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解析大豆耐淹机制，助力抗涝品种培育

发布时间：

2025-04-10

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大豆（Glycine max）是全球最重要的豆类作物之一，其产量和质量受到多种因素的影响，其中淹水胁迫是一个重大挑战。在中国，黄河流域和长江流域等地区经常遭受季节性淹水，严重影响大豆生长。因此，培育耐淹大豆品种对于保障粮食安全和提高产量至关重要。

研究人员选取了两种大豆品种：耐淹的Nanxiadou 38（ND38）和淹水敏感的Nanxiadou 45（ND45）。他们将健康的幼苗置于淹水处理中，水位始终保持在土壤表面以上5厘米处，以模拟淹水环境。同时，设置了正常灌溉的对照组。实验持续10天后，对植株进行了一系列生理和分子水平的分析。

图1 淹水胁迫对两种大豆生长的影响

关键发现

1.生长表现：淹水处理后，两种大豆品种的植株均表现出显著矮化，根长明显缩短。ND38的地下部分干重显著下降，而地上部分干重在两种品种间均无显著差异。

2.光合作用受损：淹水后，两种品种的总叶绿素含量显著下降，尤其是叶绿素b，表明光合作用受损。通过光合表型成像测量（TraitDiscover平台，慧诺瑞德公司），研究人员发现淹水处理后两种品种的叶绿素指数（ChlIdx）和光系统II效率（Fv/Fm）均显著降低，花青素反射指数（AriIdx）也几乎减半，进一步证实了光合作用能力的下降。

3.氧化应激反应：淹水后，丙二醛（MDA）水平显著上升，尤其在ND45中更为明显，表明氧化应激加剧。而超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）的活性在两种品种间均无显著差异，说明这两种抗氧化酶在淹水胁迫下未能有效缓解氧化损伤。

4.基因表达变化：研究人员分析了与甲基化和去甲基化相关的基因（MET1和DME），发现它们在大豆响应淹水胁迫中发挥关键作用。此外，血红蛋白家族（GLBs）、水通道蛋白家族（AQPs）、糖酵解途径相关基因以及NAC转录因子相关基因的表达分析显示，GLB1-1、GLB1-2、GLB2-2、PIP2-6、PIP2-7、TIP2-2、TIP4-1、TIP5-1、Gm02G222400（果糖-1,6-二磷酸醛缩酶）、Gm19G017200（葡萄糖-6-磷酸异构酶）和Gm04G213900（乙醇脱氢酶1）等基因是两种大豆品种耐淹的关键贡献者。

图2 光合表型参数的变化

在本研究中，TraitDiscover平台的光合表型成像测量发挥了重要作用。它通过多光谱表型分析技术，能够基于特定的吸收、反射和发射光谱可视化各种生理特征。研究人员利用该平台获取了大豆叶片的叶绿素荧光图像，精确测量了ChlIdx、Fv/Fm和AriIdx等指标，从而直观地反映了淹水对大豆光合作用和抗氧化能力的影响。这些数据为揭示大豆耐淹机制提供了重要的生理学依据。

这项研究不仅揭示了大豆在淹水胁迫下的生理和分子响应机制，还为未来分子育种策略提供了关键线索。通过深入了解这些机制，科学家们可以更有针对性地培育耐淹大豆品种，以应对日益频繁的极端天气事件和水淹灾害，从而保障大豆产量和质量，为全球粮食安全做出贡献。

来源

Yu et al, Comparative Analysis of Two Soybean Cultivars Revealed Tolerance Mechanisms Underlying Soybean Adaptation to Flooding. Curr. Issues Mol. Biol. 2024, 46, 12442–12456. https://doi.org/10.3390/ cimb46110739

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