野生来源和栽培花生的基因型在开花期受到热应激时产生的氧化应激

《Agronomy Journal》：Oxidative stress in wild-derived and cultivated peanut genotypes caused by heat stress at flowering

花生耐热性研究显示，野生衍生品种比商业品种更有效通过超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）清除活性氧（ROS），并维持细胞氧化还原平衡。实验采用20个花生基因型（12野生、8商业）在35/22℃高温胁迫下，检测H2O2含量及抗氧化酶活性变化，发现野生品种如BatKemp1、IpaDur2等通过多酶协同或单一酶高效机制缓解热胁迫，而商业品种AU NPL 17虽表现较好，但多数品种在恢复期存在H2O2累积，提示野生基因资源在耐热育种中的潜力。

　　在全球范围内，花生（*Arachis hypogaea* L.）作为一种重要的经济作物，其产量正面临日益严重的热应激威胁。随着全球变暖，极端高温事件的频率和强度不断增加，这对农业生产的可持续性构成了严峻挑战。为了确保花生在不断变化的气候条件下保持稳定的产量，培育耐热花生品种显得尤为关键。研究发现，野生花生因其广泛的遗传多样性，能够自然适应多种恶劣气候条件，成为改良耐热性的重要资源。抗氧化活性和活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）调控被认为是评估植物耐热性的重要指标。然而，目前大多数研究集中于商业品种，对野生花生中抗氧化防御机制的研究仍较为有限。因此，本研究旨在识别具有优异抗氧化性能的花生基因型，并分析其在热应激下的反应机制，以期为培育耐热花生品种提供理论依据和实际参考。

植物在生长过程中会经历温度波动，而极端温度变化，尤其是热浪，可能严重影响其生长和产量。研究表明，高温不仅抑制种子萌发，还影响植株的正常发育，降低生长速率，增加氧化应激和水分流失，从而影响光合作用效率和花粉活性，最终导致产量下降。因此，提高植物在高温下的抗氧化能力成为增强其耐热性的关键策略。花生作为重要的蛋白质和食用油来源，在低收入国家尤为重要。然而，气候变化带来的高温、天气不稳定和沙漠化等现象，正对花生的种植环境和产量构成威胁。确保在这些条件下保持稳定的产量，是维持全球粮食安全的重要任务。

在花生中，抗氧化酶如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）在热应激下表现出不同的响应机制。这些酶能够有效清除ROS，从而减少氧化损伤。研究发现，野生花生基因型在清除ROS方面表现出更高的效率，这可能与其适应性强、遗传多样性丰富的特性有关。与商业品种相比，野生花生在热应激下的抗氧化活性更高，表明其在应对高温胁迫方面具有更大的潜力。因此，挖掘野生花生的遗传资源，对于提高花生的耐热性具有重要意义。

本研究选取了20个花生基因型，包括12个野生衍生基因型和8个商业品种。实验在控制环境的生长箱中进行，模拟热浪条件（35/22°C，日/夜），并在热应激前后分别采集叶片样本。通过分析SOD、CAT和APX的活性以及H?O?的浓度，研究者发现，某些野生基因型在热应激期间和恢复期均表现出显著的抗氧化能力。例如，AU NPL 17、BatKemp1、IpaCor2、IpaDur2、IpaDur3、MagDur1和ValSten1等基因型的抗氧化酶活性较高，表明它们可能具备更强的耐热能力。此外，研究还揭示了不同基因型在清除ROS时采用的策略存在差异，包括平衡清除机制、优先利用过氧化物酶体或叶绿体/细胞质的清除方式，以及补偿机制等。

在热应激条件下，ROS的过量产生会对细胞造成损伤，影响细胞膜稳定性、光合作用效率和种子发育。为了有效应对这一问题，植物通过一系列酶促和非酶促反应来清除ROS，其中抗氧化酶的活性是衡量耐热性的重要指标。SOD作为抗氧化系统中的关键酶，能够将超氧自由基转化为H?O?和O?，而CAT和APX则进一步将H?O?分解为H?O和O?，从而维持细胞内的氧化还原平衡。研究显示，在热应激条件下，某些野生基因型表现出更高的SOD、CAT和APX活性，这可能与其在自然环境中长期适应高温和干旱条件有关。

值得注意的是，不同基因型在清除ROS时表现出不同的策略。例如，一些基因型通过协调上调SOD、CAT和APX的活性来实现平衡清除，而另一些则更倾向于利用过氧化物酶体进行清除，或者依赖叶绿体和细胞质的清除机制。这种多样性反映了花生基因型在应对热应激时的适应性差异，也为后续的育种工作提供了新的思路。研究还发现，某些野生基因型在热应激后仍能维持较高的抗氧化活性，表明其具有更强的恢复能力。

在热应激后的恢复期，一些基因型能够有效降低H?O?的积累，这可能与其在热应激期间的抗氧化反应有关。例如，AU NPL 17在恢复期仍能维持较高的SOD和APX活性，使得其H?O?水平接近热应激前的基线。而其他商业品种如GA-12Y和FloRun 331则在恢复期表现出H?O?水平的上升，这可能与其抗氧化系统在热应激期间未能有效维持平衡有关。这些发现不仅有助于理解不同基因型在热应激下的生理响应，也为培育耐热花生品种提供了重要的依据。

此外，研究还发现，某些基因型在热应激期间和恢复期表现出补偿机制。例如，野生基因型IpaCor2和IpaDur3在热应激期间表现出CAT活性的显著增加，而在恢复期则通过上调其他抗氧化酶来维持ROS的平衡。这种机制表明，植物在面对极端环境时，能够通过调整不同抗氧化酶的表达水平来适应环境变化。因此，识别并利用这些补偿机制，可能成为提高花生耐热性的有效途径。

综上所述，本研究揭示了花生基因型在热应激下的抗氧化响应机制，并强调了野生基因型在清除ROS方面的优势。通过分析不同基因型在热应激前、中、后的抗氧化活性和ROS水平，研究为培育耐热花生品种提供了新的视角和方法。这些结果不仅有助于理解花生的耐热性机制，也为未来的育种工作提供了重要的参考。