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作物杂志,2025, 第5期: 74–85 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2025.05.011

• 专题：盐碱胁迫下作物抗逆响应与生态调控 • 上一篇    下一篇

复合盐碱胁迫对燕麦生长及代谢的影响

赵洲(), 张丽, 高新磊, 邱鸿雨   

  1. 赤峰学院农学院， 024000， 内蒙古赤峰
  • 收稿日期:2024-08-26 修回日期:2024-09-25 出版日期:2025-10-15 发布日期:2025-10-21
  • 作者简介:赵洲，研究方向为作物抗逆生理及遗传育种，E-mail：zhaozhou00@hotmail.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(32360450);内蒙古自然科学基金(2021MS03026)

Effects of Compound Saline-Alkali Stress on Growth and Metabolism of Oat

Zhao Zhou(), Zhang Li, Gao Xinlei, Qiu Hongyu   

  1. College of Agriculture, Chifeng University, Chifeng 024000, Inner Mongolia, China
  • Received:2024-08-26 Revised:2024-09-25 Online:2025-10-15 Published:2025-10-21

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摘要：

为解析燕麦响应复合盐碱胁迫的机制，选取抗盐碱燕麦品种Xin-17和盐碱敏感品种草莜1号为试验材料，通过复合盐碱处理，系统研究了燕麦出苗率、表型指标、生理指标、代谢组及相关基因表达情况。结果表明，Xin-17出苗率和苗期表型均明显优于草莜1号。复合盐碱胁迫下，Xin-17可维持较高的地上部含水量和光合色素含量。代谢组研究发现，6-羟基褪黑素在2个品种中均显著上调表达，且在草莜1号中的上调更加显著（25.6倍）。紫丁香苷和血根碱等次生代谢物在2个品种中具有相同的变化趋势，即无品种间差异，在受到胁迫后也未发生显著差异表达。少数代谢物则呈现出明显的品种特异性，如草莜1号中的千里光宁碱和芦丁显著上调表达，而Xin-17中的姜黄素和东莨菪碱表达量相对较高。Xin-17中吲哚-3-乙酸在复合盐碱胁迫下维持稳定水平，其生长素合成关键基因及上游代谢物吲哚-3-乙酰胺均上调表达，而草莜1号的吲哚-3-乙酸含量则显著下调。另外，复合盐碱胁迫下，Xin-17中叶绿素a的降解产物脱镁叶绿酸A含量显著增加，最大上调12.8倍。上述代谢物响应盐碱胁迫的普遍特性及不同品种多样化的代谢特性，对于理解燕麦耐盐碱机制以及耐盐碱品种的选育具有重要意义。

关键词: 燕麦, 幼苗, 复合盐碱胁迫, 代谢组, 生长

Abstract:

In order to analyze the mechanism of oat response to compound saline-alkali stress, the emergence rate, phenotypic index, physiological index and metabolome of oat seedling were systematically studied through compound saline-alkali treatment of Xin-17 (saline-alkali resistant variety) and Caoyou-1 (saline-alkali sensitive variety). The results showed that the emergence rate and seedling phenotype of Xin-17 were significantly better than Caoyou-1. Under compound saline-alkali stress, Xin-17 could maintain higher moisture content of shoot and photosynthetic pigment content. Metabolome studies showed that the expression of 6-hydroxymelatonin was significantly up-regulated in both varieties, particularly in the Caoyou-1 (25.6 times). The secondary metabolites such as syringin and sanguinarine showed similar trends in two varieties, and there were no differences between varieties, nor significant differences in expression after stress. A few metabolites showed obvious variety specificity, such as senecionine and rutin were significantly up-regulated in Caoyou-1, while curcumin and scopoletin in Xin-17 were relatively high. Indole-3-acetic acid in Xin-17 maintained a stable level under compound saline-alkali stress, and its key gene of auxin synthesis and the upstream metabolite indole-3- acetamide were upregulated, while the content of indole-3-acetic acid in Caoyou-1 was significantly down- regulated. In addition, the content of pheophorbide A, a degradation product of chlorophyll-a in Xin-17, increased significantly under compound saline-alkali stress, with a maximum increase of 12.8 times. The general characteristics of the above metabolites in response to saline-alkali stress and the diversified metabolic characteristics of different varieties are of great significance for understanding the mechanism of saline-alkali tolerance and breeding of saline-alkali tolerance varieties in oat.

Key words: Oat, Seedling, Compound saline-alkali stress, Metabolome, Growth

表1

qRT-PCR检测基因及对应引物

编号Code 基因ID Gene ID 基因功能注释Gene function annotation 引物序列（5′-3′）Primer sequence (5′-3′)
1 Cluster-38721.80008 YUCCA，吲哚-3-丙酮酸单加氧酶 GCTGCCTGCTGATGTCTTGGG
GTTCGGCGACAACGGGATGG
2 Cluster-38721.50882 苯丙氨酸解氨酶 TGAGGAGGAGCTTCGACAGACAC
GGTACAGAGGGTATGAACGGCAATC
3 Cluster-38721.77689 硝酸根高效转运蛋白2.2 CGACCCAGCCAGAAGCAGAATG
GACCTTGGTGCCCGCTACTTTG
4 Cluster-38721.84959 磷转运蛋白2 GCCCCTGCCCATATGCTAAA
TTATGGCCACGAGCATGACA
5 Cluster-38721.55805 淀粉合酶 CTTGGTCGTCCCGTGAAAGA
ATGCCTCAGTGGAGCAGAAC
6 Cluster-38721.47252 蔗糖合成酶 GCACCGTGAGTATCAGCGATGTAG
ACCTGTTTGGGCAGTTCCGTTG
7 － β-肌动蛋白（内参基因） CCAGCGAGGTCAAGACGAA
CCCAAGGCTAACAGGGAGAA

