在盐渍条件下，经过基因编辑的高油大豆品系的耐盐性及油质稳定性

《Field Crops Research》：Salt tolerance and oil quality stability of gene-edited high-oleic soybean lines under saline conditions

基因编辑高油酸大豆的耐盐性及油质稳定性研究通过种子发芽、水培苗和两年田间试验评估，发现不同基因型耐盐性差异显著，其中AEA1表现最佳，AFA2最敏感。油酸含量在盐胁迫下保持稳定，但产量受基因型影响，需进一步多环境验证。

　　

姚瑶蒙|南鑫|李亚楠|张一敏|周佩瑶|贾海宇|熊思杰|栾Hexiang|赵龙刚|吴光霞

青岛农业大学农学院，中国青岛266109

摘要

背景

土壤盐碱化严重限制了大豆的生产，威胁到了产量和油质。通过基因编辑技术培育的高油酸大豆品系改善了油脂组成；然而，其耐盐性以及这种性状在田间盐分条件下的稳定性仍不明确。

目的

本研究旨在评估高油酸大豆品系在早期发育阶段的耐盐性，并考察其在田间盐分条件下油脂含量和脂肪酸组成的稳定性。

方法

通过种子发芽试验、水培苗实验以及为期两年的田间试验（涵盖四种不同的土壤盐分水平），对五个基因编辑的高油酸大豆品系进行了评价。系统分析了关键的生长、生理、产量和油质性状。

结果

盐胁迫显著抑制了种子发芽、幼苗生长、生物量积累、根系发育和光合作用性能，且不同基因型之间存在显著差异。在所测试的品系中，AEA1表现出优异的耐盐性，而AFA2则最不耐盐。在低盐条件下，产量响应存在基因型依赖性，部分品系的产量相对稳定。连续两个季节的田间试验表明，所有基因型（包括不耐盐的品系）的高油酸比例在盐分梯度及年份变化中均保持稳定，这表明基因编辑的高油酸性状在盐碱条件下具有较强的稳定性。

结论

基因编辑的高油酸大豆品系能够在田间盐分条件下保持稳定的油质，但其耐盐性因遗传背景而异。尽管油质稳定性较高，但在盐胁迫下的产量表现仍存在基因型依赖性，因此需要进一步的多环境评估。总体而言，这些发现为油质和耐盐性状的整合提供了依据，支持其在盐碱农业生态系统中的应用。

引言

大豆（Glycine max L.）是全球最重要的油料作物之一，为食品、饲料和工业应用提供了大量的植物油（Rahman等人，2023年）。传统大豆油主要由棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸五种脂肪酸组成（Clemente和Cahoon，2009年；Bilyeu等人，2018年）。油酸通常仅占总油含量的20–25%，而多不饱和脂肪酸（PUFAs），主要是亚油酸和亚麻酸，占油分的半以上（Fehr，2007年）。然而，高含量的PUFAs会导致氧化稳定性差，从而促进油脂变质，降低煎炸稳定性并缩短保质期，这限制了大豆油在高温加工和长期储存中的适用性。高油酸大豆结合了更高的营养价值以及更好的氧化和热稳定性（Dhakal等人，2014年），因此提高油酸含量和降低PUFA水平是大豆油品质改良和育种计划的核心目标（Warner和Fehr，2008年）。

传统的高油酸大豆品系最初是通过突变育种来开发的，目标是改变脂肪酸的不饱和程度。最近基因编辑技术的进步使得通过靶向修改脂肪酸去饱和酶基因（尤其是FAD2家族成员）能够快速培育出高油酸大豆品系（Demorest等人，2016年）。这些基因编辑的大豆品系可以积累超过70–80%的油酸，同时显著降低PUFA含量（Rauf等人，2023年），从而大幅提高氧化稳定性和加工性能。高油酸大豆油已经实现商业化，并在营养和工业应用中受到越来越多的重视。尽管取得了这些进展，但基因编辑的高油酸大豆在盐胁迫条件下的农艺表现和油质稳定性仍不够明确（Tester和Langridge，2010年），这可能限制了其在盐碱环境中的大规模应用。

