很多人會遇到一個(gè)困惑在實(shí)驗(yàn)室苗期處理下篩選出的高抗逆材料一到大田環(huán)境不僅穩(wěn)產(chǎn)能力不足甚至反而減產(chǎn)這是為什么呢其中背后原因一部分在于實(shí)驗(yàn)室大多只模擬單一脅迫但真實(shí)農(nóng)田環(huán)境中往往伴隨著多重復(fù)合脅迫combined/multiple abiotic stress這里復(fù)合脅迫不等于兩個(gè)單一脅迫簡單相加是非線性互作屬于全新的環(huán)境信號植物感知、轉(zhuǎn)錄、代謝響應(yīng)都和單獨(dú)脅迫不一樣不能簡單用單一脅迫結(jié)果預(yù)測復(fù)合脅迫表型植物受到這些更多更深層次的逆境脅迫傷害后防御機(jī)制減弱最終影響作物產(chǎn)量。1、文章中常見的復(fù)合脅迫哪些?2、不同的復(fù)合脅迫一般怎么設(shè)置答a同步復(fù)合脅迫兩種脅迫同時(shí)施加大田真實(shí)場景最常用干旱高溫、高溫強(qiáng)光、鹽堿重金屬大多采用同步處理。要點(diǎn)脅迫起始時(shí)間一致處理時(shí)長保持統(tǒng)一。b順序復(fù)合脅迫先后施加脅迫模擬田間時(shí)序逆境例干旱一段時(shí)間再疊加病原菌侵染先鹽堿預(yù)處理再接種真菌病害生物非生物復(fù)合脅迫常用要點(diǎn)要固定間隔時(shí)間不能隨意錯(cuò)開需增加單獨(dú)病原菌/病害對照組。3、是不是只要兩種脅迫一起施加就叫復(fù)合脅迫答兩個(gè)脅迫因子獨(dú)立存在各自對植物產(chǎn)生影響并且二者之間存在互作協(xié)同/疊加/拮抗植物的整體響應(yīng)不等于單一脅迫響應(yīng)簡單拼接。例干旱高溫同步處理先干旱一段時(shí)間再接病原菌。4、不屬于復(fù)合脅迫的幾種情況?答a.脅迫因子屬于同一類傷害只是強(qiáng)度疊加比如輕度干旱重度干旱本質(zhì)還是干旱脅迫只是脅迫程度變強(qiáng)。只有一個(gè)逆境類型不存在兩種不同脅迫間的互作不算復(fù)合脅迫。b. 其中一個(gè)脅迫幾乎不產(chǎn)生傷害效應(yīng)例如正常供水條件極微弱高溫這個(gè)高溫處理本身不會對植物造成任何生理損傷。相當(dāng)于只存在單一干旱脅迫第二個(gè)因子無效不構(gòu)成復(fù)合脅迫。c. 兩種脅迫互不干擾作用點(diǎn)完全隔離無生物學(xué)互作理論上的極端情況一個(gè)脅迫只傷害地下根系另一個(gè)脅迫只傷害地上葉片二者信號通路完全獨(dú)立、互不影響。這種一般也不視作復(fù)合脅迫研究模型。5、根和地上部分哪個(gè)對復(fù)合脅迫更敏感答根系是最先感知土壤脅迫鹽、干旱、澇但地上光合系統(tǒng)決定最終產(chǎn)量不同組合不一樣。6、模式植物擬南芥的復(fù)合脅迫結(jié)論能不能直接搬到水稻、玉米等作物上答基礎(chǔ)信號框架可以遷移例如ROS 信號、ABA 主導(dǎo)的滲透脅迫通路、WRKY/NAC/MYB 這類轉(zhuǎn)錄因子參與脅迫應(yīng)答激素交叉對話邏輯在陸生植物里是相對保守的。文獻(xiàn)常規(guī)做法擬南芥篩候選基因→再到水稻/玉米等其他作物做功能驗(yàn)證過表達(dá)/敲除確認(rèn)復(fù)合脅迫下功能才具備育種價(jià)值。7、轉(zhuǎn)錄組代謝組研究復(fù)合脅迫能挖到什么局限性是什么答1轉(zhuǎn)錄層面轉(zhuǎn)錄組找到復(fù)合脅迫特異差異基因只在 AB 處理才上調(diào)/下調(diào)單獨(dú) A、單獨(dú) B 脅迫沒有變化。這類基因是復(fù)合脅迫的核心候選也是高分文章最喜歡的靶點(diǎn)。富集通路激素信號通路、ROS 清除、光合作用、細(xì)胞壁合成、滲透物質(zhì)合成通路在復(fù)合脅迫下怎么變化。轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)哪些 TF 是復(fù)合脅迫響應(yīng)的核心調(diào)控下游一大群基因。2代謝層面代謝組鑒定差異代謝物脯氨酸、可溶性糖、類黃酮、生物堿等看復(fù)合脅迫下滲透調(diào)節(jié)、抗氧化代謝怎么改變。把基因和代謝物關(guān)聯(lián)起來找到“基因→酶→代謝產(chǎn)物”鏈條解釋表型。