2+和K+的浓度。微 XFM 对Ca2+的空间映射揭示了叶中脉和叶脉中富含K+的区域与低Ca2+浓度呈负相关，这表明两种阳离子之间可能存在竞争关系。此外，研究还发现果实中Ca2+的移动性相对有限，尤其是在远端组织中，这可能与果实成熟过程中木质部功能的丧失有关。
这项研究的意义重大，它为我们深入理解盐胁迫下番茄果实的生理机制提供了新的视角，为改善果实品质、提高作物抗盐性提供了理论依据。同时，研究中所采用的技术方法也为其他相关研究提供了借鉴，有助于推动农业科学领域的进一步发展。
