外源脱落酸(ABA)调控辣椒镉胁迫下生理生化响应及细胞壁多糖组分镉分布的缓解机制

针对辣椒生产中镉(Cd)污染导致的生长抑制问题，研究人员通过水培实验探究了外源脱落酸(ABA)对辣椒Cd毒性的缓解机制。研究发现，ABA通过调节Cd在根细胞壁多糖组分(如果胶和半纤维素)中的分布、增强抗氧化酶(POD/CAT)活性，显著降低Cd在辣椒根和地上部的积累，为作物Cd污染治理提供了新策略。

　　

论文解读

镉(Cd)是土壤中最具毒性的重金属污染物之一，其高迁移性和生物累积性对农作物安全生产构成严峻挑战。辣椒作为全球广泛种植的经济作物，其Cd污染问题尤为突出。现有研究表明，Cd会破坏植物细胞结构、抑制光合作用并诱导氧化应激，但关于植物激素调控Cd耐受性的具体机制仍不清楚。特别是脱落酸(ABA)作为关键胁迫响应激素，能否通过调控细胞壁组分重构和抗氧化防御协同缓解Cd毒性，成为亟待解决的科学问题。

针对这一挑战，贵州省农业科学院辣椒研究所的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表论文，通过水培实验系统研究了外源ABA对两个辣椒品种（高Cd积累型'Layan 101'和低Cd积累型'Layan 201'）的Cd解毒机制。研究采用2.0 mg L^-1 Cd和20 μg L^-1 ABA处理，结合亚细胞分离、细胞壁多糖组分提取及生理指标测定等技术，揭示了ABA通过重塑细胞壁Cd分布和激活抗氧化系统的双重保护机制。

主要技术方法
研究选取水培30天的辣椒幼苗，设置对照组(CK)、Cd处理组(2.0 mg L^-1 Cd)和Cd+ABA处理组(2.0 mg L^-1 Cd + 20 μg L^-1 ABA)，在0.5、1、3、7天取样。通过差速离心法分离根组织细胞壁(CW)、可溶性组分(CL)和细胞器(CO)；采用分级提取法分离细胞壁果胶、半纤维素1(CH1)和半纤维素2(CH2)；利用ICP-MS测定Cd含量，并通过试剂盒分析过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化氢(H₂O₂)和丙二醛(MDA)含量。

研究结果

3.1 辣椒表型
Cd胁迫显著抑制辣椒生长，'Layan 101'根长在7天时降低33.49%，而ABA处理使根长恢复17.51-33.40%。茎粗和株高在ABA处理下也呈现类似改善趋势，表明ABA能部分逆转Cd诱导的生长抑制。

3.2 辣椒组织Cd含量
ABA使'Layan 101'根部Cd含量在7天时降低74.18%，地上部Cd积累减少51.59-64.46%。两品种均显示根部Cd滞留率高达81.19，证实ABA优先抑制Cd向地上部转运。

3.3 辣椒生理特性
Cd胁迫下POD和CAT活性分别提升254.20%和34.55%，而ABA处理使H₂O₂和MDA含量降低19.39-75.98%，表明ABA通过激活抗氧化系统减轻氧化损伤。

3.4 辣椒根部Cd分配
亚细胞分布显示Cd主要富集于细胞壁(占比>60%)，ABA处理使细胞壁Cd占比降低65.87%，同时胞质和细胞器Cd含量显著下降，提示ABA通过改变Cd区室化分布减轻毒性。

3.5 辣椒根细胞壁Cd分布
果胶是Cd主要结合组分(17.72 mg/kg)，ABA使其Cd含量降低50.18%；半纤维素1和2的Cd结合量分别减少47.5%和34.59%，证实ABA通过调节多糖组分抑制Cd固定。

结论与意义
该研究首次阐明ABA通过三重机制缓解辣椒Cd胁迫：1）调控细胞壁果胶/半纤维素合成，减少Cd结合位点；2）增强POD/CAT活性，降低H₂O₂和MDA积累；3）改变Cd亚细胞分布模式，限制其向代谢活跃区转运。这一发现为利用植物激素调控作物重金属耐受性提供了理论依据，对Cd污染农田安全生产具有重要实践价值。未来研究需进一步解析ABA调控细胞壁多糖合成的分子通路，并验证大田应用效果。