叶酸介导的芥花(Brassica napus L.)在氯化汞胁迫下的植物修复作用及生理机制研究

《Discover Agriculture》：Folic acid-mediated phytoremediation by canola (Brassica napus L.) under mercuric chloride (HgCl2) stress

　　本研究针对重金属汞污染对农业生产可持续性的威胁，探讨了外源叶酸(FA)对氯化汞(MC)胁迫下两个芥花品种的缓解效应。通过盆栽实验发现，叶酸喷施能显著改善汞胁迫引起的叶绿素含量下降(49%)、氧化损伤等问题，使单株谷物产量最高提升72%。研究证实叶酸通过增强抗氧化酶系统(SOD、POD、CAT等)和渗透调节物质(脯氨酸、甘氨酸甜菜碱)活性，有效提升作物对汞胁迫的耐受性，为重金属污染农区的安全生产提供了新策略。

　　

随着工业化和城市化进程的加速，重金属污染已成为威胁全球农业可持续发展的严峻问题。其中，汞(Hg)作为毒性最强的非放射性重金属之一，因其在环境中的高迁移性和生物累积性，被国际组织列为优先控制污染物。当汞通过工业废水、农药残留等途径进入土壤后，会被作物吸收并通过食物链传递，最终引发人类神经、肾脏等多系统损伤。在植物体内，汞胁迫会诱发活性氧(ROS)爆发，导致细胞膜脂过氧化、叶绿体结构破坏、光合作用受阻等连锁反应，造成农作物产量和品质的双重下降。面对这一挑战，开发经济有效的重金属污染缓解技术成为农业环境领域的研究热点。

近期发表于《Discover Agriculture》的一项研究创新性地探索了维生素B9——叶酸(Folic Acid, FA)在芥花(Brassica napus L.)汞胁迫缓解中的作用。该研究由巴基斯坦费萨拉巴德农业大学的研究团队完成，通过系统分析叶酸对氯化汞(HgCl₂)胁迫下芥花生理生化特性的调节机制，为维生素类物质在植物抗逆中的应用提供了新依据。

研究团队采用盆栽实验设计，以超级芥花(V1)和桑达尔芥花(V2)为材料，设置0、50 mM、100 mM三个汞胁迫浓度梯度，并结合0、50 μM、100 μM三个叶酸喷施水平。通过测定植株生长指标、光合参数、抗氧化酶活性、渗透调节物质含量及产量构成等28项指标，全面评估了叶酸的干预效果。

在形态指标方面，100 mM汞胁迫使芥花的根长和株高分别降低至对照的0.5倍和0.6倍，生物量积累严重受阻。而100 μM叶酸处理使根长和株高分别增加1.6倍和1.3倍，显著缓解了汞的抑制效应。超级芥花表现出比桑达尔芥花更强的耐受性，其根干重在叶酸干预下提升1.8倍。

生理参数分析显示，汞胁迫导致叶绿素含量下降49%，类胡萝卜素却意外增加68%，这可能是一种光保护机制。渗透调节方面，脯氨酸和甘氨酸甜菜碱含量随汞浓度上升而增加，表明植株启动了渗透调节机制。叶酸处理则使相对含水量提升36%，并降低氧化损伤标志物丙二醛(MDA)和过氧化氢(H₂O₂)含量。

抗氧化酶系统对汞胁迫的响应尤为显著。超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)活性均明显增强，构成了一套完整的活性氧清除网络。叶酸处理进一步强化了该系统的效率，其中100 μM叶酸使SOD和CAT活性达到峰值。

在产量性状方面，汞胁迫使千粒重下降1.8倍，单株角果数减少1.6倍，单株产量降低2.1倍。而100 μM叶酸处理使单株产量提升1.9倍，角果数增加1.7倍，超级芥花的增产效果尤为突出。

主成分分析(PCA)和相关性分析进一步验证了上述发现。形态指标与产量参数呈正相关，而与氧化应激指标呈负相关，表明汞胁迫主要通过诱导氧化损伤抑制植株生长。叶酸则通过调节这一平衡关系发挥保护作用。

本研究证实，叶酸作为一碳代谢的关键辅因子，通过参与叶绿素合成、氮碳代谢等途径，有效缓解了汞胁迫对芥花的生长抑制。其作用机制包括：增强抗氧化酶系统活性，降低脂质过氧化程度；调节渗透物质平衡，维持细胞水分稳态；改善光合器官功能，保障能量供应。在50 mM汞胁迫下配合100 μM叶酸处理的组合，表现出最佳的植物修复效果。

该研究不仅为重金属污染地区的作物安全生产提供了可行的农艺措施，也拓展了维生素类物质在植物抗逆生理中的应用前景。未来研究可进一步探索叶酸与其他缓解剂的协同效应，以及在不同作物系统中的普适性，为构建重金属污染农区的绿色生产体系提供更多科学依据。