哈尔滨师范大学郭长虹教授团队揭示大田紫花苜蓿对盐碱与低温复合胁迫的适应机制

摘要：紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是多年生豆科植物，因其蛋白质含量高、适应性广，被誉为“牧草之王”。全球土壤盐碱化问题日益加剧，极端气候事件频发，对农业生产构成严峻挑战。在盐碱地种植紫花苜蓿可缓解优质饲草与主粮作物争地的矛盾。我国东北地区集中分布

紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是多年生豆科植物，因其蛋白质含量高、适应性广，被誉为“牧草之王”。全球土壤盐碱化问题日益加剧，极端气候事件频发，对农业生产构成严峻挑战。在盐碱地种植紫花苜蓿可缓解优质饲草与主粮作物争地的矛盾。我国东北地区集中分布着广阔的盐碱土地，并且该地区种植的植物常会遭受到低温冻害，导致植物需要同时应对盐碱和低温复合胁迫。因此，揭示大田紫花苜蓿对盐碱与低温复合胁迫的适应机制，对促进盐碱地的综合利用和保障粮食安全具有重大战略意义。

近日，哈尔滨师范大学郭长虹教授团队在国际植物科学领域TOP期刊Plant Biotechnology Journal上发表了题为“Metabolo-transcriptomics analyses reveal alfalfa adaptation to combined saline-alkali and low-temperaturestress in the field”的研究论文，揭示了大田紫花苜蓿对盐碱和低温复合胁迫的适应机制。

该研究测定了盐碱地种植的紫花苜蓿（Zhaodong [ZD]，Blue Moon [BM]）的生物量及生理指标，发现两个紫花苜蓿品种对复合胁迫的适应策略不同。ZD相比BM积累了更多可溶性糖、脯氨酸和总黄酮，并通过地上部分早衰减少能耗，促进根系抗逆物质积累，提高越冬存活率（图1）。

图1. 复合胁迫条件下ZD和BM的田间表型、生物量、生理指标变化情况

代谢组分析显示，相较于BM，ZD特异性积累了氨基酸、有机酸、碳水化合物、脂肪酸和类黄酮等物质，其中异亮氨酸、延胡索酸、棉子糖、2-羟基二十二烷酸和异牡荆素是ZD特异性积累的关键差异代谢物。转录组分析表明，ZD在半乳糖代谢、淀粉和蔗糖代谢及类黄酮生物合成途径中上调的差异基因更丰富。通过代谢-转录组联合分析揭示了碳水化合物、谷胱甘肽、黄酮类和水杨酸合成途径是紫花苜蓿适应复合胁迫的关键通路（图2）。