姜雪敏， 陳向前， 李紅燕， 姜奇彥*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，北京 100081； 2.濟(jì)寧學(xué)院生命科學(xué)與生物工程學(xué)院，山東 曲阜 273155）

全球氣候變化正在進(jìn)一步加速土壤鹽堿化的過程[1]。鹽堿脅迫是制約作物生產(chǎn)力的主要不利環(huán)境因素之一，世界上大面積的鹽堿地嚴(yán)重影響小麥等作物生長[2-3]。植物對鹽脅迫的響應(yīng)機(jī)制可以從生理學(xué)、基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等方面[4-7]進(jìn)行分析。其中，代謝組學(xué)是繼基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)后發(fā)展起來的一門學(xué)科[8]，在基因的功能注釋及細(xì)胞和分子、生物和非生物應(yīng)激反應(yīng)的機(jī)理解析中起著關(guān)鍵作用[9]。

鹽漬土壤中過量的可溶性鹽對大多數(shù)植物有害。高鹽對植物造成滲透脅迫、離子脅迫以及氧化脅迫等二次脅迫,使植物在離子穩(wěn)態(tài)、細(xì)胞活性反應(yīng)等方面發(fā)生變化[10]。植物可以通過可溶性調(diào)節(jié)物質(zhì)（如脯氨酸和可溶性糖）的積累增強(qiáng)對滲透脅迫的耐受性；通過調(diào)節(jié)Na+/K+的穩(wěn)態(tài)，增加對離子毒害的耐受性；抗氧化保護(hù)系統(tǒng)通過清除活性氧（reactive oxygen species，ROS）增強(qiáng)植物對氧化脅迫的耐受性[11]。植物生長中產(chǎn)生的次生代謝物質(zhì)（如黃酮類化合物等）參與活性氧的清除[12]，可以提高其對氧化脅迫的耐受性。這些響應(yīng)高鹽脅迫的物質(zhì)都可以通過代謝組學(xué)分析進(jìn)行鑒定。另外，通過代謝組學(xué)分析還發(fā)現(xiàn)氨基酸代謝相關(guān)的物質(zhì)的積累變化也是植物響應(yīng)逆境脅迫的主要方式之一。Matsunami 等[13]報道了在聚乙二醇（PEG）6000誘導(dǎo)下耐旱和旱敏感水稻根系的代謝譜變化，抗旱品種IR58 的根中大多蛋白質(zhì)原性氨基酸積累增加，如脯氨酸、絲氨酸、谷氨酰胺和天冬酰胺等，另外三羧酸循環(huán)中間體檸檬酸、順式烏頭酸、異檸檬酸、延胡索酸、蘋果酸等也得到維持或增加，這些代謝物的增加有助于維持能量代謝和抗氧化防御等重要的生物功能，促進(jìn)滲透脅迫下根系發(fā)育。Zhang 等[14]對鹽脅迫下野生大豆和栽培大豆幼苗葉片代謝物質(zhì)變化進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)鹽脅迫下野生大豆葉中苯丙氨酸、天冬氨酸、檸檬酸和α-酮戊二酸等含量高于栽培大豆。

植物具有復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對逆境脅迫，涉及多種代謝物質(zhì)的積累變化。Niu等[15]報道，與濟(jì)麥19 相比，鹽脅迫下抗逆轉(zhuǎn)基因小麥T349 的種子中，多種氨基酸、維生素、有機(jī)酸、脂類等代謝物質(zhì)的積累都發(fā)生了改變。You 等[16]對干旱脅迫下芝麻耐旱型和敏感型材料的轉(zhuǎn)錄組和代謝組學(xué)分析表明，在干旱脅迫下積累的重要代謝產(chǎn)物包括ABA、氨基酸和有機(jī)酸。Chen 等[17]研究了干旱脅迫條件下水稻葉片代謝物的變化，涉及多種游離氨基酸（脯氨酸等）、膽堿、5-羥色胺、咖啡酸、泛酸、芥子酸、Sn-甘油3 磷酸膽堿、芹菜甙元、亞麻酸、亞油酸及ABA 在內(nèi)的多種植物激素等。植物代謝物包括初生代謝物和次生代謝物，前者如糖類、氨基酸類及三羧酸循環(huán)中間物質(zhì)，主要參與植物的生長發(fā)育，后者如萜類、生物堿類等，主要參與植物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及植物防御等[18]。

