如何在盐碱世界中生存:环境条件驱动植物的耐盐性
植物学年鉴

如何在盐碱世界中生存:环境条件驱动植物的耐盐性

植物已经多次进化出在盐碱土壤中发芽的能力,这是趋同进化的一个例子。

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大多数人会将全球气候变化与气温升高联系起来,例如今年夏天欧洲的热浪,但这并非全部真相。土壤盐碱化也在加剧——这会影响全球的种子发芽率。 

“气候变化与生物多样性保护和农业生产之间日益令人担忧的问题之一是,全球许多地区的土壤盐碱化加剧,其原因包括海水入侵、地下水位上升和不可持续的水资源再利用方式,”马莱基及其同事在报告中写道。 纸 发表于 Annals of Botany.

马齿苋,一种耐盐植物,生长在中途岛环礁的布尔基垃圾场沙岛上。 森林与金·斯塔尔 / 维基共享资源 / CC BY 3.0的

这些盐碱地,例如沙漠、沿海沼泽和红树林,通常同时具有高温和高盐的特性,这会加剧盐分对种子萌发的影响。这些选择压力促使植物进化出多种应对策略,使这些地区的植物物种具备不同程度的耐盐性。

在论文中,马莱基及其同事旨在更好地了解植物如何在这些严酷的环境条件下调整种子以成功萌发。科学家们利用现有文献,收集了来自世界各地70个科327个物种的种子在盐度梯度上的萌发数据。他们提取了种子质量、形状、种皮、厚度、宽度和胚胎大小等数据(如有),以确定这些性状是否与萌发率相关。他们还收集了植物类型(乔木、灌木或草本;一年生或多年生)的数据,并为每种植物分配了相应的生物群落栖息地。随后,他们分析了数据趋势,以寻找其与进化历史(系统发育)或生长环境(生态位)的关联。

研究中物种的全球分布情况。每个点代表基于地理参考记录的物种出现情况。这些点表示相应物种的采样地点。
图1来自 Maleki等人2025 图示为“研究中包含的物种的全球分布情况。每个点代表基于地理参考记录的物种出现情况。这些点指的是相应物种的采样地点。”

根据他们的数据,Maleki 及其同事确定了三种不同的发芽类型:“超敏感”物种,其耐盐性有限,随着盐度的增加会失去发芽能力;“耐盐”物种,可以在各种高盐环境中发芽;以及“具有替代反应”的耐盐物种,能够在盐度水平波动的环境中发芽。

科学家们在研究进化史的影响时发现,耐盐性在植物科内多次独立进化,这代表了一种趋同进化的案例。他们指出,其他研究人员也发现,耐盐性在许多谱系中独立进化,而且进化时间相对较近。

“这种模式的一个原因可能是适应性分化,即物种适应在其分布范围内差异显著的局部条件,”马莱基及其同事认为。

红树林 (根瘤菌这种生长在美国佛罗里达州的植物,其生长环境中的盐度会不断波动。iNaturalist / 道格拉斯·戈德曼 / CC BY-SA 4.0

然而,这些数据并不支持其他已有的研究结果。根据马莱基及其同事的研究,生长在盐碱土壤中的植物通常种子较大,因此文献中普遍认为,大种子在这些环境中具有某种萌发优势。但是,他们的研究数据却显示相反的结果:种子较大的植物在萌发时耐盐性反而较低。

此外,研究人员并未发现植物耐盐性与寿命(一年生或多年生)之间存在相关性。至于生长形态(例如乔木、灌木、草本)和生境,他们发现耐盐性存在复杂的变异,而进化历史(系统发育)的影响有限,这表明耐盐性很可能是“在应对局部环境压力下多次进化而来”。

盐碱耐受性是一种“易变”的适应性状,能够根据环境变化而进化,这一观点令人鼓舞。它表明,因气候变化而暴露于更高土壤盐度的植物物种或许能够响应并适应这种环境压力。


阅读文章: Maleki, K.、Vandelook, F.、Maleki, K. 和 索尔塔尼,E.(2025)生态位和种子质量在种子萌发耐盐性的宏观进化中的作用。 Annals of Botany,137(2),第 499-516 页。可访问: https://doi.org/10.1093/aob/mcaf199.

阅读更多: 德奥坎波,M., 谭,B.埃格丹,J. 切博塔罗夫,D., 土井,K., 山内, A., 伊斯梅尔,A., 亨利,A.和 三也,S.(2024)叶片 Na+ 效应和多性状 GWAS 表明,盐排除是水稻生殖期耐盐性的关键机制。 Annals of Botany,135(5),第 949-962 页。可访问: https://doi.org/10.1093/aob/mcae227.

刘X., 埃尔曾加,J., 维内马,J.和 蒂格,K.(2024)在盐碱化的未来中蓬勃发展:苜蓿对盐胁迫的形态解剖、生理和分子适应(紫花苜蓿 L.)和其他作物。 Annals of Botany,134(7),第 1113-1130 页。可访问: https://doi.org/10.1093/aob/mcae152.


封面照片: 滨藜一种耐盐物种,生长于英国诺森伯兰海岸(图片来自 iNaturalist)。 麦克米兰蒂格拉赫 / CC BY-NC 4.0

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作者

Sarah Covshoff

莎拉是一位植物分子生物学家,她热衷于向普通大众和专家普及自然界的科学知识。她曾从事C4光合作用的博士后研究,现在专注于科学传播。

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