分組對比區(qū)分復(fù)合脅迫效應(yīng), 挖掘?yàn)槭裁磧煞N脅迫疊加會出現(xiàn) “雪上加霜”或者“互相緩解”。經(jīng)典的例如高溫常疊加干旱早春低溫往往伴隨土壤低磷。所以多重逆境并非兩種脅迫簡單相加而是會觸發(fā)獨(dú)特的交叉調(diào)控機(jī)制迫使植物在防御與生長之間做出取舍。今天我們就一起來聊聊今年最新發(fā)表文章中的多重復(fù)合脅迫是如何研究應(yīng)用的。案例一小麥干旱鐮刀菌冠腐病 FCR非生物-生物脅迫2026年5月2日中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院徐兆師團(tuán)隊(duì)在Nature Communications發(fā)表了題為“TaMPK3 mediates synergistic damage from Fusarium crown rot and drought in wheat”的文章IF18.1。主要現(xiàn)象小麥干旱與鐮刀菌冠腐病構(gòu)成生物?非生物同時(shí)復(fù)合脅迫二者存在雙向協(xié)同傷害干旱加重病害病菌侵染又加劇干旱損傷。研究機(jī)制表型確認(rèn)協(xié)同致害現(xiàn)象→轉(zhuǎn)錄組篩選核心差異基因TaMPK3→構(gòu)建過表達(dá) OE、基因敲除KO小麥株系做遺傳功能驗(yàn)證→下游轉(zhuǎn)錄因子、甾醇合成通路解析→解析TaMPK3兩條獨(dú)立分支通路抗病通路/ABA 抗旱通路→復(fù)合脅迫雙重表型驗(yàn)證 KO 株系消除協(xié)同傷害→提出完整分子模型。作者先通過表型實(shí)驗(yàn)確認(rèn)干旱?冠腐病存在雙向協(xié)同傷害4組處理對照CK、單干旱、單冠腐病、復(fù)合脅迫干旱與病原菌同時(shí)施加轉(zhuǎn)錄組結(jié)果發(fā)現(xiàn)病菌侵染上調(diào)的大量抗病基因在干旱條件被顯著抑制MAPK 通路高度富集aMPK3表現(xiàn)出截然相反的表達(dá)模式病菌侵染上調(diào)干旱顯著抑制鎖定候選核心基因即TaMPK3 可能是兩種脅迫的交匯節(jié)點(diǎn)圖1。圖1干旱對FCR癥狀及干旱脅迫和Fpg感染下的轉(zhuǎn)錄組分析的影響之后構(gòu)建轉(zhuǎn)基因材料鑒定 TaMPK3 在單脅迫下的功能發(fā)現(xiàn)TaMPK3 正向調(diào)控小麥冠腐病抗性TaMPK3 負(fù)向調(diào)控干旱耐受性提升抗病但降低抗旱能力接著通過一系列互作實(shí)驗(yàn)Y2H、BiFC、LCI、Pull?down、EMSA、Dual-LUC實(shí)驗(yàn)證明TaMPK3 蛋白磷酸化轉(zhuǎn)錄因子TaWRKY26共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析WGCNA初篩得到被磷酸化的TaWRKY26 直接結(jié)合甾醇合成基因簇的啟動子激活基因表達(dá)合成抑菌 ellarinacin甾醇衍生的特殊植保素實(shí)現(xiàn)冠腐病抗性圖2和圖3。圖2篩選和識別調(diào)控甾醇合成基因的轉(zhuǎn)錄因子圖3TaMPK3蛋白通過磷酸化TaWRKY26轉(zhuǎn)錄因子來調(diào)節(jié)固醇合成基因的表達(dá)緊接著作者通過干旱冠腐病復(fù)合脅迫處理并檢測相應(yīng)生理指標(biāo)發(fā)現(xiàn)在 KO 材料中復(fù)合脅迫的生長、氧化損傷MDA、CAT、Pro指標(biāo)與單脅迫差異不大直接證明TaMPK3 就是介導(dǎo)干旱?冠腐病生物?非生物復(fù)合脅迫協(xié)同傷害的核心樞紐基因。通過兩種通路的研究作者最終得出以下結(jié)論當(dāng)干旱和冠腐病同時(shí)發(fā)生復(fù)合脅迫病菌拉高 TaMPK3 會讓植株怕干旱干旱壓低TaMPK3又會讓植株更容易得病兩者互相放大對方的危害產(chǎn)生協(xié)同損傷敲除TaMPK3該權(quán)衡關(guān)系被打破協(xié)同傷害效應(yīng)消失。案例二紫花苜蓿鹽堿低溫非生物-非生物脅迫2026年5月3日哈爾濱師范大學(xué)郭長虹教授團(tuán)隊(duì)在Plant, Cell Environment發(fā)表了題為“ABA Accumulation Confers Cross‐Adaptation to Saline‐Alkali and Cold Stresses in Alfalfa”的文章IF6.9。