質(zhì)譜鑒定技術(shù)結(jié)合廣譜代謝組學(xué)分析可以靶向更多代謝物質(zhì)的變化，成為解析植物逆境脅迫下代謝物變化規(guī)律的重要技術(shù)手段。本研究采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（ultra performance liquid chromatography tandem mass spectrometry,UPLC-MS/MS）檢測技術(shù)分析NaCl 處理24 h 和正常生長條件下的小麥根和葉的靶向代謝譜變化，旨在從代謝組學(xué)層面探討鹽脅迫對小麥根和葉的影響，進(jìn)一步解析小麥的耐鹽機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 材料培養(yǎng)

供試材料為小麥品種濟(jì)麥19，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供，該品種綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良、適應(yīng)性廣。參考Jiang 等[19]的方法用Hoagland 溶液培養(yǎng)小麥幼苗，置于（25±1）°C 恒溫箱中培養(yǎng)。培養(yǎng)箱設(shè)置參數(shù)為光照強(qiáng)度150 μmol·m-2·s-1，光周期為14 h 光照/10 h 黑暗。小麥幼苗生長至4葉齡，用350 mmol·L-1NaCl處理24 h后，采集幼苗的根和葉，用蒸餾水沖洗3次，放入液氮中冷凍，以正常生長的植株根和葉為對照。所有樣品貯存于-80°C 備用。樣品編號分別標(biāo)記為 CKR1、CKR2、CKR3、CKL1、CKL2、CKL3、S24R1、S24R2、S24R3、S24L1、S24L2、S24L3，表示正常生長的根（CKR）和葉（CKL）、鹽處理24 h的根（S24R）和葉（S24L）的3次重復(fù)。

1.2 樣品的準(zhǔn)備和提取

將凍干的樣品在混合磨機(jī)(MM400，Retsch)中用直徑4 mm 鋼珠在30 Hz 下研磨1.5 min。分別稱取100 mg 粉末，加入1.0 mL 含有0.1 mg·L-1利多卡因（內(nèi)標(biāo)）的70%甲醇溶液，4 ℃下過夜提取各樣品總代謝物。10 000g離心10 min 后，吸取上清，用微孔濾膜（SCAA-104, 0.22 μm 孔徑；ANPEL，上海）過濾樣品，并保存于進(jìn)樣瓶中，用于非靶向UPLC-MS/MS分析。

1.3 UPLC-MS/MS分析

數(shù)據(jù)采集儀器系統(tǒng)主要包括超高效液相色譜（UPLC）（Shim-pack UFLC SHIMADZU CBM30A，http://www.shimadzu.com.cn/）和串聯(lián)質(zhì)譜（MS/MS）（Applied Biosystems 6500 QTRAP，http://www.appliedbiosystems.com.cn/）。

1.3.1 液相條件 色譜柱為Waters ACQUITY UPLC HSS T3 C18，1.8 μm×2.1 mm×100 mm；流動相：水相為超純水（加入0.04%的乙酸），有機(jī)相為乙腈（加入0.04%的乙酸）；洗脫梯度∶水∶乙腈（體積比）0 min 為95∶5，11.0 min 為5∶95，12.0 min 為5∶95，12.1 min 為95∶5 ，15.0 min 為95∶5；流速0.4 mL·min-1；柱溫40 ℃；進(jìn)樣量2 μL。

1.3.2 質(zhì)譜條件 電噴霧離子源（electrospray ionization，ESI）源操為離子源、渦輪噴霧，源溫度500 ℃；離子噴霧電壓(Iron spray voltage, IS)5 500 V；離子源氣體Ⅰ(ion source gas Ⅰ，GSI)、氣體Ⅱ(GSⅡ)、氣簾氣(curtain gas, CUR)分別設(shè)為55、60和25 psi；碰撞誘導(dǎo)電離（collision-activated dissociation，CAD）參數(shù)設(shè)置為高。分別以10 和100 μmol·L-1聚丙烯乙二醇溶液在QQQ 和LIT 模式下進(jìn)行儀器調(diào)諧和質(zhì)量校準(zhǔn)。MRM 實驗中碰撞氣體(氮氣)設(shè)定為5 psi，完成三重四級桿（LIT and triple quadrupole， QQQ）掃描，每個離子對根據(jù)優(yōu)化的去簇電壓（declustering potential，DP）和碰撞能（collision energy，CE）進(jìn)行掃描檢測。

