Plant Physiol. Bioch.|外源硼通过维持细胞壁结构和离子稳态来缓解棉花中的盐胁迫

论文内容

研究背景：

盐度是一种严重影响植物生长发育的全球性环境非生物胁迫。它被视为当代农业问题，极大地限制了土地生产力，是提高某些粮食作物产量的主要障碍。目前，盐碱化影响了全球7%以上的土地和20%以上的耕地，受盐碱化影响的面积以每年1-2%的速度增长。近年来，频繁的干旱和低效的灌溉方式导致淡水资源有限地区的次生盐碱地逐渐扩大，严重影响了农业生产。如果环境中盐的含量超过了植物的耐受极限，就会发生盐胁迫，导致植物体内过量Na+的积累。这主要导致离子毒性，引起K+和Ca2+的外排，最终导致植物脱水。此外，盐胁迫还会诱发渗透和氧化应激，导致细胞结构不完整，最终对植物生长发育造成不可逆的损害。

硼(B)是植物发育和生长必需的微量营养素。它主要集中在细胞壁(CW)的细胞水平，影响细胞的机械强度和塑性，因此在细胞壁结构中起着至关重要的作用。硼通过与果胶多糖 (RG-II)形成硼酸酯键参与连续枝结构的构建，这对初级连续枝的发育和高等植物的生长至关重要。虽然B有显著的影响，但植物对B浓度的变化高度敏感，并且在缺乏和毒性之间存在一个狭窄的范围，被认为是植物最佳生长的理想范围。此外，每种植物都有其独特的B需求，以支持其在最佳水平上的发展。研究表明，B在保护质膜免受活性氧引起的过氧化损伤中起着至关重要的作用。

然而，由于缺少降雨和农业灌溉用水，该地区经历了不同程度的次生盐碱化，对棉花生产构成了重大挑战。有报道称，B可以通过调节离子稳态来缓解盐胁迫。此外，关于B如何影响细胞壁组成和结构以减轻盐度尚无具体研究。因此，本研究旨在探讨外源B如何通过影响CW组成和离子稳定性来缓解棉花盐胁迫，为了解B对植物生长和抗逆性的有益作用机制提供有价值的见解。这些知识可以应用于制定更有效的策略来提高盐碱地的棉花产量，这对中国和全球的棉花产业都具有很高的价值。

研究内容：

盐胁迫被认为是影响农业生产的主要非生物胁迫之一，而硼(B)是植物细胞组成中不可或缺的元素，也被发现可以缓解盐胁迫。然而，B如何通过细胞壁修饰提高耐盐性的调控机制尚不清楚。本研究主要从渗透物质、细胞壁结构和组分以及离子稳态等方面探讨b介导的盐胁迫缓解机制。结果表明，盐胁迫抑制了棉花植株生物量和根系生长。透射电镜(TEM)分析表明，盐胁迫破坏了根细胞壁的形态。B的存在有效地缓解了这些不利影响，促进了脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖的积累，同时降低了根系中Na+和Cl-的含量，增加了K+和Ca2+的含量。此外，X射线衍射(XRD)分析表明，根纤维素的结晶度下降。硼的添加也降低了螯合果胶和碱溶性果胶的含量。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析进一步证实，外源B导致纤维素积累下降。综上所述，B通过抵抗渗透和离子胁迫以及修饰根细胞壁成分，为减轻盐胁迫的不利影响和促进植物生长提供了一种有希望的策略。这项研究可能为B在改善盐胁迫对植物的影响方面的作用提供宝贵的见解，这可能对可持续农业产生影响。

研究结论：

从模型(图11)中可以看出，盐胁迫阻碍了棉花根的生长，并对根细胞壁(CW)结构产生了负面影响。而添加B可以缓解盐胁迫引起的渗透和离子胁迫。此外，B降低了果胶和纤维素含量，从而减轻了CW的危害，稳定了棉花的根系CW结构和组分，从而提高了棉花的耐盐性。本研究结果为b介导的盐胁迫缓解提供了理论依据。因此，这项研究可能有助于发展更具可持续性和弹性的农业做法，有助于确保稳定的粮食供应。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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