纳米硒通过调控亚细胞分布和次生代谢缓解樱桃番茄的镉胁迫

《Plant Science》：Nano-Selenium Alleviates Cd Stress in Cherry Tomato via Modulating Subcellular Distribution and Secondary Metabolism

　　

摘要

镉（Cd）是一种有毒重金属，会危害植物生长和人类健康。本研究表明，在水培条件下，叶面喷施纳米硒（SeNPs）比硒酸钠更能有效缓解樱桃番茄的镉胁迫。纳米硒可提高幼苗生物量、叶绿素含量及光合参数，降低叶片中丙二醛和脯氨酸水平，增强超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性。基因表达分析结果一致表明，SeNPs显著上调了叶片中与抗氧化相关的基因（CAT1、POD）及生长素调节基因（IAA）。重要的是，SeNPs将镉的迁移因子降低了31.47%（硒酸钠为19.24%），并增加了细胞壁结合态镉的比例（叶片中为54%，根部为55%），从而限制了镉向细胞器的迁移。代谢组学分析进一步揭示，SeNPs诱导了比硒酸钠更强的代谢重编程，鉴定出116种特异差异代谢物（硒酸钠为48种）。关键上调代谢物包括氨基酸衍生物、碳水化合物和类黄酮，而下调代谢物主要为杂环化合物。值得注意的是，SeNPs独特且显著富集了甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢通路，这在硒酸钠处理中并未出现。这些变化主要通过植物次生代谢、ABC转运蛋白以及氨基酸（色氨酸、甘氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸）通路介导。本研究为通过纳米材料介导的代谢调控来减轻樱桃番茄重金属胁迫提供了新的机制见解。

章节片段

引言

番茄（Solanum lycopersicum L.）是一种一年生草本植物，富含类胡萝卜素、维生素B和C，营养价值高（Quinet等，2019）。樱桃番茄（Lycopersicon esculentum var. cerasiforme A.Gray）是普通番茄的优良变种，多以生食方式食用，因其个头小巧、风味独特、营养丰富而深受消费者喜爱（Liu等，2018）。然而，樱桃番茄容易富集高浓度的镉，这不仅导致

纳米硒的合成

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实验材料与实验设计

本研究选用樱桃番茄品种'绿玉'，该品种选自我们研究小组的初步筛选数据，与其他品种相比，该品种具有相对较高的镉积累能力（Su等，2021）。选用该高积累品种可以确保产生明确的镉胁迫表型，便于评估处理效果。种子由山东省提供

纳米硒的表征

扫描电子显微镜（SEM）图像（图1A）显示，SeNPs呈良好分散的球形，无明显团聚现象。统计分析（图1B）结果表明，平均粒径为100.98 ± 10.57?nm，表明粒径分布较窄。XRD分析（图1D）鉴定其结构相为无定形态。通过FTIR光谱表征（图1C）确认了壳聚糖的存在，1000、1400和1600?cm?1处的峰分别对应C-O-C、C-N和

结论

本研究系统研究了叶面喷施SeNPs和硒酸钠对樱桃番茄幼苗镉毒性的差异效应。SeNPs在所有评价指标上均表现出更优的效能。多水平分析揭示了协同调控模式：在生化和分子水平上，SeNPs增强了抗氧化酶活性（SOD、POD、CAT），降低了氧化标志物（MDA、脯氨酸）水平，并上调了抗氧化相关基因（CAT1、POD）及IAA。在

备注

作者声明不存在利益冲突。

资助

本研究由四川省自然科学基金（2025ZNSFSC0185）资助。

CRediT作者贡献声明

周晓彤：撰写——审阅与编辑。宋艳春：撰写——审阅与编辑。王宪祥：指导。何钟群：撰写——审阅与编辑、项目管理、方法学、概念设计。倪子涵：撰写——审阅与编辑。郑书雯：撰写——审阅与编辑。刘凯悦：撰写——审阅与编辑。陆英怡：撰写——审阅与编辑、调查研究。唐莉：撰写——审阅与编辑、撰写初稿。洪婷：撰写——审阅与编辑、撰写——

利益冲突声明

作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的经济利益冲突或个人关系。

洪婷|唐莉|倪子涵|郑书雯|刘凯悦|陆英怡|周晓彤|宋艳春|王宪祥|何钟群

四川农业大学园艺学院，成都，611130，中华人民共和国