新疆生地所发文揭示极端生境植物适应策略对干旱区农业设计的启示

    在全球气候变化加剧、土壤荒漠化与次生盐渍化日益严重的背景下，超过一半的全球可耕地面临退化威胁，严重制约粮食安全。传统作物（如小麦、水稻、玉米）在干旱与盐碱复合胁迫下表现出显著的生理极限，亟需突破性策略以应对未来更严峻的农业挑战。针对这一全球性难题，中国科学院新疆生态与地理研究所农田生态安全与绿洲人地关系团队联合国际多家科研机构，系统提出将“极端生境植物”（extremophytes）的进化适应机制作为未来抗逆作物设计的生物蓝图，为干旱区可持续农业发展提供全新路径。

    本研究指出，盐生植物（halophytes）和旱生植物（xerophytes）等极端生境植物长期演化出高效生存策略，不仅能耐受多重胁迫，更可主动改造环境，扮演“生态系统工程师”。其两大核心机制为：一是对活性氧（ROS）信号的精准时空调控。这些植物通过组织与细胞器特异性的抗氧化系统，实现ROS的瞬时爆发与快速清除，以此激活钙信号网络（CBL-CIPK）和离子转运蛋白（如SOS1），维持细胞内稳态，避免氧化损伤；而常规作物则常因ROS失控导致生长抑制。二是根际微生物组的主动招募与工程化。植物通过根系分泌物（如有机酸、黄酮类、多糖黏液）选择性富集固氮菌、溶磷菌及产胞外多糖（EPS）的有益菌群，构建功能性根际微生态。例如，盐地碱蓬和多枝柽柳的种植已被证实可显著降低土壤盐分、提升微生物多样性与土壤肥力，实现从“非农用地”向“生产性土地”的转变。

    基于此，研究团队提出“从自然到设计”的转化路径，倡导优先转化ROS信号调控和根际微生物招募等低代价高效益模块，并发展以藜麦等耐盐作物为核心的多元化种植体系，结合饲料、生物能源与生态修复，构建干旱区循环生物经济模式。

    该成果深化了对植物-微生物协同适应机制的理解，为应对气候危机下的粮食与生态安全提供了科学依据。文章以“Leveraging Extremophyte Adaptations as a Roadmap for Crop Design for Arid Lands”为题发表在生态学领域国际权威期刊《Global Change Biology》。新疆生态与地理研究所Mohsin Tanveer副研究员为论文第一作者兼通讯作者。

    文章链接：https://doi.org/10.1111/gcb.70949

图1：盐分-干旱的协同反馈循环及极端生境植物的抗逆生态位 

图2：利用极端生境植物构建的循环经济模型