图1

复合盐碱胁迫下燕麦的出苗率 不同小写字母表示P < 0.05水平差异显著，下同。

图2

复合盐碱胁迫下燕麦苗期的生长情况

图3

复合盐碱胁迫下第6、7、8和13天的燕麦苗期株高变化

图4

复合盐碱胁迫下燕麦苗期地上部干重及含水量的变化

图5

复合盐碱胁迫下燕麦苗期光合色素含量的变化

图6

复合盐碱胁迫下燕麦苗期CAT和SOD活性的变化

图7

复合盐碱胁迫下燕麦苗期PCA分析图 (a) 阳离子；(b) 阴离子。

图8

复合盐碱胁迫下燕麦苗期主要代谢通路的KEGG富集分析（Top20代谢途径）

图9

复合盐碱胁迫下Xin-17和草莜1号的色氨酸代谢通路(a)和次生代谢通路(b)

表2

复合盐碱胁迫下色氨酸代谢通路与次生代谢通路中的主要代谢物

代谢物ID
Metabolite ID		 代谢物
Metabolite		 X17CK vs C1CK C1T2 vs C1CK C1T5 vs C1CK X17T2 vs X17CK X17T5 vs X17CK
log2FC P log2FC P log2FC P log2FC P log2FC P
Com_18815_pos 6-羟基褪黑素 － － － － 4.677 4.40E-06 － － 2.710 0.017
Com_1368_pos 5-甲氧基吲哚乙酸 － － － － － － 1.203 2E-04 1.869 2.1E-05
Com_264_pos 吲哚 － － － － － － － － 1.777 0.022
Com_4506_pos 吲哚-3-乙酰胺 -1.068 0.025 － － － － － － 1.155 0.029
Com_3334_neg 吲哚-3-乙酸 -3.148 3.43E-05 － － -2.216 3E-04 － － － －
Com_5768_pos 千里光宁碱 -0.873 0.022 － － 2.224 0.015 － － － －
Com_16587_pos 芦丁 0.682 0.030 － － 2.070 0.007 － － － －
Com_6517_neg 短叶松素 － － － － 1.494 2E-04 － － － －
Com_2741_neg 芹菜素 － － － － 1.192 0.002 － － － －
Com_3581_pos 芽子碱甲酯 － － － － 1.097 0.027 － － － －
Com_4121_neg 柚皮素 － － － － 1.036 0.006 － － － －
Com_15315_pos 绿原酸 － － － － -1.039 0.007 － － － －
Com_1276_pos 茉莉酸甲酯 0.582 0.014 － － -1.932 1E-04 － － － －
Com_1009_neg 丙酮酸 -0.269 0.039 -0.846 0.001 － － － － － －
Com_916_neg 延胡索酸 -0.673 0.043 -1.309 0.001 － － － － － －
Com_3882_neg 松柏苷 － － － － － － 1.579 0.006 － －
Com_19926_pos 异甘草素 － － － － － － 0.985 0.011 － －
Com_8297_neg 胆红素 0.770 0.045 － － -1.446 0.026 -0.987 0.001 － －
Com_1848_pos 东莨菪碱 2.510 3.0E-07 － － -1.482 2.2E-05 -1.597 0.001 － －
Com_335_pos 胡椒酸 -1.979 6.5E-05 － － － － － － 2.416 0.019
Com_3212_neg 左旋多巴 － － － － － － － － 1.966 1.6E-06
Com_1857_neg 香草醛 -0.693 0.041 -1.144 4E-04 － － － － 1.797 0.011
Com_5587_neg 姜黄素 1.865 0.001 -1.851 0.003 -2.213 0.001 -2.728 3E-05 -3.065 7E-06
Com_4159_pos 脱镁叶绿酸A － － － － － － 1.478 0.003 3.682 6E-07
Com_6775_pos L-高丝氨酸 － － 3.784 2.3E-06 3.536 3.6E-09 2.697 1.1E-04 3.867 2.7E-06
Com_2002_pos 2-氨基乙基膦酸酯 － － 1.411 0.009 1.048 0.037 2.115 1.0E-04 2.638 5.4E-05
Com_921_pos N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶 -1.370 8.9E-05 － － 1.528 1.0E-04 － － 3.149 8.0E-04
Com_18818_pos 3-琥珀酰吡啶 － － － － 1.191 5.0E-04 0.854 1.2E-04 1.484 1.0E-06
Com_1132_pos 4-胍基丁酸 － － － － － － － － 3.180 0.009
Com_205_neg 棕榈酸 － － － － － － 0.913 0.007 － －
Com_15501_pos 延胡索碱 － － 1.435 3.0E-04 － － － － － －
Com_5038_neg 尿黑酸 － － 1.175 0.001 － － － － － －
Com_2413_neg D-葡萄糖二酸 -1.317 8.5E-05 － － 1.350 9.6 E-05 － － － －
Com_5408_pos 泛酰巯基乙胺 － － -0.849 0.018 － － -1.087 0.001 -1.491 1.2E-06
Com_4244_pos 紫草素 -1.144 4.0E-04 － － － － － － － －
Com_7034_pos 白藜芦醇 -1.087 7.5E-05 － － － － － － － －
Com_8890_pos 胆绿素 -1.041 0.011 － － － － － － － －
Com_4560_neg 紫丁香苷 － － － － － － － － － －
Com_12390_pos 牛磺胆酸 － － － － － － － － － －
Com_4167_pos 血根碱 － － － － － － － － － －
Com_3430_pos 依美汀 － － － － － － － － － －

图10

复合盐碱胁迫下6个基因qRT-PCR检测结果

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