镉铅胁迫下大豆幼苗的生理代谢重塑与应激响应机制：基于1H NMR代谢组学的多维解析

【编辑推荐】本研究通过生长指标测定、光合色素分析、抗氧化酶活性检测及1H NMR（核磁共振）代谢组学技术，系统揭示了大豆（Glycine max）幼苗对镉（Cd）、铅（Pb）胁迫的代谢重编程机制。3 mM Cd导致根长锐减93.5%，5 mM Pb使SOD（超氧化物歧化酶）活性激增163.3%，并鉴定出34种关键代谢物，为作物抗逆性改良和植物修复策略提供新靶点。

　　

Highlight

镉（Cd）和铅（Pb）暴露对大豆幼苗生长产生显著剂量依赖性抑制：3 mM Cd使根长骤降93.5%，5 mM Pb导致根长缩减83.5%。光合系统遭受重创——3 mM Cd处理组叶绿素总量暴跌50%，类胡萝卜素减少54%；5 mM Pb组对应指标分别下降44%和50%。值得注意的是，根部SOD（超氧化物歧化酶）活性呈现差异化响应：1 mM Cd仅提升21.4%，而3 mM Pb刺激下活性飙升至163.3%，揭示铅胁迫引发更剧烈的氧化应激风暴。

Impact of cadmium and lead exposure on growth, biomass allocation, and stress tolerance in Glycine max seedlings

随着Cd/Pb浓度攀升，大豆幼苗根茎生长呈现渐进式衰退。3 mM Cd环境下，茎部长度较对照组萎缩55%；5 mM Pb处理组茎部缩短35.9%。生物量分配模式显著改变，根部干重降幅远超茎部，暗示根系作为重金属首道防线的脆弱性。透射电镜显示根尖细胞出现液泡异常膨大、细胞壁增厚等典型重金属中毒超微结构特征。

Final considerations

本研究通过多维组学联用策略，首次绘制了大豆应对Cd/Pb胁迫的全局代谢图谱。¹H NMR（核磁共振）鉴定出34种代谢标志物，包括丙氨酸、天冬氨酸等应激相关氨基酸。通路富集分析揭示苯丙氨酸代谢和异喹啉生物碱合成通路被显著激活，这些发现为设计"重金属解毒"作物育种策略提供了分子路线图。