茉莉酸甲酯通过调控抗氧化防御与生化通路增强草莓硼毒耐受性的机制研究

《BMC Plant Biology》：Methyl jasmonate enhances boron toxicity tolerance in strawberry (Fragaria × Ananassa ‘Albion’) by modulating plant growth, antioxidant defenses, and biochemical responses

本研究针对草莓在干旱半干旱地区常面临的硼毒害问题，探讨了叶面喷施茉莉酸甲酯(MeJA)对水培草莓'Albion'品种在硼胁迫下的缓解效应。研究发现，50μM MeJA能显著改善植株生长、增强抗氧化酶(SOD、CAT、APX、GPX)活性、提升渗透调节物质(脯氨酸、可溶性糖、甘氨酸甜菜碱)含量，并优化果实品质指标。该研究为利用植物信号分子调控作物抗逆性提供了新策略，对保障硼污染区草莓安全生产具有重要实践意义。

　　

在干旱半干旱地区，土壤中硼元素的过量积累已成为制约农业生产的重要环境胁迫因子。草莓(Fragaria × ananassa)作为全球重要的浆果作物，虽然营养价值丰富，但对硼毒害异常敏感。当叶片硼浓度超过10 mg·kg^-1干重时，就会出现典型的毒害症状：根系发育受阻、叶片黄化坏死、光合色素降解、果实产量品质下降。更严重的是，过量硼会通过诱导活性氧(ROS)爆发，引发膜脂过氧化，破坏细胞膜完整性，进而打乱氮、钙、铁、锌等必需元素的吸收平衡。面对这一生产难题，伊朗乌尔米亚大学的研究团队在《BMC Plant Biology》上发表了一项创新性研究，首次系统探讨了茉莉酸甲酯(MeJA)这一植物信号分子对草莓硼毒害的缓解机制。

研究人员采用水培试验设计，以草莓'Albion'品种为材料，设置了4个硼浓度梯度(23、81、162、323μM)和4个MeJA浓度(0、25、50、100μM)。通过完全随机设计，系统评估了MeJA对植株生长、抗氧化系统、渗透调节、果实品质及矿质营养的调控效应。关键技术包括生理指标（相对含水量、电解质渗漏率）、生化指标（MDA、H₂O₂含量）、酶活性测定（SOD、CAT、APX、GPX、PAL）以及矿质元素分析（原子吸收光谱法）等。

植物生长参数

硼毒害显著抑制了草莓地上部和根系生物量积累，323μM硼处理使 shoot fresh weight (地上部鲜重) 和 root dry weight (根系干重) 分别降至最低。50μM MeJA处理使81μM硼胁迫下的 shoot dry weight (地上部干重) 提升20%以上，表明MeJA能有效缓解硼诱导的生长抑制。果实形态方面，硼毒害导致 fruit length (果长) 和 fruit weight (单果重) 显著下降，而MeJA处理特别是50-100μM浓度能维持果实正常发育。

光合色素

硼胁迫导致 chlorophyll a (叶绿素a)、carotenoid (类胡萝卜素) 和 SPAD index (叶绿素指数) 显著降低。50μM MeJA处理使162μM硼胁迫下的 total chlorophyll (总叶绿素) 含量保持在5.11 mg·g^-1 FW，说明MeJA能通过稳定光合机构缓解硼诱导的色素降解。

相对含水量、电解质泄漏、丙二醛和过氧化氢含量

硼毒害使 relative water content (相对含水量) 下降至31.4%（323μM硼），同时 electrolyte leakage (电解质泄漏率) 和 malondialdehyde (MDA，丙二醛) 含量显著上升。50μM MeJA处理将323μM硼胁迫下的 H₂O₂ (过氧化氢) 含量从0.828降至0.5μmol·g^-1 FW，证实MeJA能增强膜稳定性并减轻氧化损伤。

相容性渗透物质

在162μM硼胁迫下，50μM MeJA使 proline (脯氨酸) 含量提升至0.195 mg·g^-1 FW，total soluble sugars (可溶性糖) 和 glycine betaine (甘氨酸甜菜碱) 也呈现相似积累趋势，表明MeJA能强化细胞的渗透调节能力。

pH值、可溶性固形物、可滴定酸度和抗坏血酸含量

硼毒害导致果实pH值升高，titratable acidity (可滴定酸度) 下降。50μM MeJA处理使323μM硼胁迫下的 ascorbic acid (抗坏血酸) 含量显著提升，同时 total phenol (总酚) 和 total anthocyanin (总花青素) 含量分别达到1.437 mg GAE·g^-1 FW和0.403 mg C3G·g^-1 FW，说明MeJA能通过激活苯丙烷代谢途径提升果实抗氧化活性。

酶活性

50μM MeJA使162μM硼胁迫下的 superoxide dismutase (SOD，超氧化物歧化酶) 活性提升至6.56 U·mg^-1 protein，phenylalanine ammonia-lyase (PAL，苯丙氨酸解氨酶) 活性也显著增强，证实MeJA能协调酶促抗氧化系统与次生代谢的协同防御。

矿质营养分析

硼毒害显著抑制了氮、钙、铁、锌的吸收，而MeJA处理能缓解这种抑制作用。值得注意的是，100μM MeJA使323μM硼胁迫下的叶片硼含量从154.7 mg·kg^-1 DW降至较低水平，提示MeJA可能通过调控硼转运蛋白表达减少硼过量积累。

本研究首次系统揭示了茉莉酸甲酯通过多维度生理生化调控增强草莓硼耐受性的机制。50μM MeJA能有效激活抗氧化酶系统，减轻膜脂过氧化损伤；促进渗透调节物质积累，维持细胞水分平衡；优化矿质营养分配，减少硼过量积累；同时通过激活PAL酶促进酚类物质合成，提升果实营养品质。该研究不仅为硼污染区草莓栽培提供了可行的化学调控策略，也为理解植物激素交叉对话调控非生物胁迫应答提供了新视角。然而，MeJA的效应存在浓度依赖性，高浓度(100μM)在严重硼毒害下效果有限，提示实际应用中需精准控制施用剂量。未来研究需进一步开展田间验证，并深入解析MeJA调控硼转运蛋白表达的分子机制。