1.4 數(shù)據(jù)分析

對UPLC-MS/MS 原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，利用XCMS軟件進(jìn)行峰值選擇、峰值對齊、峰值濾波和峰值填充。轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)中保留時間(retention time，RT)、質(zhì)荷比（m/z）、觀測值（樣本）和峰值強(qiáng)度進(jìn)行歸一化處理。歸一化數(shù)據(jù)導(dǎo)入SIMCA-P（11.0）進(jìn)行分析，用t檢驗來識別差異代謝物（P＜0.05），利用在線數(shù)據(jù)庫 Metlin（https://metlin.scripps.edu）搜索代謝物種類。代謝通路利用MetaboAnalyst 3.0 軟件分析構(gòu)建。代謝物富集的通路數(shù)據(jù)從KEGG 數(shù)據(jù)庫下載（P＜0.05）。通過R 軟件（www.r-project.org/）進(jìn)行不同樣本間積累模式的聚類分析。樣品分為4 組：CKR、CKL、S24R 和S24L。差異代謝物篩選標(biāo)準(zhǔn)為代謝物差異倍數(shù)（fold change）≥2 和fold change≤0.5，即代謝物在相比較的兩組中fold change 值為2 以上（上調(diào)）或0.5 以下（下調(diào)），則認(rèn)為差異顯著。根據(jù)代謝物L(fēng)og2（fold change）值對4組樣品的代謝物進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫響應(yīng)代謝物質(zhì)分析

對CKR、CKL、S24R、S24L 4組樣品進(jìn)行了質(zhì)譜定性定量分析，共鑒定到759 個代謝物質(zhì)，包含有機(jī)酸及其衍生物、黃酮、氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物等33類，每種物質(zhì)占比情況詳見表1。

表1 本研究鑒定到的不同類別代謝物質(zhì)占比情況Table 1 Proportions of different categories of metabolites identified in this study

2.2 鹽脅迫對小麥根和葉代謝物質(zhì)積累的影響

CKR/CKL、S24R/S24L、CKR/S24R、CKL/S24L分別比較，發(fā)現(xiàn)根、葉不同組織或鹽脅迫處理造成不同樣品間代謝物質(zhì)積累差異顯著（圖1A）。

圖1 鹽脅迫下小麥根和葉中代謝物質(zhì)的差異積累Fig. 1 Differential accumulation of metabolites in the roots and leaves of wheat under salt stress

2.2.1 正常和鹽脅迫條件根、葉代謝物差異 正常條件下小麥根和葉之間（CKR/CKL）共有208 個差異積累代謝物，和根相比，77個在葉中下調(diào)，131個在葉中上調(diào)；鹽脅迫后小麥根和葉之間（S24R/S24L）共有216個差異積累代謝物，99個在葉中下調(diào)，117個在葉中上調(diào)（圖1B）。CKR/CKL和S24R/S24L比較，有163個代謝物在兩組都發(fā)生變化，45個只在CKR/CKL 中出現(xiàn)，53 個只在S24R/S24L 中出現(xiàn)（圖1C）。這163個差異積累代謝物中，109個在葉中正常和鹽脅迫條件下都比根中積累的多，53個在葉中積累的少，D(+)-松三糖在正常生長葉中含量增加，在鹽處理葉中含量下降。只在CKR/CKL 中出現(xiàn)的45 個差異代謝物中21 個在葉中含量增加，24 個在葉中含量下降。只在S24R/S24L中出現(xiàn)的53 個差異代謝物中8 個在葉中含量增加，45個在葉中含量下降。以上結(jié)果說明，根和葉由于植物組織的不同引起了代謝物積累的差異，在葉中上調(diào)的差異代謝物較多。

