植物激素协同调控缓解水稻砷毒性的机制研究：抗氧化防御、脯氨酸代谢与砷解毒途径的增强

本研究针对农业土壤砷(As)污染这一全球性环境问题，创新性地探究了油菜素内酯(BRs)、茉莉酸(JA)和独脚金内酯(SLs)三种植物激素对水稻(Oryza sativa L.)砷毒性的缓解作用。通过系统分析生长参数、光合特性、氧化应激标志物及基因表达等指标，发现外源激素处理可显著提升抗氧化酶活性(SOD/POD/CAT/APX)，优化AsA-GSH循环，促进砷在液泡中的区隔化，降低根茎砷积累达21%。该研究为重金属污染农田的生态修复提供了新型植物激素调控策略。

　　

随着全球工业化进程加速，农田重金属污染已成为威胁粮食安全的重大环境问题。其中砷(As)作为一类致癌物质，可通过水稻等作物的吸收进入食物链，最终在人体肝脏、肾脏等器官富集，引发癌症和多种器官功能障碍。尤其令人担忧的是，水稻对砷具有特殊的富集能力，其籽粒中砷含量可达其他谷物的10倍以上。面对这一严峻挑战，传统物理化学修复方法存在成本高、易造成二次污染等缺陷，而植物激素调控因其环境友好、操作简便等优势，逐渐成为研究热点。

东南大学能源与环境学院联合河海大学水文水资源学院的研究团队在《Scientific Reports》发表重要成果，系统探究了三种关键植物激素——油菜素内酯(BRs)、茉莉酸(JA)和独脚金内酯(SLs)对水稻砷毒性的缓解机制。研究人员通过盆栽实验结合多组学分析，首次揭示了这些激素通过协同调控抗氧化防御系统、脯氨酸代谢通路和砷解毒途径，显著增强水稻对砷胁迫的耐受性。

研究采用盆栽实验设计，将水稻幼苗暴露于不同浓度砷(100/200 mg kg^-1)环境中，定期喷施BRs(0.1μM)、JA(1μM)和SLs(0.05μM)。通过LI-COR气体交换系统测定光合参数，结合分光光度法分析MDA、H₂O₂等氧化应激标志物，采用qRT-PCR技术检测OsSOD、OsPOD等基因表达，并运用原子吸收光谱测定砷积累量。

植物生长和光合色素
研究发现200 mg kg^-1砷处理使水稻株高降低26%，叶绿素含量下降12%。而BRs处理使净光合速率提升24%，SLs显著增加气孔导度17%，三种激素共同作用可完全逆转砷对生物量的抑制效应。

氧化应激与抗氧化防御
砷胁迫导致H₂O₂和MDA含量激增82%，但JA处理使SOD活性提升90%，BRs使APX基因表达上调27%。值得注意的是，激素组合处理使抗氧化酶活性产生协同增强效应，远超单一激素处理效果。

砷吸收与细胞区隔化
200 mg kg^-1砷处理下根茎砷积累量分别增加170%和155%，而SLs通过激活液泡转运蛋白，使砷在液泡中的储存量增加32%，同时细胞质砷含量降低23%。这种区隔化作用与细胞壁果胶甲基酯酶(PME)活性变化密切相关。

AsA-GSH循环与脯氨酸代谢
研究首次发现BRs能显著提升脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)活性22%，优化氧化还原平衡。同时，JA通过抑制脯氨酸脱氢酶(PRODH)活性，使游离脯氨酸积累量增加85%，有效维持细胞渗透压。

这项研究开创性地阐明了植物激素网络调控砷解毒的分子机制，证实BRs、JA和SLs可通过多靶点协同作用缓解砷毒性。特别重要的是，研究发现激素处理不仅降低水稻可食用部位的砷积累量19%，还能同步提升铁、镁等营养元素含量15-18%，实现了"减毒提质"的双重目标。该成果为发展基于植物激素的重金属污染农田修复技术提供了理论依据，对保障粮食安全具有重大实践价值。未来研究可进一步探索激素配比优化、田间验证试验以及 CRISPR/Cas 技术靶向改造相关通路基因等方向。