新疆生地所揭示褪黑素缓解小麦锂毒新机制

　　

随着锂电池产业的迅猛发展，锂已成为21世纪新兴的土壤污染物。在干旱半干旱地区，受强蒸发和再生水灌溉等因素影响，锂盐可能在植物根区富集，威胁农业生产。研究发现，锂毒性会引发小麦根系钾离子（K⁺）稳态的灾难性崩溃，使钾吸收量骤降60%以上。其深层机制在于，锂胁迫诱发了植物体内活性氧（ROS）的剧烈爆发，进而激活了GORK外流通道，导致细胞内关键的钾储备大量泄漏，引发致命的生理性“大出血”。

面对这一挑战，中国科学院新疆生态与地理研究所农田生态安全与绿洲人地关系团队将高分辨率非损伤微测技术（MIFE）与激光共聚焦显微镜相结合，精准监测了小麦根系K⁺的动态变化。

研究证实，外源施加褪黑素是破解该困境的关键。褪黑素能够通过精准调节细胞的氧化还原平衡，抑制ROS的过度生成，同时恢复细胞能量并重编程转运蛋白。这一系列作用有效阻止了钾离子的流失，成功重建了K⁺稳态，显著缓解了锂对小麦的毒害。该成果深入解析了植物对抗新金属污染的微观生理过程，揭示了植物激素褪黑素缓解小麦锂毒性的关键机制，为面临土壤锂污染的地区保障粮食安全提供了重要理论支撑，为未来通过农艺调控手段提升作物抗逆性、维持旱区农业可持续发展开辟了新途径。

研究成果以“Melatonin alleviates Li toxicity in wheat via regulating redox and K⁺ homeostasis”为题发表在环境科学与生态学Top期刊《Journal of Hazardous Materials》。新疆生地所特别研究助理Waqas ud Din Khan为第一作者，新疆生地所副研究员Mohsin Tanveer和西澳大学Sergey Shabala教授为共同通讯作者。该研究得到国家人才项目资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.141593

图：锂胁迫影响地上部生长过程中，有无褪黑素参与的根系离子稳态调节机制模型