壳聚糖预处理通过调控P5CS、PIP和APX基因表达增强甘蓝型油菜耐盐性的分子机制研究

本研究针对盐胁迫下甘蓝型油菜(Brassica napus L.)生长抑制问题，通过比较壳聚糖预处理(50 mg/L)与后处理(50/100 mg/L)对P5CS、PIP和APX基因表达及生理指标的影响，发现预处理可显著上调P5CS(△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶)和APX(抗坏血酸过氧化物酶)基因表达，使植株在200 mM NaCl条件下存活，而后处理组在150 mM NaCl即死亡。该研究为开发壳聚糖作为生物刺激剂提升作物耐盐性提供理论依据。

　　

盐胁迫是制约全球农作物产量的主要非生物胁迫之一，尤其对甘蓝型油菜等中度盐敏感作物造成严重生长抑制。高盐环境会引发渗透失衡、离子毒性和氧化损伤三重胁迫，导致作物减产30%-50%。传统耐盐育种周期长且成本高，而化学调控剂又存在环境污染风险。在此背景下，霍姆兹甘大学海洋科学与技术学院的研究人员创新性地利用天然生物聚合物壳聚糖，系统比较了其预处理与后处理对甘蓝型油菜耐盐性的差异化调控机制，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究团队采用qRT-PCR、酶活性测定和生理生化分析等关键技术，通过完全随机区组设计实验，检测了不同盐浓度(50-200 mM NaCl)下P5CS、PIP和APX基因的表达动态，并结合脯氨酸含量、离子分布等指标建立多维度评价体系。

基因表达

预处理使P5CS基因表达量提升743%，显著高于后处理组(P<0.05)，驱动脯氨酸大量积累；APX基因在预处理20天后仍保持高表达，而后处理组仅在中低盐度(150 mM)下表现适度激活。

Ascorbate peroxidase活性

脯氨酸含量

预处理20天时根中脯氨酸达31.08 mg/g FW，与P5CS基因表达空间分布不一致，暗示器官特异性调控。

离子稳态

预处理将Na⁺截留在根部（占总吸收量82%），K⁺/Na⁺比值为后处理组的3.2倍，通过PIP基因上调维持水分平衡。

蛋白质含量

盐胁迫诱导的应激蛋白在预处理组呈现渐进式积累，而后处理组出现异常蛋白聚积。

研究结论揭示，壳聚糖预处理通过三重协同机制增强耐盐性：1）激活P5CS-脯氨酸生物合成通路实现渗透调节；2）上调APX-抗氧化酶系统清除ROS；3）调控PIP介导的离子选择性运输。这种"防御预激活"策略比应激性后处理更有效，200 mM NaCl存活率提升300%。该发现为开发基于壳聚糖的作物耐盐诱导剂提供了分子设计靶点，对保障盐渍化农田的油菜安全生产具有重要实践意义。