瓜氨酸通过调节光合作用、代谢紊乱、金属螯合和养分吸收缓解水稻镍毒害的机制研究

来自巴基斯坦的研究人员针对镍(Ni)污染对水稻生长的毒性效应，通过瓜氨酸(CTL)种子引发技术开展干预研究。结果表明CTL处理可降低Ni积累，增强抗氧化酶系统(SOD、POD、CAT、APX、GST)，促进谷胱甘肽(GSH)介导的甲基乙二醛(MG)解毒，并提升水分和养分吸收能力，为重金属污染农田的作物安全生产提供新策略。

　　

研究评估了瓜氨酸(Citrulline, CTL)种子引发技术对缓解水稻镍(Ni)毒性的潜力。实验设置80和100 mg kg^–1镍胁迫处理组，并分别施加1、1.5和2 mM浓度CTL预处理。结果显示，镍胁迫导致水稻根部与叶片中镍大量积累，引发严重植物毒性。过量镍诱导活性氧爆发——超氧自由基、羟自由基和过氧化氢(H₂O₂)生成激增，同时氧化型谷胱甘肽(GSSG)水平和脂氧合酶活性上升，造成氧化应激状态。这种氧化失衡显著破坏细胞膜完整性，表现为丙二醛(MDA)积累和电解质泄漏加剧。镍毒性还刺激甲基乙二醛(Methylglyoxal, MG)生成，加剧细胞损伤。受镍胁迫植株叶片相对含水量下降，养分吸收受阻，其中镍敏感品种(PK-1121)比耐镍品种(Basmati-515)受害更显著。

CTL处理有效降低了水稻体内镍积累，并激活了抗氧化防御系统：超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、 catalase (CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽S-转移酶(GST)活性显著提升，抗坏血酸(AsA)和抗氧化色素水平同步增加。CTL还促进内源性还原型谷胱甘肽(GSH)库的扩增，从而强化MG解毒途径。通过增强渗透调节物质积累，CTL改善了细胞膜稳定性、水分状态和养分获取能力。此外，CTL处理诱导内源性硫化氢(H₂S)和一氧化氮(NO)生成，进一步协同激活应激状态下的抗氧化网络。本研究证实CTL可作为缓解水稻镍毒害的有效生理调控策略。