外源α-硫辛酸通过调控代谢物、养分吸收及抗氧化防御缓解铅胁迫对番茄幼苗的毒性作用

本综述系统探讨了外源α-硫辛酸（ALA）在缓解铅（Pb）毒性对番茄幼苗影响中的多重机制。研究表明，ALA通过增强抗氧化酶系统（SOD、POD、CAT、APX、GR、DHAR）、调节抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循环关键组分（提高GSH/GSSG和AsA/DHA比值）、抑制脂氧合酶（LOX）活性以及改善矿质养分吸收（N、P、K、Ca、Fe），显著减轻Pb诱导的氧化损伤（降低H2O2和MDA水平），从而恢复细胞膜完整性、光合色素含量及水分平衡，为重金属污染农业区的作物抗逆调控提供新策略。

　　

引言

重金属污染对全球农业系统构成严重威胁，其中铅（Pb）作为非必需重金属元素，可通过灌溉水在土壤中累积，进而抑制植物生长、破坏光合机构、干扰矿质养分平衡并诱导氧化应激。α-硫辛酸（ALA）作为一种天然二硫键抗氧化剂，兼具活性氧（ROS）清除和金属螯合能力，近年来在增强植物抗逆性方面展现出潜力。本研究首次系统解析了外源ALA在缓解Pb胁迫中对番茄幼苗生理代谢和抗氧化防御网络的调控机制。

材料与方法

研究以番茄（Solanum lycopersicum L. Cv. Super Strain B）为材料，通过Pb(NO₃)₂溶液（250 ppm）模拟污染灌溉条件，并叶面喷施0.1 mM ALA。测定指标包括生长参数、光合色素含量、相对含水量（RWC）、电解质泄漏率（EL）、矿质元素（N、P、K、Ca、Fe、Pb）吸收、氧化损伤标志物（H₂O₂、MDA）、脂氧合酶（LOX）活性、抗坏血酸-谷胱甘肽循环关键组分（AsA、DHA、GSH、GSSG）及抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APX、GR、DHAR）活性。

结果分析

Pb胁迫显著抑制番茄幼苗生长，导致叶片失绿、生物量下降（总鲜重减少66.2%），并降低叶绿素a（47.3%）、叶绿素b（37.5%）和类胡萝卜素（40.3%）含量。同时，Pb胁迫引发氧化爆发，H₂O₂和MDA含量显著上升，细胞膜完整性受损（EL增加82.1%），LOX活性增强。矿质吸收分析表明，Pb处理组中N、P、K、Fe含量显著降低，而Pb在根和叶中分别积累至对照的3.97倍和1.62倍。

外源ALA处理显著逆转上述负面效应：生物量恢复、光合色素含量提升、RWC改善、EL降低。ALA通过增强抗氧化酶系统活性（如SOD、POD、CAT、APX、GR、DHAR），促进AsA-GSH循环运行，提高还原型谷胱甘肽（GSH）与氧化型谷胱甘肽（GSSG）比值及还原型抗坏血酸（AsA）与脱氢抗坏血酸（DHA）比值，有效维持细胞氧化还原稳态。此外，ALA抑制LOX活性，减少脂质过氧化产物生成，并调控养分吸收模式，减少Pb积累的同时促进必需元素（尤其是根部Ca沉积）的吸收。

讨论

ALA的多重保护机制涉及：1）直接清除ROS并螯合Pb离子；2）激活ASA-GSH循环关键酶（GR、DHAR）及非酶抗氧化剂（GSH、AsA）再生；3）通过调节LOX活性限制茉莉酸等应激激素合成通路；4）改善离子稳态和细胞壁结构（Ca沉积）。回归分析进一步证实，ALA处理下Pb浓度与GSH、AsA、GR呈负相关，与GSSG、DHA呈正相关，表明ALA通过 redox 平衡调控抑制Pb吸收。

结论

外源ALA通过整合代谢调控、抗氧化防御和养分管理三重机制，显著增强番茄幼苗对Pb胁迫的耐受性。其作用涵盖从分子水平（酶活性和 redox 平衡）到生理水平（光合效能和膜稳定性）的多层次响应，为重金属污染农田的作物安全生产提供了可行的生化调控策略。未来研究需结合转录组学（如NGS技术）深入解析ALA介导的基因网络调控机制。