主要現(xiàn)象鹽堿預(yù)處理可以“鍛煉”苜蓿顯著提升后續(xù)低溫抗性但鹽堿低溫同時(shí)施加傷害極大沒有保護(hù)效果。研究機(jī)制表型差異→三大生理系統(tǒng)變化氧化損傷、滲透調(diào)節(jié)、光合/葉綠體結(jié)構(gòu)→組學(xué)挖掘激素?代謝通路→樞紐基因MsNCED3→外源 ABA轉(zhuǎn)基因回補(bǔ)驗(yàn)證生理表型→完整生理?分子機(jī)制模型。在中高緯度地區(qū)鹽堿和寒冷的聯(lián)合脅迫會嚴(yán)重限制植物的生長。植物已經(jīng)進(jìn)化出交叉適應(yīng)機(jī)制即一種脅迫的暴露會增強(qiáng)對另一種脅迫的抗性。然而在苜蓿中驅(qū)動鹽堿和寒冷脅迫交叉適應(yīng)的具體機(jī)制仍有待闡明。文章從氧化損傷、滲透調(diào)節(jié)、光合系統(tǒng)與葉綠體超微結(jié)構(gòu)三大生理維度對比CK、單一低溫C、單一鹽堿SA、先后交叉SAC、同時(shí)復(fù)合CSA。在這項(xiàng)研究中作者進(jìn)行了整合的轉(zhuǎn)錄組和代謝組分析并結(jié)合功能驗(yàn)證來闡明這些機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)鹽堿預(yù)處理顯著增強(qiáng)了苜蓿對后續(xù)寒冷脅迫的耐性。與單獨(dú)寒冷脅迫相比交叉脅迫條件增加了滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和光合效率同時(shí)減輕了細(xì)胞氧化損傷圖1。圖1聯(lián)合脅迫對表型、生物量、光合熒光參數(shù)和葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響整合組學(xué)分析顯示交叉脅迫特異性激活了類黃酮生物合成、碳水化合物代謝以及脫落酸ABA生物合成和信號傳導(dǎo)途徑從而促進(jìn)了內(nèi)源ABA、類黃酮和碳水化合物的積累圖2-3。圖2差異代謝物的K均值聚類分析代謝物層面圖3與植物激素生物合成通路相關(guān)的基因表達(dá)水平以及參與ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的蛋白質(zhì)編碼基因表達(dá)的可視化加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析確定了MsNCED3為關(guān)鍵樞紐基因。外源ABA能夠改善光保護(hù)和糖分積累并增強(qiáng)寒冷耐受性。苜蓿中MsNCED3的過表達(dá)驗(yàn)證了其在交叉適應(yīng)中的關(guān)鍵作用通過提高ABA水平并減輕氧化損傷。最終發(fā)現(xiàn)MsNCED3介導(dǎo)的ABA積累以及增強(qiáng)的抗氧化和滲透調(diào)節(jié)能力是苜蓿對鹽堿和寒冷脅迫交叉適應(yīng)的關(guān)鍵機(jī)制圖4。圖4冷應(yīng)激對MsNCED3‐OE紫花苜蓿的表型、生理、光合熒光參數(shù)、NCED酶活性和ABA含量的影響案例三苜蓿鹽熱脅迫非生物-非生物脅迫2026年6月24日石河子大學(xué)馬春暉教授團(tuán)隊(duì)在Journal of Agricultural and Food Chemistry發(fā)表了題為“Integrated Physiological, Transcriptomic, and Metabolomic Analyses Reveal the Mechanism Underlying the Response of Alfalfa to Combined Salt and Heat Stress”文章IF6.7。主要現(xiàn)象鹽?熱同時(shí)復(fù)合脅迫產(chǎn)生協(xié)同傷害傷害程度大于單鹽、單高溫研究機(jī)制鹽?熱同時(shí)復(fù)合脅迫對苜蓿造成雙重打擊鹽脅迫帶來離子毒害、滲透脅迫高溫主要破壞葉綠體與膜系統(tǒng)。