盐胁迫下西伯利亚白刺叶中钠离子分布图与代谢调控网络图
盐胁迫严重影响植物生长发育、产量品质以及地理分布，是阻碍农林业发展的重要限制因素，深入解析植物耐盐机制是培育耐盐植物品种的理论基础。西伯利亚白刺（Nitraria sibiricaPall.）是蒺藜科（Zygophyllaceae）白刺属（NitrariaL.）落叶灌木，典型的盐生植物，具有极强的耐盐能力和生态适应性，是研究植物耐盐机理的理想材料。盐碱地研究中心耐盐植物选育研究团队以西伯利亚白刺为材料深入开展盐生植物耐盐机制研究，取得了系列进展。
该团队研究发现西伯利亚白刺具有组织耐盐性特征，盐胁迫下植株不同器官中离子分布以叶中Na⁺含量最高；在质膜H⁺-ATPase与Na⁺/H⁺逆向转运蛋白协同作用下促进根系中Na⁺的外排，限制K⁺通过外向整流K⁺通道流失，从而维持根内K⁺/Na⁺平衡。转运到叶内的Na⁺最终多被区隔化至叶肉细胞的液泡中，从而降低细胞质中Na⁺浓度，减轻离子毒害，维持K⁺/Na⁺动态平衡。在此过程中，液泡H⁺-ATPase和H⁺-PPase酶活性升高，NsVHA、NsVP1和NsNHX1基因表达量均上调，共同调控胞质内Na⁺的浓度，抑制K⁺的流失；同时TPK的转录表达增加，促进K⁺从液泡外排到细胞质中，协助维持细胞质中的K⁺稳态。盐胁迫对西伯利亚白刺叶中代谢途径影响显著，400mM NaCl处理显著影响氨基酸代谢、TCA循环、光合固碳与硫代谢途径，诱导相关代谢途径中氨基酸（脯氨酸、天冬氨酸、蛋氨酸等）、有机酸（草酰乙酸、富马酸、烟酸等）和多元醇（肌醇、利糖醇等）等代谢物含量增加。通过对转录组差异基因和代谢组差异代谢物的关联分析发现，AMY2、BAM1、GPAT3、ASP1、CML38和RPL4等基因以及L-半胱氨酸、脯氨酸、4-氨基丁酸和草酰乙酸等代谢物在西伯利亚白刺耐盐调控中发挥了重要作用。综合以上研究，该团队初步从离子平衡调控与代谢调控层面阐释了盐生植物西伯利亚白刺耐盐的分子与生理基础，为深入揭示植物耐盐机制提供了重要理论参考，为农林植物耐盐遗传改良提供理论依据。
以上研究成果分别发表在Forests（题目为《Maintenance of K⁺/Na⁺Balance in the Roots ofNitraria sibiricaPall. in Response to NaCl Stress》，唐晓倩博士为第一作者，张华新研究员为通讯作者）、Tree Physiology（题目为《Tissue tolerance mechanisms conferring salinity tolerance in a halophytic perennial speciesNitraria sibiricaPall.》，唐晓倩博士和张会龙博士为共同第一作者，杨秀艳副研究员和张华新研究员为共同通讯作者）和Scientific Reports（题目为《Comprehensive transcriptome and metabolome profiling reveal metabolic mechanisms ofNitraria sibiricaPall. to salt stress》，李焕勇博士为第一作者，杨秀艳副研究员和张华新研究员为共同通讯作者）等期刊上。
以上研究得到了国家自然科学基金项目、国家重点研究发计划项目和中国林业科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目的资助。（杨秀艳/盐碱地中心）
论文链接：
https://doi.org/10.3390/f9100601
https://doi.org/10.1093/treephys/tpaa174
https://doi.org/10.1038/s41598-021-92317-6