2.2.2 鹽脅迫下根、葉代謝譜變化 和正常生長的根相比，鹽處理條件下小麥根中（CKR/S24R）共207 個代謝物差異積累，其中71 個下調(diào)，136 個上調(diào)；而小麥葉片在鹽處理后（CKL/S24L）共有147個代謝物差異積累，其中78 個下調(diào)，69 個上調(diào)（圖1B）。CKR/S24R和CKL/S24L兩組比較，即鹽處理后葉片和根中共同發(fā)生差異積累的代謝物有56 個，151 個只在根中差異積累（CKR/S24R），上調(diào)101 個，下調(diào)50 個；91 個只在葉中差異積累（CKL/S24L），上調(diào)41個，下調(diào)50個（圖1C）。鹽脅迫條件下，和葉片相比，小麥根中差異積累的代謝物更多，且多為上調(diào)，可能由于根是最先感應(yīng)土壤中鹽脅迫信號的部位。而根和葉片共同發(fā)生差異積累的代謝物相對較少，根和葉片特異積累的代謝物更多，說明根和葉片響應(yīng)鹽脅迫的代謝譜變化不同。

2.3 差異積累代謝物的功能分析

2.3.1 根和葉差異積累的代謝物分析 無論正常生長還是鹽脅迫處理，小麥根和葉片之間主要差異積累代謝物都是黃酮類化合物，占總差異積累代謝物的約50%，其次是有機(jī)酸及其衍生物、脂類物質(zhì)、核苷酸及其衍生物，三者占比約為25%。黃酮類化合物主要在葉中積累，脂類物質(zhì)、核苷酸及其衍生物主要在根中積累（圖2A和2B）。表2中列出了根和葉中差異積累的代謝物上調(diào)和下調(diào)倍數(shù)分別排在前10 位的差異積累代謝物質(zhì)，其中在葉中積累較多的主要是黃酮碳糖苷類物質(zhì)，在根中積累較多的主要是香豆素及其衍生物（秦皮甲素）、羥基肉桂酰衍生物（香豆醛、氫化肉桂酸）、吲哚及其衍生物（5-甲氧基-吲哚-3-甲醛）等。

圖2 差異積累代謝物種類及數(shù)目Fig. 2 Types and numbers of differentially accumulated metabolites

表2 各分組中排在前20名的差異代謝物Table 2 Differentially accumulated metabolites ranked in the top 20 in each group

2.3.2 根和葉響應(yīng)鹽脅迫差異積累的代謝物分析 鹽脅迫處理后小麥葉中變化較多的代謝物主要有脂類物質(zhì)（19.05%）、氨基酸及其衍生物（14.97%）、黃酮類化合物（11.56%）、有機(jī)酸及其衍生物（10.88%）、核苷酸及其衍生物（8.16%）等，這些類別的代謝物質(zhì)在鹽脅迫處理后在葉片中都是大約一半上調(diào)，一半下調(diào)。而糖類中5 個代謝物質(zhì)、生物堿類中2 個代謝物質(zhì)都在鹽脅迫處理后下調(diào)（圖2C）。具體上調(diào)或下調(diào)倍數(shù)前10 名的代謝物質(zhì)種類很多，如上調(diào)的有木犀草素O-己糖基-O-葡萄糖酸、L-半胱氨酸等，下調(diào)的有3-羥基丁酸、2-脫氧核糖1-磷酸等（表2）。

鹽處理后根中變化較多的代謝物主要有氨基酸及其衍生物（14.01%）、有機(jī)酸及其衍生物（14.01%）、核苷酸及其衍生物（13.53%）、黃酮類化合物（13.04%），這些代謝物質(zhì)在鹽處理后的根中多數(shù)上調(diào)，鹽脅迫處理后多上調(diào)的還有羥基肉桂酰衍生物、色胺及其衍生物、植物激素類物質(zhì)等。生物堿類中4 個代謝物質(zhì)都為上調(diào)，而酚胺、膽堿類鹽脅迫后在根中多為下調(diào)（圖2D）。上調(diào)或下調(diào)倍數(shù)排名前10 的代謝物質(zhì)多為黃酮類化合物，另外，鹽脅迫處理后，3,4-二羥基杏仁酸、N-乙酰葡萄糖胺 1-磷酸兩種物質(zhì)在根和葉片中上調(diào)倍數(shù)都排在前10（表2）。

