小扁豆基因型铬耐受性筛选：生长特性、氧化应激响应及表达分析研究

本研究针对铬(Cr)污染土壤严重威胁农作物生产的问题，通过水培实验系统筛选200份小扁豆基因型，鉴定出5个Cr耐受基因型(G113/G137/G144/G170/G180)，发现FS重量、DS重量等4个关键性状可作为筛选指标，揭示抗氧化酶(SOD/CAT/POD)活性增强和GSTL2等基因表达上调是重要耐受机制，为培育Cr耐受小扁豆品种提供重要遗传资源。

　　

随着工业发展，重金属铬(Cr)在环境中的积累已成为严峻的生态问题。作为非必需重金属元素，Cr⁶⁺
具有强渗透性，会破坏植物叶绿体结构、抑制光合作用并诱发活性氧(ROS)爆发，导致农作物减产高达58%。豆科作物小扁豆(Lens culinaris)作为重要植物蛋白来源，其Cr耐受机制研究仍属空白。针对这一现状，三亚南繁研究院的研究团队开展了系统性研究，成果发表于《Environmental Technology》。

研究采用水培体系结合三重复随机区组设计，对200份小扁豆基因型进行75 ppm Cr胁迫处理。通过表型组学分析发现Cr胁迫导致鲜重(FS)下降58.14%，干重(DS)降低48.23%。主成分分析(PCA)鉴定出FS重量(0.0657 g)、DS重量(0.0084 g)、株高(SL)(8.9315 cm)和干根重(DR)(0.0084 g)四个核心筛选指标。基于胁迫耐受指数(STI>0.65)遴选出5个优异基因型，其抗氧化酶系统(SOD/CAT/POD/GSH)活性显著提升，但抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性异常降低。RNA-seq分析发现谷胱甘肽S-转移酶(GSTL2)在所有耐受基因型中均上调表达，可能通过螯合解毒机制发挥作用。

【材料与方法】
研究采用三阶段实验设计：(1)200份小扁豆种质的水培表型筛选；(2)生化指标检测包括光合色素、丙二醛(MDA)、脯氨酸及抗氧化酶活性；(3)通过Phytozome数据库比对鉴定13个Cr响应基因，利用PulseDB数据库获取表达谱，RT-qPCR验证关键基因。

【研究结果】
3.1 形态性状评估
ANOVA显示基因型、Cr处理及其互作对所有性状影响极显著(p≤0.01)。Cr胁迫导致相对含水量(RW)仅降低5.66%，而FS重量降幅最大(58.14%)，表明生物量积累最易受Cr影响。

3.3 相关性分析与优势基因型
PCA将种质分为3个类群，第2类群50个基因型表现最优。顶级基因型G170的根长(RL)达12.2 cm，较群体均值高23.21%。FS重量与DS重量呈强正相关(r>0.8)，证实其作为筛选指标的可靠性。

3.4 胁迫耐受指数
STI分析显示G180在FS重量指标表现突出(STI=0.99)，其干物质积累受Cr影响最小。iPASTIC在线工具验证了基因型排序的准确性。

3.5 生化响应
耐受基因型通过三重防御机制应对Cr：(1)维持较高叶绿素含量(G144仅降12.48%)；(2)提升脯氨酸(51.31%)和抗氧化酶活性(SOD最高升172.89%)；(3)下调总黄酮含量(TFC)(降55.59%)可能重新分配苯丙烷代谢流。

3.7 基因表达谱
RT-qPCR证实GSTL2在所有耐受基因型中持续上调，其编码的谷胱甘肽S-转移酶可能催化Cr-谷胱甘肽复合物形成。金属硫蛋白MT2A在G144中表达量倍增，暗示其金属螯合功能在Cr解毒中的作用。

【结论与意义】
该研究首次建立了小扁豆Cr耐受性评价体系，发现FS重量等形态指标与GSTL2基因表达可作为有效筛选标记。鉴定的5个耐受基因型为分子育种提供珍贵材料，其特有的APX活性抑制现象为植物氧化应激调控提供新视角。研究成果对重金属污染区作物安全生产具有重要实践价值，GST介导的解毒通路可能成为基因编辑的潜在靶点。后续研究需在田间条件下验证这些基因型的农艺性状稳定性，并深入解析GSTL2的分子调控网络。