《Journal of Plant Interactions》：Mitigating Cd and drought stresses through 24-Epibrassinolide seed priming in basil (Ocimum Basilicum L.): impacts on antioxidant capacity and secondary metabolite profiles
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本文系统探讨了24-表油菜素内酯（BR）种子引发技术对镉（Cd）与干旱双重胁迫下罗勒（Ocimum basilicum L.）生理代谢的调控作用。研究通过分析抗氧化酶（CAT、APX、SOD）活性、苯丙烷途径关键酶（PAL）动态、酚酸类物质（如芦丁、咖啡酸）及挥发性萜类（如甲基丁香酚、法尼烯）的积累模式，揭示BR通过协调氧化还原平衡、重塑次生代谢网络及优化矿质离子（Ca2?、K?、Fe2?）吸收，显著降低Cd积累（最高达89%），为作物抗逆栽培提供新策略。
蛋白质含量动态响应胁迫强度
可溶性蛋白含量在BR处理下呈现胁迫程度依赖性变化。在无胁迫（100% FC + 0 mg kg?1Cd）或轻度镉胁迫（100% FC + 10 mg kg?1Cd）条件下，BR引发使蛋白含量分别下降29%和19%，表明BR可能将代谢资源转向生长相关过程。而在高强度胁迫下，如重度镉胁迫（100% FC + 20–30 mg kg?1Cd）或干旱胁迫（25% FC），BR处理使蛋白含量显著提升13%–24%，提示BR通过稳定蛋白质合成机制、上调应激相关蛋白（如分子伴侣）来缓解Cd毒性。这种双向调控体现BR作为环境应答调节器的精准性，其在低胁迫下节约资源，高胁迫下强化防御蛋白合成。
抗氧化酶系统的阈值激活机制
BR对抗氧化酶（CAT、APX、SOD）的调控呈现典型的应激阈值特性。在正常水分条件下，BR处理使CAT活性降低40%（100% FC + 0 mg kg?1Cd），而极端胁迫（25% FC + 30 mg kg?1Cd）下CAT活性提升42%，表明BR在氧化压力达到临界点时才高效激活H2O2清除系统。APX活性变化更为复杂：在100% FC + 30 mg kg?1Cd + BR组合下提升63%，但在中度干旱（50% FC）下反而下降166%，可能源于BR介导的抗氧化资源重分配。SOD作为初级ROS清除酶，在BR处理下普遍上调，尤其在无镉胁迫时活性增加116%（100% FC + 0 mg kg?1Cd），但其活性在高镉浓度下被抑制（100% FC + 30 mg kg?1Cd + BR下降53%），说明Cd毒性可能超越BR的调控容量。这种酶活性梯度响应揭示BR通过“应激感知-精准激活”模式优化抗氧化防御效率。
苯丙烷代谢通路的应激重构
BR对苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性的调控呈现应激类型特异性。在干旱主导胁迫下（25% FC + 0 mg kg?1Cd），BR使PAL活性提升106%，驱动酚类物质合成；而在镉胁迫为主时（100% FC + 30 mg kg?1Cd），PAL活性下降36%。这种差异反映BR优先响应水分亏缺信号，通过激活苯丙烷通路增强抗氧化代谢。次级代谢产物积累进一步印证该规律：在25% FC + 0 mg kg?1Cd + BR条件下，迷迭香酸（rosmarinic acid）和咖啡酸（caffeic acid）分别暴涨522%和422%；而在镉旱双胁迫下（25% FC + 30 mg kg?1Cd + BR），芦丁（rutin）和芹菜素（apigenin）仍显著增加110%和116%，但总黄酮含量下降41%，提示BR在极端胁迫下优先保障关键酚类抗氧化剂的合成。DPPH自由基清除能力在BR处理下整体增强，尤其在重度干旱下提升显著，印证非酶抗氧化系统的协同强化。
挥发性萜类化合物的生态适应策略
GC-MS分析揭示BR对精油成分的调控具有生态适应性。在干旱胁迫下（25% FC + 0 mg kg?1Cd），BR促进单萜类积累，如芳樟醇（linalool）和樟脑（camphor）分别增加23%和25%，这类化合物可能通过气孔调节增强保水能力。而在镉胁迫下（100% FC + 30 mg kg?1Cd），BR转而提升倍半萜类如金合欢烯（trans-β-farnesene）和石竹烯（caryophyllene）含量（分别增加31%和20），其抗氧化特性有助于缓解金属毒性。值得注意的是，甲基丁香酚（methyleugenol）在镉旱双胁迫下（25% FC + 30 mg kg?1Cd + BR）显著增加81%，暗示BR可能通过调整萜类合成路径平衡氧化防御与资源分配。
矿质离子稳态的协同调控
BR引发显著优化罗勒的离子组平衡。在营养元素方面，BR处理使钙（Ca）含量在100% FC + 0 mg kg?1Cd条件下提升94%，钾（K）和镁（Mg）在干旱胁迫下同步增加，共同维护膜电势稳定。对微量元素的调控更具策略性：锌（Zn）在25% FC + 10 mg kg?1Cd + BR下增加47%，铁（Fe）在100% FC + 10 mg kg?1Cd + BR下飙升177%，而锰（Mn）在多数BR处理下提升33%–100%，形成Zn-Fe-Mn-Mg抗氧化协同网络。最关键的是，BR大幅抑制Cd吸收，在25% FC + 30 mg kg?1Cd + BR下Cd积累降低89%，这种“阻镉促营养”效应可能源于BR对金属转运蛋白（如HMA家族）的调控。
分子机制与农艺应用前景
BR的防护效应始于细胞膜受体BRI1识别，通过抑制BIN2激酶使转录因子BZR1/BES1入核，启动应激响应基因表达。本研究首次在罗勒中证实BR种子引发可同步应对镉毒性与干旱，通过氧化还原调控、代谢网络重构及离子稳态三大支柱增强适应性。未来需开展田间试验验证其农艺价值，并解析BR与脱落酸（ABA）、茉莉酸（JA）的互作网络。尽管BR成本较高，但其作为种子处理剂的减损增效潜力，使其在可持续农业中具应用前景。