土壤盐碱化是全球限制大豆生产的主要非生物因素之一。目前全球受盐碱影响的土壤面积超过8亿公顷，其中中国约有1亿公顷的耕地受到盐碱化的影响（Qadir等人，2014年；Hassani等人，2021年）。盐胁迫对种子发芽、植株生长、光合作用效率、离子平衡以及最终产量形成产生不利影响（Munns和Tester，2008年；Shrivastava和Kumar，2015年；Xue等人，2022年）。除了对生长和产量的影响外，盐分还可能干扰脂质代谢和脂肪酸生物合成，从而改变种子油的组成。先前的研究报道了盐胁迫对油料作物脂肪酸组成的基因型依赖性效应（Hadi等人，2012年）。然而，目前尚不清楚通过基因编辑引入的高油酸性状是否能在盐碱条件下稳定维持，因为其油质优势尚未得到系统评估，这限制了基因编辑高油酸大豆在盐碱地区的应用。

本研究系统评估了五个基因编辑的高油酸大豆品系在多个发育阶段对盐胁迫的响应，包括种子发芽、幼苗生长以及两年间的田间表现。通过综合分析生长性状、生理和光合作用响应、根系结构、离子积累和种子油质，本研究旨在筛选出耐盐的基因编辑高油酸大豆品系，并评估其在盐碱条件下的性状稳定性。研究结果为协调提高耐盐性和油质提供了实验证据，支持在高盐农业系统中应用高油酸大豆。

材料与方法

本研究使用了五个基因编辑的高油酸大豆品系（AFA1、AFA2、AEA1、WOA1和ROA1）。这些品系源自先前通过CRISPR/Cas编辑的基因材料，针对FAD2–1A和FAD2–1B位点进行编辑。AFA1和AFA2具有相同的遗传背景，但属于不同的编辑事件，而其他品系则来自不同的遗传背景。广泛种植的传统大豆品种齐黄34（QH34）作为对照（CK）用于田间试验。

盐胁迫对种子发芽的影响

盐胁迫显著抑制了所有五个基因编辑的高油酸大豆品系的种子发芽，表现为随着NaCl浓度的增加，根长逐渐缩短（图1A、B）。在对照条件下（0 mM NaCl），不同基因型的根长存在显著差异，WOA1和ROA1的根长相对较长。随着盐浓度的增加，所有品系的根长均显著受到抑制（图1B）。在60 mM NaCl条件下，AEA1、WOA1和ROA1的根长...

早期盐胁迫反应显示基因编辑高油酸大豆品系间的明显基因型差异

大豆的耐盐性主要在早期发育阶段决定，此时发芽成功和幼苗活力决定了其在盐碱条件下的后续生长（Munns和Tester，2008年；Rasheed等人，2022年）。尽管这五个大豆品系都具有基因编辑的高油酸性状，但它们来自不同的遗传背景，因此代表不同的基因型。例如AEA1和ROA1在逐渐增加的盐分条件下仍能保持相对稳定的生长...

结论

本研究通过整合早期生理性状和两年间的田间表现，全面评估了基因编辑高油酸大豆对盐胁迫的响应。在五个高油酸品系中观察到显著的耐盐性基因型差异，AEA1在多个发育和生理维度上表现出一致的优异耐盐性，包括发芽、幼苗生长、光合作用稳定性和根系...

作者贡献声明

李亚楠：方法学、研究。南鑫：撰写初稿、研究、数据分析、数据管理。姚瑶蒙：撰写初稿、研究、数据分析、数据管理。吴光霞：撰写与编辑、监督、资金获取、概念构思。赵龙刚：撰写与编辑、监督、概念构思。栾Hexiang：研究。熊思杰：研究。贾海宇：方法学、研究。周佩瑶：资源支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了山东省重点研发计划（科技创新项目；项目编号：2023SFGC0301）、青岛农业大学研究生创新计划（项目编号：QNYCX25038）、国家自然科学基金（项目编号：32301895）、山东省种子产业化发展计划（项目编号：2024LZGC010和2024LZGC030）以及山东省大豆产业技术体系（SDAIT-28）的支持。