在自然條件下，限制植物生長(cháng)和發(fā)育的非生物脅迫往往不是單一發(fā)生的，它們可以同時(shí)或相繼發(fā)生，并且會(huì )相互影響。盡管每個(gè)單一脅迫都根據其強度和持續時(shí)間對植物產(chǎn)生特定影響。但是當不同的脅迫結合在一起時(shí)，它們之間會(huì )產(chǎn)生協(xié)同或拮抗作用，從而對植物的生長(cháng)和發(fā)育產(chǎn)生復雜的影響。例如，例如，高溫增加了氣孔導度以增強蒸騰作用并降低葉片溫度，而水分不足導致氣孔閉合以避免水分過(guò)度流失，導致干旱和熱脅迫期間氣孔調節的碰撞。鹽害是對植物生長(cháng)產(chǎn)生負面影響并降低全球作物產(chǎn)量的主要非生物脅迫之一。當植物暴露于高濃度的鹽離子時(shí)，植物會(huì )受到離子中毒的影響。植物遭受鹽離子沖擊會(huì )導致植物細胞和土壤之間的滲透電位梯度增加，進(jìn)而引起新的脅迫反應，例如滲透脅迫和氧化損傷。隨著(zhù)全球氣溫的升高，高溫脅迫發(fā)生的頻率與強度不斷增加。熱脅迫會(huì )抑制葉片光合作用，影響碳水化合物的積累和運輸。更重要的是，受鹽堿化影響的大面積農田也會(huì )同時(shí)受到高溫脅迫的影響。因此，開(kāi)展作物對鹽害和高溫復合脅迫響應機制的研究是非常迫切且意義深遠的。番茄是世界第一大蔬菜作物，栽培過(guò)程中同樣受鹽害高溫復合脅迫的影響，研究其對鹽害高溫復合脅迫的響應和調控機制備受關(guān)注。
2023年12月6日，國際知名學(xué)術(shù)期刊The Plant Journal在線(xiàn)發(fā)表了南京農業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院蔬菜生理生態(tài)實(shí)驗室題為Synergistic regulation at physiological, transcriptional, and metabolic levels in tomato plants subjected to a combination of salt and heat stress的研究論文。該研究比較了不同鹽/熱敏感性的番茄植株在正常、鹽、熱及其組合下的形態(tài)、生理、轉錄和代謝變化，闡釋了番茄對鹽害高溫復合脅迫的系統性響應過(guò)程。
該研究從實(shí)驗室保存的大量番茄種質(zhì)資源中，篩選獲得了耐鹽/鹽敏感，耐熱/熱敏感的四種基因型番茄，然后對它們進(jìn)行鹽脅迫、熱脅迫、鹽熱復合脅迫處理，比較了它們的形態(tài)和生理反應變化。根據葉片Fv/Fm和H2O2含量，對進(jìn)行了36小時(shí)脅迫處理的耐鹽基因型番茄植株的轉錄組學(xué)和代謝組學(xué)實(shí)施研究。研究發(fā)現，與對照相比，在鹽脅迫和復合脅迫下，所有四個(gè)基因型的株高、干重和凈光合速率都有所下降，而葉片中的Na濃度則有所上升。綜合脅迫下番茄光合參數和防御酶活性等生理指標的變化受相關(guān)基因表達和關(guān)鍵代謝物積累的調控。我們篩選了番茄應對鹽熱脅迫的五個(gè)關(guān)鍵通路，如氧化磷酸化（map00190）。復合脅迫誘導了番茄植株在形態(tài)、生理、轉錄和代謝水平上的協(xié)同調控。在當前的鹽害高溫復合脅迫下，熱脅迫被認為是番茄植株的主要脅迫因素。氧化磷酸化途徑在番茄對復合脅迫的響應中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，其中挖掘出的關(guān)鍵基因（如替代氧化酶、Aox1a）需要進(jìn)一步的功能分析。該研究將為研究復合脅迫和提高番茄耐受性提供寶貴的資源。
不同基因型番茄在單一脅迫和復合脅迫下的葉綠素因熒光成像結果。番茄幼苗暗適應30分鐘后，使用調制葉綠素熒光成像系統Maxi-Imaging-PAM（Heinz-Walz，Effeltrich，Germany）在25°C下測量葉綠素熒光參數，測定了葉片的Fv/Fm，獲得了葉片葉綠素熒光圖像。
番茄響應高溫鹽害復合脅迫的系統性機制
南京農業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院李延凱博士為論文第一作者，南京農業(yè)大學(xué)吳震教授和周蓉副教授為共同通訊作者。南京農業(yè)大學(xué)蔣芳玲教授、華北理工大學(xué)宋小明教授、美國密蘇里大學(xué)Ron Mittler教授、丹麥奧胡斯大學(xué)Carl-Otto Ottosen教授及哥本哈根大學(xué)Eva Rosenqvist副教授等參與了該工作。該研究得到江蘇省種業(yè)振興揭榜掛帥項目、國家農業(yè)重大科技專(zhuān)項、國家現代農業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和南京農業(yè)大學(xué)啟動(dòng)基金的資助。
近年來(lái)，南京農業(yè)大學(xué)蔬菜生理生態(tài)實(shí)驗室主要以番茄為研究對象，在收集千余份種質(zhì)資源的基礎上，深入解析番茄耐逆（高溫、干旱、鹽害、澇害等）和品質(zhì)（耐裂果、高糖）等關(guān)鍵性狀的調控機理，在Plant Cell and Environment、Horticulture Research、Environmental and Experimental Botany、Plant Physiology and Biochemistry、Scientia Horticulture等主流雜志上發(fā)表多篇高質(zhì)量論文。
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