ZnSO?胁迫下鹰嘴豆（*Cicer arietinum* L.）品种评价：基于生长、生理、生化及代谢组学的分析

《The Science of Nature》：Evaluation of chickpea (Cicer arietinum L.) varieties under ZnSO4 stress: Insights from growth, physiological, biochemical and metabolomics

　　

摘要

尽管植物需要适量的锌 (Zn) 以维持正常的生长和发育，但锌的过量积累和高浓度会损害植物生长，并干扰生理和代谢过程。本研究旨在利用多变量分析鉴定耐锌鹰嘴豆品种，并阐明初级代谢物对耐锌性的贡献。我们研究了多种生长、生理和生化参数，包括株高、鲜重和干重、锌吸收量、根冠比、相对冠部含水量、耐受指数、叶绿素含量、过氧化氢 (H₂O₂)、丙二醛 (MDA)、电解质泄漏 (EL) 以及酶促和非酶促抗氧化剂，如超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化物酶 (POD)、过氧化氢酶 (CAT)、谷胱甘肽还原酶 (GR)、脯氨酸、可溶性糖和总蛋白，研究对象为三个鹰嘴豆品种：ICCV89310 (IC8)、NC234 (NC2) 和 ICCV89323-B (IC8-B)，处理条件为水培培养基中不同浓度的硫酸锌 (ZnSO₄)（Ck, 50, 100 和 150 μM）。使用气相色谱 - 质谱联用 (GC-MS) 对冠部样本进行代谢物谱分析，并使用电感耦合等离子体发射光谱 (ICP-OES) 定量测定根系和冠部的锌积累。结果显示，受测品种之间存在显著差异。例如，在升高的硫酸锌胁迫下，IC8 和 NC2 表现出稳健的生长以及生理和生化表现，表明它们具有更强的耐锌性，而 IC8-B 是最敏感的品种。此外，在所有锌处理中，与 IC8-B 相比，IC8 和 NC2 表现出更强的酶促和非酶促抗氧化能力。同时，在三个鹰嘴豆品种的冠部中定量测定了 46 种不同类别的响应代谢物，包括有机酸、氨基酸、胺类、醇类和糖类。值得注意的是，与 IC8-B 相比，IC8 和 NC2 的相对耐受潜力与独特的代谢调整有关，包括组氨酸、天冬酰胺、色氨酸、尿囊素和抗氧化相关代谢物的变化。总体而言，本研究为鉴定耐锌和敏感锌的鹰嘴豆种质提供了整合的生理、生化和代谢组学基础。IC8-B 可作为比较耐锌研究或评估其他鹰嘴豆耐受能力的敏感参考品种，而 IC8 和 NC2 代表了适用于锌污染环境的前景种质；然而，在实用应用之前，仍需要进行田间规模的确认。