High temperature during anthesis affects the salinity tolerance of quinoa under field conditions

在中东和中亚的干旱景观中，由于土壤往往盐碱化且空气干燥，农民面临着一个艰难的选择：是种植食物，还是任由土地荒芜。几十年来，世界一直依赖于小麦和水稻等少数几种主粮来养活人口，但这些植物在土壤盐分过高或空气过热时非常脆弱。随着气候变化和气温上升，寻找一种具有韧性的替代方案的研究转向了来自安第斯山脉的一种谦逊种子：藜麦。这种植物不仅是蛋白质和营养素的来源，它更是一个生存者。它能在其他作物无法生存的恶劣条件下茁碌生长，能够耐受足以杀死一片小麦田的盐碱土壤。科学家们早已知道藜麦可以耐盐，但他们一直难以准确预测在现实世界中，特别是在天气恶化时，它究竟能承受多少盐分。问题不再仅仅是藜麦能否在盐碱地生长，而是它能否在盐分与极端高温的双重打击下生存——这种组合在最需要这种作物的地区正变得日益普遍。

为了回答这个问题，伊朗的研究人员在连续两年的时间里，在真实的地条件下测试了五种不同的藜麦品种。他们将种子种在中央高原的一种砂质壤土中，该地区以其挑战性的气候而闻名。团队创造了一个受控环境，可以操纵用于灌溉的水的盐度，测试范围从淡水到与海水一样咸的水。他们通过两个完整的季节（2017年和2018年）培育这些植物，以观察作物的表现。第一年相对温和，但第二年带来了一个意外：在植物开花和籽粒充实的最关键时期，出现了一段剧烈的热浪。这种自然变化让科学家能够比较同一批植物在正常年份与严酷热浪年份对盐分的反应。

结果清晰地描绘出了这种植物的极限。在较凉爽的2017年，藜麦表现良好，即使在适度盐碱的土壤中也能产出健康的收成。植物长得很高，种子很重，产量显著。然而，故事在2018年发生了戏剧性的变化。当高温在开花阶段袭来时，植物产生种子的能力崩溃了。平均每平方米的种子产量从第一年的近400克骤降至第二年的不到76克。高温不仅减少了谷物的量，还改变了植物的优先级。植物不再致力于制造种子，而是专注于生长叶片和茎秆，导致产生了大量的秸秆，但收获极少。形成的种子也变得更小、更轻，且植物对土壤中的盐分变得敏感得多。

研究人员发现，热应激从根本上改变了藜麦处理盐分的方式。在较凉爽的一年，植物可以耐受高水平的盐分，某些品种甚至在土壤相当咸的情况下仍能产出良好的产量。但当热浪来袭时，植物的耐受动态发生了转变。产量开始下降的阈值在热应激下表现出不一的结果：对于像Sadoq这样的基因型，阈值增加了；而对于像NSRCQE这样的基因型，阈值则降低了。然而，产量下降的斜率在整体上变得陡峭得多：在热浪年份，每增加一个单位的盐分，产量下降的速度都比凉爽年份快得多。本质上，虽然不同品种的起始压力点有所不同，但一旦达到那个点，盐分造成的破坏就变得更加严重，使得植物整体上更加脆弱。研究表明，当盐分与热应激结合时，尤其是处于开花和籽粒充实期时，藜麦对盐分的敏感性显著增加。

实验还强调了并非所有的藜ме品种都是平等的。一些品系，如名为Sadoq的品种，在两年的表现中都显示出较高的产种能力，尽管即便这种具有韧性的品种在热浪年份也经历了产量的巨幅下降。其他品种则表现得不够稳定，有些年份表现良好，有些年份则表现糟糕。研究人员观察到，植物产生大粒种子的能力在热浪面前尤其脆弱，热浪年份的大粒种子比例下降了近四分之一。这种不一致性表明，仅仅在盐碱地区种植藜麦并不是一个保证成功的方案。种植的时机和种子的特定遗传构成，与土壤条件同样重要。

这些发现为气候变暖世界中的农业提供了一个深刻的教训。虽然藜麦仍然是盐碱地中一种很有前景的作物，但它的成功并非绝对。它不是一个可以无视天气的“万灵药”。研究证明，开花阶段的高温会干扰植物的繁殖过程，导致其弃掉种子或产生微小、轻飘的种子。这种干扰发生是因为高温干扰了授粉过程，而授粉过程依赖于特定的温度范围。当空气过热时，植物将阳光和营养转化为谷粒的能力就会受到损害，此时土壤中的盐分也会变成一个更具破坏性的因素。研究人员得出结论，要使藜麦成为这些恶劣环境中可靠的食物来源，农民和育种者必须专注于筛选对开花期热应激不那么敏感的品种，并必须调整种植日期以避开一年中最热的时段。否则，藜麦作为一种气候韧性作物的潜力，在那些最需要它的地区可能依然无法实现。