硒超富集植物Neptunia amplexicaulis的离体再生体系构建及硒耐受积累机制研究

本研究针对全球性硒分布不均导致的健康问题，以澳大利亚原生硒超富集植物Neptunia amplexicaulis为模型，首次建立其离体器官发生再生体系（TDZ诱导），并开发了基于低硫（1/15xS_MS）培养基的硒积累测试系统。研究发现该物种在含90μM Na2SeO4条件下仍能积累1900μg Se g-1 DM，同时证实Medicago truncatula具有次级硒积累特性。该成果为解析植物硒超积累分子机制及作物生物强化提供了关键技术平台。

　　

硒作为人体必需微量元素，其地理分布不均导致全球约10亿人面临硒缺乏风险，而部分区域又存在硒毒害问题。植物作为硒进入食物链的关键媒介，其硒积累能力差异显著——普通作物硒吸收效率低下，而少数超富集植物如Neptunia amplexicaulis（豆科）叶片可积累高达13,600μg Se g^-1干重的硒。这种极端耐受与富集特性的分子机制长期未明，主要受限于该物种遗传工具的缺失。为此，德国汉诺威莱布尼茨大学（Leibniz University Hannover）与荷兰瓦赫宁根大学（Wageningen University and Research）的研究团队在《Natural Products and Bioprospecting》发表突破性研究，首次建立了N. amplexicaulis的离体再生体系，并开发了配套的硒积累分析平台。

研究采用5日龄幼苗的根和下胚轴外植体，通过两步法TDZ（噻苯隆）诱导（4.5μM→0.45μM）结合暗培养，实现间接器官发生；同时利用垂直培养系统比较了N. amplexicaulis、N. heliophila和Medicago truncatula在标准（1.5mM MgSO₄）与低硫（0.1mM）培养基中的硒积累差异。关键技术包括：改良MS培养基（SIM9配方）、TDZ梯度诱导策略、X射线荧光光谱（μ-XRF）元素分析等。

培养基优化与再生体系建立

研究发现含TDZ的SIM9培养基（pH 6.5，B5维生素）显著促进愈伤形成，4周后相对愈伤面积达60%，而BAP处理仅30%。黑暗培养3周后转光周期可减少褐变，6周时在下胚轴和根外植体上观察到深绿色芽原基分化（图3）。

值得注意的是，一例根外植体在无激素培养基中自发再生完整芽体（图6d），暗示该物种存在直接器官发生潜力。

硒积累特性验证

在含90μM硒酸盐的1/15xS_MS培养基中，N. amplexicaulis根部硒含量达1900μg g^-1 DM，且维持高硫水平（>7000μg g^-1），显示其优先吸收硒的特性。意外发现M. truncatula在充足硫供应下可积累300μg Se g^-1而不表现毒性，被首次归类为次级积累物种（图8）。

该研究突破了Mimosaceae亚科植物再生技术瓶颈，为后续CRISPR/Cas基因编辑奠定基础。建立的硒积累测试系统证实N. amplexicaulis离体条件下仍保持超富集特性，其组成型高硫代谢可能通过硫转运蛋白（SULTR）同化途径实现硒特异吸收。这些发现为解析植物硒感知与转运机制提供了全新模型，对开发硒生物强化作物具有重要指导价值。