2.4 小麥鹽脅迫響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)

通過KEGG 富集分析發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫處理后，在小麥葉片中（CKL/S24L）差異積累的代謝物對應(yīng)的基因被富集的KEGG 通路主要有：代謝途徑（metabolic pathways）、谷胱甘肽代謝（glutathione metabolism）、半胱氨酸和蛋氨酸的代謝（cysteine and methionine metabolism），煙酸鹽和煙酰胺的代謝（nicotinate and nicotinamide metabolism）、光合作用（photosynthesis）、光合生物體中的碳固定作用（carbon fixation in photosynthetic organisms）、淀粉和蔗糖代謝（starch and sucrose metabolism）、賴氨酸生物合成（lysine biosynthesis）、半乳糖代謝（galactose metabolism）等（圖3A）。

圖3 不同分組中KEGG富集的20條通路Fig. 3 20 pathways enriched by KEGG in different groups

鹽脅迫處理后，在小麥根（CKR/S24R）中差異積累的代謝物對應(yīng)的基因被富集的KEGG 通路主要有：植物次生代謝產(chǎn)物的生物合成（biosynthesis of plant secondary metabolites），氨基酸的生物合成（biosynthesis of amino acids），氨基?；鵷RNA生物合成（aminoacyl-tRNA biosynthesis），色氨酸代謝（tryptophan metabolism），甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸的代謝（glycine, serine and threonine metabolism），植物激素的生物合成（biosynthesis of plant hormones），2-氧化羧酸代謝（2-oxocarboxylic acid metabolism），亞油酸代謝（linoleic acid metabolism），苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成（phenylalanine, tyrosine and tryptophan biosynthesis）等（圖3B）。

KEGG 各通路之間也是有關(guān)聯(lián)的，如CKL/S24L中代謝途徑（metabolic pathways）被富集，該通路包括本研究中抗生素生物合成（biosynthesis of antibiotics） 、谷 胱 甘 肽 代 謝（glutathione metabolism）、碳代謝（carbon metabolism）、光合作用（photosynthesis）、淀粉和蔗糖代謝（starch and sucrose metabolism）等所有差異代謝物對應(yīng)的基因。參與某一代謝通路的一些基因同時也參與到其他通路中，如吲哚-3-乙酸（IAA）參與了色氨酸代謝（tryptophan metabolism）、植物激素的生物合成（biosynthesis of plant hormones）、植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（plant hormone signal transduction）等代謝通路。

植物響應(yīng)鹽脅迫涉及復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。如以植物呼吸代謝的糖酵解和檸檬酸循環(huán)途徑為核心（圖4），本研究中鹽脅迫下小麥根和葉中發(fā)生變化的代謝物質(zhì)由此核心向外涉及多種物質(zhì)的代謝，包括氨基酸及其衍生物代謝、有機(jī)酸及其衍生物代謝、脂類物質(zhì)代謝、植物激素代謝、黃酮類化合物代謝、核苷酸及其衍生物代謝等，形成了復(fù)雜的鹽脅迫應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)。如鹽脅迫處理根和葉中都涉及多種氨基酸及其衍生物的變化，包括天冬氨酸、同型絲氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、瓜氨酸、鳥氨酸、組氨酸等，它們和檸檬酸循環(huán)中的有機(jī)酸及其衍生物代謝密切相連，而檸檬酸、順烏頭酸、蘋果酸、延胡索酸、琥珀酸、α-酮戊二酸等在鹽脅迫后也發(fā)生變化。由乙酰輔酶A衍生的多種脂類物質(zhì)以及植物激素赤霉素、脫落酸在鹽脅迫處理的根和葉中發(fā)生變化。由磷酸烯醇式丙酮酸衍生出來的莽草酸途徑涉及氨基酸代謝、植物激素生長素代謝、黃酮類化合物代謝等途徑中多種代謝物質(zhì)的變化。糖類物質(zhì)葡萄糖-6磷酸及果糖-6磷酸在鹽脅迫下也發(fā)生變化，與它們相關(guān)的多種核苷酸及其衍生物也在鹽脅迫處理后的根和葉中發(fā)生上調(diào)或下調(diào)變化。

