瓜氨酸通过调控光合作用与氧化还原稳态缓解铜胁迫对向日葵的毒性效应

【编辑推荐】为缓解铜(Cu)毒性对向日葵生长的抑制，研究人员通过瓜氨酸(CIT)种子引发技术开展研究。实验表明，3 mM CIT预处理显著降低叶片Cu积累，提升抗氧化防御系统(包括H2S和NO水平)，增强GSH介导的甲基乙二醛(MG)解毒，最终改善光合效率与营养吸收，为重金属污染土壤作物栽培提供新策略。

　　

铜(Cu)毒性如同隐形杀手，严重阻碍向日葵(Helianthus annuus L.)的生长发育。科学家们巧妙运用瓜氨酸(CIT)种子引发技术展开救援行动——将经2-4 mM CIT浸泡24小时的种子培育成幼苗后，移栽至含400 mg kg^-1 CuSO₄的污染土壤中。45天后发现，铜胁迫导致叶片变身"重金属仓库"，引发光合机构罢工（叶绿素含量暴跌21%）、营养吸收瘫痪，更激活了自由基"破坏军团"：超氧阴离子(O₂^•?)、羟基自由基(•OH)和过氧化氢(H₂O₂)联手摧毁细胞膜，证据就是丙二醛(MDA)含量飙升3.2倍。

瓜氨酸如同植物界的"特级保镖"，建立三重防御体系：①启动硫-氮防御网络，提升内源性硫化氢(H₂S)和一氧化氮(NO)水平；②激活谷胱甘肽还原酶(GR)，将氧化型谷胱甘肽(GSSG)转化为还原型(GSH)，构建抗氧化"金钟罩"；③组建甲基乙二醛(MG)解毒特攻队，同时促进植物螯合素(PCs)合成。组织化学染色显示，3 mM CIT处理组的叶片中自由基"战场痕迹"显著减少，电解质泄漏(EL)下降41%，仿佛给细胞膜穿上防弹衣。

这场铜胁迫反击战的胜利体现在：叶绿体工厂恢复运转（光合速率提升58%），营养运输通道重新打通（钾离子吸收量增加2.3倍），最终使生物量逆势增长27%。特别值得注意的是，瓜氨酸展现"智能调节"特性——3 mM浓度处理组如同配备精准导航，在降低叶片铜含量(降幅达39%)的同时，完美平衡渗透调节与氧化还原稳态，为农业重金属污染治理提供崭新思路。