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为探究硒（Se）缓解植物铅（Pb）胁迫的代谢机制，Helwan 大学等研究人员开展了硒引发蚕豆种子对铅胁迫响应的代谢组学研究。结果表明硒引发能改善生长参数，改变关键代谢物浓度和代谢途径，为提高植物抗重金属污染提供了策略。
在广袤的农业世界里，蚕豆作为重要的粮食作物，为人类和牲畜提供着丰富的营养，同时还能通过固氮作用维持土壤肥力。然而，铅污染却如同一场可怕的灾难，威胁着蚕豆的生长。铅（Pb）在环境中不断累积，来源广泛，像含铅油漆、汽车尾气、采矿冶炼等活动，都让土壤中的铅含量逐渐升高。铅进入植物后，会严重破坏植物的生理过程，抑制种子萌发、阻碍植物生长、降低作物产量，还会干扰植物的代谢，改变代谢物的种类和含量。
而硒（Se）作为一种神奇的微量元素，在植物生长和应对胁迫方面有着重要作用。它不仅能促进植物生长，还能增强植物对各种逆境的抵抗力，尤其是对重金属胁迫的抗性。基于此，来自 Helwan 大学（埃及）和 Claflin 大学（美国）的研究人员开展了一项关于硒引发蚕豆种子对铅胁迫响应的代谢组学研究，相关成果发表在《BMC Plant Biology》上。
为了开展这项研究，研究人员运用了多种关键技术方法。在植物培养方面，选用 “Giza 716” 蚕豆种子，经表面消毒后，分别用蒸馏水或 0.1 mM 亚硒酸钠溶液浸泡 12 小时进行种子引发处理。种植后，对部分植株进行叶面喷施硝酸铅处理。之后，采集植株样本进行形态学测量、代谢物提取。利用核磁共振光谱（NMR）技术对代谢物进行分析，通过与相关数据库比对鉴定代谢物，并借助 KEGG 数据库进行富集和通路分析，同时运用统计分析方法对数据进行处理。
研究结果如下：
- 形态学变化：铅处理显著抑制蚕豆生长，使根长、叶、茎和根鲜重等生长参数大幅降低。而硒引发处理对幼苗生长有显著促进作用，能增加植株的根长、茎长、鲜重和干重等。在铅胁迫下，硒引发处理的植株生长参数比单独铅处理的植株有明显提升，这表明硒引发能有效减轻铅诱导的生长抑制。
- 代谢变化：通过 1D 和 2D NMR 光谱对蚕豆地上部分极性提取物进行非靶向代谢谱分析，共鉴定出 58 种代谢物，涵盖氨基酸、羧酸、脂肪酸、碳水化合物等多个类别。主成分分析（PCA）和层次聚类分析（HCA）显示，铅处理对代谢谱的影响大于硒处理。进一步分析发现，硒处理使 AMP 和腺苷等代谢物显著上调，同时积累了如葫芦巴碱和 DL - 多巴等生物活性代谢物。铅处理则导致天冬氨酸、谷氨酸等氨基酸以及柠檬酸、苹果酸等有机酸显著下调。在铅处理的样本中还检测到 2 - 甲基戊二酸、3 - 甲基己二酸和肾上腺素等特殊代谢物。此外，硒引发且受铅胁迫的植株（SP）中，天冬酰胺、色氨酸、黄嘌呤等代谢物显著上调，这些代谢物在增强植物对铅胁迫的耐受性方面发挥着重要作用。
- 生物途径：通路分析表明，硒和铅处理显著改变了 42 条代谢途径，其中受影响最显著的途径包括氨酰 - tRNA 生物合成、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢以及缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成等。在这些途径中，关键代谢物的变化影响着植物的生长和对铅胁迫的响应。例如，在氨酰 - tRNA 生物合成途径中，铅处理使某些关键中间代谢物下调，干扰了蛋白质合成过程；而硒引发处理可能通过调节这些代谢途径，增加蛋白质合成，从而促进植物生长。
综上所述，本研究表明硒引发能显著增强蚕豆在铅胁迫下的生长和抗性。通过促进氨基酸、有机酸、酚类和碳水化合物等重要代谢物的产生，以及调节关键代谢途径，提高了植物对铅胁迫的耐受性。这一研究为利用硒改善植物在重金属污染环境中的生长提供了理论依据，为农业生产中应对重金属污染问题提供了新的策略和方向。未来，研究人员可进一步探索不同硒和铅浓度下的剂量 - 响应关系，确定最佳硒引发剂量和植物对铅的耐受阈值，从而更好地应用于实际生产中。
