《Industrial Crops and Products》：Root-secreted nicotinic acid ameliorates Mn toxicity in sugarcane
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为解决酸性土壤中锰(Mn)毒性导致的甘蔗叶片失绿、生长抑制等问题，研究人员开展了Mn胁迫下根系分泌烟酸(NIA)的调控机制及其生理功能研究。结果表明，低锰积累型甘蔗品种(ZZ1、GT44)的NIA分泌速率显著高于高积累型品种，外源NIA可通过形成NIA-Mn复合物减少植物对Mn的吸收，逆转Mn引起的膜脂过氧化和细胞死亡，恢复根系伸长和叶片叶绿素含量。该研究首次揭示了NIA作为一种新型根系分泌物在植物Mn排斥策略中的关键作用，为改良作物锰毒抗性提供了新靶点。
在全球近50%的耕地为酸性土壤的背景下，过量锰(Mn)的溶解积累已成为限制作物生产的重要障碍。甘蔗作为重要的糖料和能源作物，在南方酸性土壤中常因锰毒害出现叶片黄化、根系生长受阻等现象，导致严重减产。虽然植物已进化出细胞内区隔化等内部耐受机制，但通过根系分泌物主动排斥重金属的“外部防线”在甘蔗中仍不明确。发表在《Industrial Crops and Products》的这项研究，首次发现烟酸(Nicotinic Acid, NIA)是甘蔗响应锰胁迫的核心根系分泌物，并系统阐明了其通过螯合作用阻控锰吸收的生理生态机制。
研究团队采用超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)和高分辨质谱技术，结合水培实验及生理指标检测，通过比较不同锰积累能力甘蔗品种的分泌差异、分析NIA-Mn复合物形成、验证外源NIA对锰吸收及毒性症状的缓解效应，揭示了NIA介导的锰排斥机制。
3.1 不同品种甘蔗植株锰含量分析
锰处理显著提高甘蔗叶片锰含量，且低锰积累品种ZZ1和GT44的锰积累量显著低于高积累品种GT55和F175（图1），表明品种间存在显著的锰排斥能力差异。
3.2 根系分泌物中NIA的鉴定
通过UPLC-MS/MS分析，在锰胁迫下的甘蔗根系分泌物中检测到与NIA标准品保留时间一致（1.76 min）、特征碎片离子（m/z 79.8、77.8）匹配的化合物（图2），确证NIA为锰诱导分泌的关键组分。
3.3 锰诱导甘蔗根系分泌NIA
HPLC定量显示，锰处理显著提升NIA分泌量，且随着胁迫时间延长（6–24 h）分泌持续增加（图4）。低锰积累品种ZZ1和GT44的NIA分泌速率是高积累品种的1.59–3.08倍（图5），说明NIA分泌与品种锰排斥能力正相关。
3.4 NIA作为锰配体的功能验证
高分辨质谱检测到NIA与MnCl2溶液中形成的[NIA]2Mn复合物信号（m/z 299.99），且孵育24小时后信号增强（图6），证实NIA具备锰螯合能力。
3.5 NIA对锰含量、吸收及分配的影响
外源NIA使根系和叶片锰含量降低约65%，整体锰吸收量下降25%（图7）。尽管NIA抑制锰积累，但未改变锰在根-冠部及幼叶-冠部的分配比例（表1），说明其作用靶点为根际锰有效性调控而非体内转运。
3.6 NIA对锰毒性的缓解效应
NIA处理完全逆转锰引起的叶片失绿，叶绿素SPAD值提升72.9%（图8B）；同时显著降低根系丙二醛(MDA)含量、Evans blue染料积累和PI荧光强度（图8C–E），表明NIA有效减轻膜脂过氧化和细胞膜损伤。此外，根系伸长恢复至对照水平的50%（图8F），进一步验证NIA对锰毒生理损伤的修复作用。
该研究通过多维度实验证明，锰胁迫诱导甘蔗根系分泌NIA，其以剂量依赖方式与锰形成稳定复合物，减少锰离子跨膜吸收，进而缓解氧化损伤和生长抑制。这一发现不仅拓展了植物重金属排斥机制的理论框架，也为通过育种或外源调控提升作物在酸性土壤中的适应性提供了新策略。值得注意的是，NIA作为NAD(P)H辅酶的组分，可能同时参与抗氧化代谢，但其在锰胁迫下的信号导导途径及其与其它有机酸分泌机制的互作仍需进一步探索。