3 討論

3.1 根和葉代謝物質(zhì)具有組織特異性

根和葉中代謝物有較大的差異，這些差異與它們各自的功能有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，根和葉中差異最多的代謝物為黃酮類化合物，占總差異積累代謝物的約50%，它們主要在葉中積累，這與在半楓荷[20]、狹葉柴胡[21]等植物中的研究結(jié)果一致。黃酮類化合物可以減少紫外輻射對植物造成的傷害，因此葉比根需要更多的黃酮類化合物來增強(qiáng)對植物保護(hù)[21]。根和葉差異較多的代謝物還包括有機(jī)酸及其衍生物、脂類物質(zhì)、核苷酸及其衍生物，三者占比約25%，脂類物質(zhì)和核苷酸及其衍生物主要在根中積累，它們都是植物體內(nèi)重要的內(nèi)源性物質(zhì)，參與細(xì)胞的多種生命過程，很多脂類物質(zhì)和核苷酸及其衍生物都參與信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)[22]，它們在根中積累可能與根接收環(huán)境信號并向植物其他組織傳遞信號的功能有關(guān)。通過差異積累代謝物質(zhì)聚類分析也發(fā)現(xiàn)，正常和鹽脅迫下根的差異積累代謝物質(zhì)聚為一大類，正常和鹽脅迫下葉的差異積累代謝物質(zhì)聚為另一大類。在每一大類中，正常條件和鹽脅迫處理下的3 個重復(fù)再分別聚為一小類（圖1A），說明組織之間的代謝物質(zhì)差異比鹽脅迫處理造成的代謝物差異更大，可能根和葉片有不同的鹽脅迫響應(yīng)機(jī)制，但這些差異積累代謝物質(zhì)是否與根和葉的這些功能相關(guān)還需要進(jìn)一步驗證。

3.2 小麥根和葉中多種代謝物質(zhì)參與鹽脅迫響應(yīng)

響應(yīng)鹽脅迫過程中，小麥根和葉的代謝譜顯著不同，其中氨基酸及其衍生物、黃酮類化合物、有機(jī)酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物在小麥根和葉差異積累代謝物中占比約50%，除此之外，脂類物質(zhì)在葉的差異積累代謝物中占比約20%。這些物質(zhì)在葉中主要參與代謝途徑、光合作用、碳固定作用、糖代謝等通路，在根中主要參與次生代謝、氨基酸合成等通路。

氨基酸及其衍生物自身或者作為某些物質(zhì)的前體在植物抗逆過程中發(fā)揮重要作用。如本研究發(fā)生變化的脯氨酸是植物中公認(rèn)的一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在多種脅迫下發(fā)揮著重要作用[23];色氨酸參與滲透調(diào)節(jié)、氣孔調(diào)節(jié)和活性氧清除等過程來應(yīng)答逆境脅迫[24]。而有些氨基酸（如苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸等芳香族氨基酸）是生物堿、黃酮類化合物、植物生長素和細(xì)胞壁成分等天然產(chǎn)物的前體，在植物生長和應(yīng)對環(huán)境脅迫中起重要作用[23]，本研究中它們在鹽脅迫后的根中都上調(diào)。另外游離氨基酸的增加還可能與鹽脅迫下蛋白質(zhì)的降解[25]或抑制蛋白質(zhì)合成有關(guān)[26]。Guo 等[27]比較了小麥抗鹽堿脅迫的代謝反應(yīng)和適應(yīng)性策略，鹽脅迫可以引起糖類的增加，導(dǎo)致代謝向糖異生轉(zhuǎn)變以避免滲透脅迫，在鹽堿脅迫下，小麥幼苗的根和葉中都出現(xiàn)差異代謝物，這些代謝物包括與TCA循環(huán)和糖酵解相關(guān)的物質(zhì)，還包括了氨基酸、糖類和多元醇類。在其他很多植物（如棉花[28]、高粱[29]、甜菜[30]、玉米[31]等）進(jìn)行鹽脅迫下代謝組學(xué)或轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究中也發(fā)現(xiàn)有大量的氨基酸及其衍生物的差異變化，如脯氨酸在多種植物響應(yīng)鹽脅迫時都會發(fā)生變化，而本研究除了發(fā)現(xiàn)參與滲透調(diào)節(jié)類氨基酸（如脯氨酸）的變化外，還發(fā)現(xiàn)根中一些芳香族氨基酸也差異積累，它們在根中主要參與次生代謝，參與合成抗氧化脅迫、滲透脅迫、信號傳導(dǎo)等途徑的相關(guān)物質(zhì)響應(yīng)高鹽脅迫。

