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土壤盐分是影响产量的重要因素,但土壤中盐分分布并不均匀,土壤盐分分布不均匀性对高粱生长的影响鲜有研究。本试验利用分根方法将高粱根系均匀分成两部分,并用不同浓度NaCl溶液处理,分别形成无盐对照、盐分差异分布处理和盐分均匀分布处理,研究分根盐处理条件下高粱生长发育、生理响应和短期内转录组表达水平的变化,揭示根际盐分差异分布缓解盐胁迫对高粱生长发育影响的生理和分子机制。主要结果如下:1.与盐分均匀分布处理相比,盐分差异分布处理高粱幼苗鲜重和干物质重量都显著增加,盐分差异分布处理高粱幼苗的鲜重和干重都取决于根重加权盐分浓度平均值。盐分差异分布处理幼苗无盐或低盐一侧的根系长度、根系体积、根系表面积、根尖数和分支数显著高于有盐或高盐胁迫一侧的根系,整株根系形态得到改善,根系鲜重和干重都显著高于有盐或高盐一侧,从而促进盐分差异分布处理各个生育时期的鲜重、干重、株高和茎粗显著增高。另外,盐分差异分布处理的叶面积显著增加,由此可见,盐分差异分布处理缓解了盐胁迫对高粱生长发育的影响。2.盐处理对高粱叶片的SPAD值,光合性状参数Pn、Gs、Tr和荧光参数ΦPSⅡ、Fv/Fm、ETR都有显著影响,但盐分差异分布处理条件下植株光合能力得到显著改善,主要体现在不同生育时期的叶片SPAD值、光合参数和荧光参数的提高,部分性状差异达到显著水平,光合产物显著增加,减小了盐胁迫对高粱产量和品质性状的影响。3.盐分差异分布处理叶片Na~+浓度和Na~+/K~+比盐分均匀分布处理显著下降,K~+浓度显著上升;无盐或低盐一侧根系Na~+浓度和Na~+/K~+低于有盐或高盐一侧,K~+浓度高于有盐或高盐一侧根系。盐分差异分布处理地上部分的Na~+积累量显著小于盐分均匀分布处理,K~+积累量显著大于盐分均匀分布处理。无盐或低盐一侧根系Na~+积累量显著高于盐分均匀分布处理,但通过积累了更多的钾离子,减少了积累量Na~+/K~+;盐分差异分布处理的Na~+积累量根冠比高于盐分均匀分布处理,说明盐分差异分布处理Na~+在根部积累显著高于地上部,减缓盐胁迫对地上部的危害。无盐或低盐一侧根系通过积累大量的Na~+促进根系对水分的吸收,无盐或低盐一侧根系进行补偿性的吸收水分和增长,从而促进对营养成分的大量吸收,有效缓解了盐胁迫对高粱生长发育的影响。4.盐分差异分布处理各生育时期的叶片MDA含量增加幅度较小,SOD、APX、POD、CAT和GPX活性,ASA和GSH含量,以及PRO和SS含量增加幅度大于盐分均匀分布处理,但不同的抗氧化酶和抗氧化物质在不同生育时期增加幅度不同。5.转录组研究结果表明,分根盐处理条件下RNA-Seq在叶片和根系中分别鉴定出2608个和1305个差异表达基因(DEG),在盐分均匀分布处理(根系两侧用100 mM NaCl溶液处理)叶片中的差异表达基因数量显著高于盐分差异分布处理(根系一侧用无NaCl溶液处理,另一侧用200 mM NaCl溶液处理),而盐分差异分布处理高盐一侧根系差异表达基因数量最多,显著高于盐分均匀分布处理和盐分差异分布处理无盐一侧。参与光合作用、叶片中Na~+区隔化、植物激素代谢、抗氧化酶和相应盐害的转录因子(TF)等基因的表达水平在盐分差异分布状态下均有所上调,大部分编码水通道蛋白和必需矿质元素转运蛋白的基因表达在盐分差异分布处理的无盐一侧根系得到强化。