研究背景

为适应复杂多变的环境胁迫，植物会对已经历过的环境刺激产生“记忆” (stress memory)，当胁迫再次出现时植物能更快更强地做出响应，以增强自身抗逆性。一般来说，植物获得胁迫记忆的过程称为“胁迫锻炼” (stress priming)。如果胁迫锻炼的类型与随后发生的非生物胁迫相同时，则定义为“顺式锻炼” (cis-priming)，例如干旱锻炼可以显著提高许多禾本科和豆科植物的抗旱性，盐锻炼也可以诱导提高甘蔗、甜高粱、小麦和甜瓜等作物的耐盐性。如果胁迫锻炼的类型不同于随后发生的非生物胁迫，则被称为“反式锻炼” (trans-priming)，例如干旱锻炼可以显著提高匍匐翦股颖和小麦的耐盐性，这就表明植物获得了交叉耐受性。近日，四川农业大学李州教授团队在 Agronomy 期刊上发表的论文，揭示白三叶通过激活抗氧化防御、脯氨酸代谢及脱水基因表达提高植株对高盐和干旱交叉胁迫的适应能力。

研究结果

为了探究白三叶对干旱和盐胁迫的交叉适应性，白三叶幼苗先经过两轮干旱锻炼 (DP，drought priming) 或盐锻炼 (SP，salt priming) 预处理，然后将经过DP处理 (DP-S) 或未经过DP处理 (NP-S) 的幼苗盐胁迫10天，同时也将经过SP处理 (SP-D) 或未经过SP处理 (NP-D) 的幼苗干旱胁迫10天。结果表明，在随后发生的盐胁迫下，DP显著增加了根系数量；而在随后发生的干旱胁迫下，SP显著提高了茎长、根长和根系数量。这表明与DP缓解盐胁迫伤害相比，SP在缓解干旱导致的生长抑制上表现出更明显和积极的作用。

盐胁迫或干旱均显著降低了叶片超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶以及抗坏血酸-谷胱甘肽循环中的关键酶活性，导致电解质渗透率、超氧化物阴离子、过氧化氢和丙二醛含量显著增加。SP或DP可以显著增强这些抗氧化酶的活性，以减轻干旱或盐胁迫引起的氧化损伤和细胞膜稳定性降低。SP或DP还显著提高了脯氨酸的积累，这与SP或DP通过促进脯氨酸生物合成关键酶OAT和P5CS活性及降低脯氨酸降解酶ProDH活性有关 (图1)。此外，SP在干旱胁迫下显著上调了脱水蛋白基因Dehydrin b的表达，但DP在盐胁迫下未能显著诱导Dehydrin b表达 (图2)。

图1. 干旱锻炼或盐锻炼激活脯氨酸代谢提高白三叶耐盐性或抗旱性

图2. 盐锻炼激活脱水蛋白合成关键基因Dehydrin b提高白三叶抗旱性

这些研究结果表明，白三叶对盐胁迫和干旱胁迫存在显著的交叉适应性，经过DP或SP处理后的白三叶可以有效提高自身的耐盐或抗旱性。白三叶对盐和干旱的交叉适应性与调节生长、抗氧化防御和脯氨酸代谢有关。盐锻炼诱导的抗旱性还与提高脱水蛋白基因表达有关。然而植物对高盐和干旱交叉适应性的分子机制和信号转导通路仍需要进一步研究。

作者介绍

四川农业大学草业科技学院李州教授为通讯作者，凌瑶副教授和硕士研究生王铎为共同第一作者。李州教授团队长期致力于草类植物种质资源收集评价、选育及抗逆机制研究，目前获四川省科技进步二等奖2项，入选全球前2%顶尖科学家榜。以第一或通讯作者累计发表科研论文100余篇，其中SCI收录80余篇，获ESI高被引论文、领跑者5000中国精品科技期刊顶尖学术论文及中国百篇最具影响力国内学术论文等。授权国家发明专利5项，选育国审或省审草新品种3个，广泛应用于西南区园林绿化及生态恢复建植。

特刊推荐

本文隶属特刊“Physiological and Molecular Mechanisms of Abiotic Stress Tolerance in Grass Species (草类植物非生物胁迫抗逆生理及分子机制)”。本特刊旨在从表型、生理、代谢途径和分子水平等方面揭示草类植物应对复杂环境胁迫的生理和分子机制。研究内容包括但不仅限于转基因技术和组学研究 (转录组学、蛋白质组学、离子组学、代谢组学、基因组学或表型组学) 等，欢迎学者提交相关的研究论文和最新综述文章。

投稿截止日期：2025年12月10日

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 Agronomy 期刊介绍

主编：Prof. Dr. Leslie A. Weston, Charles Sturt University, Australia

文章类型包括农学及农业生态学领域的研究型文章及综述，目前已被Science Citation Index Expanded (SCIE) 和Scopus等多个数据库收录。

2023 Impact Factor：3.3 

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