黃酮類化合物是植物中較具生物活性的次生代謝物之一，它們在生理學(xué)、生物化學(xué)和生態(tài)學(xué)方面表現(xiàn)出廣泛的功能，在植物抗逆方面也起著重要作用[32]?！翱寡趸鳖慄S酮是單線態(tài)氧的清除者和葉綠體外膜的穩(wěn)定劑[33]。Ma 等[29]報道，在鹽堿脅迫下，高粱葉片中黃酮類化合物（如黃酮、類黃酮、黃酮醇、異黃酮、花青素）含量增加。本研究中根和葉片響應(yīng)鹽脅迫的差異積累代謝物質(zhì)中黃酮類化合物占比較高，小麥可能通過黃酮類化合物的積累，減輕高鹽環(huán)境帶來的氧化脅迫對植物造成的傷害，這類機(jī)制被稱為非酶調(diào)節(jié)機(jī)制[34]。

本研究中有些有機(jī)酸及其衍生物（如順式烏頭酸、蘋果酸、檸檬酸、α-酮戊二酸等）參與植物呼吸代謝途徑中的三羧酸循環(huán)，這些有機(jī)酸及其衍生物的增加可能與鹽脅迫下植物呼吸作用增強(qiáng)有關(guān)，其中有些有機(jī)酸如檸檬酸本身可以使植物對非生物脅迫產(chǎn)生耐受性。有研究表明，外源檸檬酸的施用可提高不同非生物脅迫條件下作物的生長和產(chǎn)量，通過誘導(dǎo)抗氧化防御系統(tǒng)，促進(jìn)葉綠素含量的增加，并影響次生代謝，從而限制植物在逆境條件下的生長限制[35]。在棉花響應(yīng)鹽堿脅迫過程中，也有大量的有機(jī)酸發(fā)生變化，包括TCA 循環(huán)中積累的有機(jī)酸[28]。這些有機(jī)酸的積累可能中和掉細(xì)胞中過多的陽離子來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的pH，同時TCA 循環(huán)也是鹽堿脅迫下植物代謝能量的重要來源。

本研究還有大量的脂類物質(zhì)在鹽脅迫下發(fā)生變化，它們很多是包括質(zhì)膜在內(nèi)的生物膜的主要組成部分之一，是細(xì)胞和環(huán)境之間的界面。膜脂作為底物可以產(chǎn)生大量的信號脂質(zhì)，可能參與了鹽脅迫信號傳導(dǎo)過程[36,38]。如本研究中多個溶血磷脂類物質(zhì)（溶血磷脂類乙醇胺、溶血磷脂酰膽堿、溶血磷脂酰絲氨酸等）在鹽脅迫條件下的葉中多為上調(diào)積累，它們都是細(xì)胞膜成分，可能在鹽脅迫應(yīng)答過程中發(fā)揮維持細(xì)胞膜完整和鹽脅迫信號傳導(dǎo)的重要作用。

除此之外，還有具有廣泛生物學(xué)功能的核苷酸及其衍生物，以及一些糖類、激素類、甜菜堿等多種代謝物質(zhì)在鹽脅迫下發(fā)生變化，它們相互關(guān)聯(lián)，組成了小麥應(yīng)答鹽脅迫的復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從整體上影響植株對鹽脅迫的響應(yīng)及鹽脅迫下的生長發(fā)育。