植物啟動多層次防御系統(tǒng)調(diào)動黃酮生物合成、亞油酸LOX 脂氧合代謝、氨基酸?脯氨酸合成三條核心通路通過抗氧化、細(xì)胞膜脂質(zhì)重塑、滲透調(diào)節(jié)來對抗脅迫損傷。作者通過設(shè)置不同的脅迫類型來模擬野外夏季鹽堿地土壤鹽漬化同時(shí)遭遇熱浪的真實(shí)場景分別為CT對照SS單鹽脅迫HS單高溫脅迫CSH鹽?熱同時(shí)復(fù)合脅迫。通過檢測相應(yīng)的表型指標(biāo)如株高、生長速率、分枝數(shù)、莖粗、地上鮮重、地上干重等觀察復(fù)合脅迫對苜蓿的宏觀傷害進(jìn)一步觀察其光合、氣孔、葉綠體亞細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)特征解析細(xì)胞器層面損傷結(jié)果發(fā)現(xiàn)復(fù)合脅迫存在脅迫主導(dǎo)效應(yīng)——鹽主導(dǎo)生長與離子毒害高溫主導(dǎo)葉綠體細(xì)胞器損傷。轉(zhuǎn)錄組結(jié)果篩選出鹽?熱同時(shí)復(fù)合脅迫擁有大量自身特有差異基因轉(zhuǎn)錄重編程整體受高溫的影響更大篩選出一批關(guān)鍵通路與轉(zhuǎn)錄因子家族圖1。代謝組結(jié)果表明復(fù)合脅迫存在專屬代謝物變化代謝層面同樣表現(xiàn)出高溫主導(dǎo)特征鎖定了黃酮、亞油酸、氨基酸為關(guān)鍵代謝通路圖2。圖1單一和聯(lián)合脅迫下差異表達(dá)基因的特征分析圖2代謝組質(zhì)量控制和代謝物分析轉(zhuǎn)錄?代謝聯(lián)合結(jié)果發(fā)現(xiàn)明確鹽?熱同時(shí)復(fù)合脅迫響應(yīng)的三大核心通路黃酮合成、亞油酸代謝、脯氨酸合成找到了通路內(nèi)部關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基因和對應(yīng)的代謝產(chǎn)物。但還不知道哪些核心樞紐基因同時(shí)調(diào)控多條通路并且和植株生理損傷表型直接相關(guān)進(jìn)一步通過WGCNA 加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析定位到與鹽?熱復(fù)合脅迫生理損傷強(qiáng)關(guān)聯(lián)的red 紅色模塊挖掘出一批候選 hub 基因可作為苜蓿耐鹽?熱育種候選基因。參考文獻(xiàn)[1] Liu, L., M. Feng, J. Li, et al. 2026. “ ABA Accumulation Confers Cross-Adaptation to Saline-Alkali and Cold Stresses in Alfalfa.” Plant, Cell Environment 49: 6106–6123. https://doi.org/10.1111/pce.70603.[2] Lihe Su, Yongcheng Chen, Xudong Zhang, Yunfei Bai, Ying Chen, Chaorong Liu, Tianyu Hu, Xuzhe Wang, Fanfan Zhang, Rongzheng Huang, Chunhui Ma; Integrated Physiological, Transcriptomic, and Metabolomic Analyses Reveal the Mechanism Underlying the Response of Alfalfa to Combined Salt and Heat Stress. J. Agric. Food Chem. 12 August 2026; 74 (31): 24702–24716. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c17997.[3] Zheng, L., Yu, TF., Liu, Y. et al. TaMPK3 mediates synergistic damage from Fusarium crown rot and drought in wheat. Nat Commun 17, 7446 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-73123-y.