酸性土壤是全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的重要限制因素之一，約占世界耕地總面積的50%，廣泛分布于熱帶、亞熱帶及溫帶多雨地區(qū)。在我國(guó)，酸性土壤主要分布在長(zhǎng)江中下游以南的廣大區(qū)域，包括湖南、江西、福建、廣東、廣西、海南等省份，其總面積占國(guó)土面積的20%以上。這些土壤在長(zhǎng)期風(fēng)化、淋溶及人為活動(dòng)影響下，普遍出現(xiàn)酸化現(xiàn)象，pH值顯著降低。油菜（Brassica napus L.）作為我國(guó)最重要的油料作物之一，在長(zhǎng)江中下游流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)核心地位，該地區(qū)油菜籽產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的三分之一以上。因此，揭示油菜耐酸抗鋁的生物學(xué)機(jī)制，選育耐酸抗鋁品種，對(duì)于保障我國(guó)油料供給安全、實(shí)現(xiàn)土壤酸化背景下的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。

 

　　該團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，鋁耐受品種通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控細(xì)胞壁組分，顯著增強(qiáng)對(duì)鋁的固定能力。研究表明，鋁離子主要與細(xì)胞壁中的堿溶性果膠（ASP）和半纖維素1（HC1）特異性結(jié)合。在鋁脅迫條件下，鋁耐受型油菜通過(guò)增加果膠含量并提高果膠甲酯酶（PME）活性，特別是水溶性果膠（WSP）組分的活性，顯著增加了細(xì)胞壁中鋁的結(jié)合位點(diǎn)，從而將鋁離子有效"鎖定"在細(xì)胞壁中，阻止其向細(xì)胞質(zhì)內(nèi)遷移，減輕鋁的毒害效應(yīng)，成為品種耐鋁性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

 

　　鋁脅迫會(huì)誘發(fā)活性氧（ROS）大量積累，導(dǎo)致氧化損傷。該研究發(fā)現(xiàn)，鋁耐受品種能夠高效激活抗氧化防御系統(tǒng)，通過(guò)超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）的協(xié)同作用，有效清除過(guò)氧化氫（H?O?）和超氧陰離子（O??），降低脂質(zhì)過(guò)氧化水平（MDA含量），維護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性。同時(shí)，該品種還能調(diào)整能量代謝策略，增加蘋(píng)果酸、檸檬酸等有機(jī)酸的合成，通過(guò)三羧酸循環(huán)（TCA）代謝重組優(yōu)化碳架分配，以較低能量消耗實(shí)現(xiàn)鋁的區(qū)室化和解毒。這種協(xié)同防御策略顯著增強(qiáng)了植株的整體抗逆能力。

 

　　根系分泌有機(jī)酸是植物解除鋁毒的重要機(jī)制。該研究揭示了不同耐性品種采用差異化的有機(jī)酸調(diào)控策略：鋁敏感品種（Al-S 482）在鋁脅迫下大幅增加酒石酸的分泌，通過(guò)螯合作用降低根際鋁離子濃度；而鋁耐受品種（Al-T 806）則更側(cè)重于細(xì)胞內(nèi)檸檬酸和草酸的積累與循環(huán)，通過(guò)液泡區(qū)隔化和形成金屬配體實(shí)現(xiàn)內(nèi)部解毒。高效液相色譜（HPLC）分析進(jìn)一步證實(shí)，鋁耐受品種通過(guò)調(diào)控TCA代謝，同時(shí)優(yōu)化根系有機(jī)酸分泌和胞內(nèi)有機(jī)酸螯合雙重機(jī)制，在降低鋁吸收的同時(shí)實(shí)現(xiàn)已吸收鋁的解毒，以更低的能量消耗實(shí)現(xiàn)代謝適應(yīng)與鋁毒防御的協(xié)同。這種差異化策略反映了甘藍(lán)型油菜在進(jìn)化過(guò)程中形成的多樣化鋁適應(yīng)機(jī)制，為品種改良提供了多個(gè)潛在靶點(diǎn)。

 

　　華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物營(yíng)養(yǎng)生物學(xué)團(tuán)隊(duì)博士研究生張?chǎng)檎撐牡谝蛔髡撸V大教授為論文通訊作者。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物營(yíng)養(yǎng)生物學(xué)團(tuán)隊(duì)徐芳森教授全程指導(dǎo)該項(xiàng)研究，澳大利亞La Trobe University Surya Kant副教授、研究生Venuste Munyaneza、易伯濤、張鵬超、張雪梅也參與了該項(xiàng)研究。該研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2022YFD1900705）的資助。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物營(yíng)養(yǎng)生物學(xué)團(tuán)隊(duì)丁廣大教授課題組長(zhǎng)期從事作物養(yǎng)分高效利用與抗逆機(jī)制研究，在Molecular Plant、Journal of Hazardous Materials、Journal of Advanced Research、Plant Journal、Plant Cell and Environment等期刊發(fā)表論文40余篇，以第一發(fā)明人授權(quán)專利5項(xiàng)，主編《土壤肥料學(xué)（第三版）》，獲植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、湖北省教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等各類獎(jiǎng)勵(lì)5項(xiàng)，擔(dān)任植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)編委、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)青年編委。