干旱胁迫下巴斯根生理响应机制与代谢组学研究的突破性进展

本刊推荐：为探究干旱胁迫下重要药用植物巴斯根（Belamcanda chinensis）的生理调控机制，研究人员通过系统分析根系表型特征、生理生化指标及代谢组学变化，发现干旱诱导根系结构重塑、活性氧（ROS）积累及渗透调节物质（如Pro、Sp）显著升高，并筛选出656种差异代谢物，主要富集于甘油磷脂代谢、类黄酮生物合成等通路。该研究首次揭示巴斯根通过类黄酮介导的抗氧化防御和膜脂重塑途径增强干旱适应性，为药用植物抗逆机制研究和品种选育提供重要理论依据。

　　

随着全球气候变化加剧，干旱已成为制约植物生长和农业生产的重要非生物胁迫因素。作为兼具药用价值与园林应用潜力的特色植物，巴斯根（Belamcanda chinensis）在干旱环境下的生存策略及其调控机制尚不明确。以往研究多集中于形态观察和部分生理指标检测，缺乏从代谢层面系统解析其抗旱机制的研究。为此，熊艳等人发表在《BMC Plant Biology》的工作，通过整合生理学与代谢组学方法，深入揭示了巴斯根在干旱胁迫下的动态响应网络，为理解植物抗旱机制提供了新的视角。

研究人员以两年生巴斯根幼苗为材料，通过盆栽控水实验模拟干旱环境，设置对照组（正常浇水）和处理组（持续干旱28天后复水）。实验过程中系统监测了根系表型、水分状态、膜系统损伤程度、渗透调节物质含量、活性氧积累及抗氧化酶活性等指标，并采用超高效液相色谱-串联飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF/MS）技术对根系代谢物进行非靶向检测，通过多元统计分析和加权基因共表达网络分析（WGCNA）挖掘关键代谢通路与表型关联。

研究结果显示，随着干旱时间延长，巴斯根根系相对含水量逐渐下降，根系直径、中柱直径、皮层厚度和木质部直径均呈先升后降趋势，根系活力显著降低，皮层细胞排列紊乱甚至破裂。生理层面，细胞膜功能受损，相对电导率和丙二醛（MDA）含量上升，渗透调节物质如可溶性蛋白（Sp）和游离脯氨酸（Pro）大量积累，活性氧（过氧化氢H₂O₂和超氧阴离子O₂^•?）含量逐渐增加。抗氧化酶系统（SOD、POD、CAT、GR、APX、MDHAR）活性显著增强，抗坏血酸-谷胱甘肽循环（ASA-GSH）关键物质（GSH、GSSG）含量上升，但GSH/GSSG比值降低，表明氧化还原平衡被打破。

代谢组学分析共筛选出656种差异代谢物，主要包括类黄酮（172种）、脂肪酸酰基（48种）、固醇类（39种）和甘油磷脂（29种）等。KEGG富集分析表明，这些代谢物显著富集于甘油磷脂代谢、鞘脂代谢、氨基酸代谢和类黄酮生物合成通路。其中，类黄酮化合物（如木犀草素、槲皮素、芦丁等）在干旱后期显著积累，而部分磷脂分子（如磷脂酰甘油PG）和激素（ABA、JA、SA）含量动态变化，提示其参与干旱信号转导和膜稳定性调控。

通过WGCNA分析进一步识别出9个代谢模块，其中蓝色模块与根系活力正相关，绿色模块与过氧化氢酶（CAT）活性正相关， turquoise模块与MDA、可溶性蛋白及相对电导率显著相关，表明这些代谢物集群与干旱生理响应密切关联。

本研究首次从代谢层面系统揭示了巴斯根应对干旱的分子机制，突出类黄酮代谢和膜脂重塑在抗旱中的核心作用，为药用植物抗逆育种和栽培调控提供了重要靶点。然而，研究仅聚焦于根系响应，未来需结合转录组和蛋白组数据进一步验证关键通路的功能，并拓展至田间试验以验证应用潜力。