文章題目：Balancing Growth and Defense: Nanoselenium and Melatonin in Tea (Camellia sinensis) Protection against Glufosinate

發表期刊：ACS Nano

影響因子：15.8

已有研究表明納米硒(Nanoselenium, NSe)和褪黑素(Melatonin, MT)可能通過調控除草劑草銨膦(Glufosinate, GLU)，提升茶樹的安全性、品質及抗逆能力。然而它們對茶樹生長、抗氧化活性及次生代謝途徑的生物機制尚不明確。

中國農業大學潘燦平教授研究團隊在ACS Nano期刊發表了題為“Balancing Growth and Defense: Nanoselenium and Melatonin in Tea (Camellia sinensis) Protection against Glufosinate”的研究文章，該研究利用轉錄組聯合代謝組學，證實了NSe−MT對嫩葉代謝網絡的調控作用優于單一處理，驗證了NSe、MT及其復合物質NSe−MT均能有效降低茶樹幼苗體內的GLU及其代謝產物，平衡光系統功能，增強抗氧化防御體系，優化活性氧清除機制的功能，為其他非靶標作物的GLU解毒機制提供了新視角。

研究人員通過檢測嫩葉中可溶性蛋白、L-茶氨酸、葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素；新梢生物量、嫩葉中L-茶氨酸和谷氨酸脫氫酶活性增幅、可溶性蛋白、光合色素含量，判斷出NSe濃度為2.5 mg/L、NSe(2.5 mg/L)-MT(5 mg/L)組合時效果最佳。

研究人員對GLU殘留代謝的標志物3-甲基次膦酸丙酸(MPP)、N-乙酰草銨膦(NAG)重點檢測，研究共設置了4個組別，分別是CKG(5 mg/L GLU)、SG(2.5 mg/L NSe+5 mg/L GLU)、MG(5 mg/L MT+5 mg/L GLU)和SMG(2.5 mg/L NSe+5 mg/L MT+5 mg/L GLU)；結果顯示，所有處理組中的草銨膦濃度均持續下降（圖1A）；其中，SMG處理組培養液殘留量最高；G處理組茶苗體內積累量最大，MPP含量最高；此外MPP的濃度始終高于NAG（圖1B-C）；初步驗證外源化學物質可以有效降低了GLU及其代謝產物殘留量（圖1D−F）。

為分析NSe、MT對GLU作用機制，研究人員對葉綠體、線粒體結構分別觀察，結果顯示，30000倍放大下，G組的葉綠體變圓且類囊體排列紊亂，而CK組和SMG組的類囊體仍保持與葉綠體長軸平行排列的規則結構（圖2）；此外，與CK組和SMG組相比，G組的線粒體大小未發生變化，但嵴出現腫脹；綜上推測，NSe−MT可能通過維持GLU脅迫下的細胞功能和光合能力，從而確保葉片生物量和細胞穩態（圖3C）。

對不同實驗組的表型及生理損傷進行測定，結果顯示，外源刺激劑可以有效緩解GLU脅迫引發的表型與生理損傷（圖3K）；相較于對照G組，SG、MG、SMG組的葉面噴施使單芽生物量、嫩茶葉總生物量、最大光化學效率(Fv/Fm)、葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素、可溶性糖含量均出現不同百分比的提升（圖3B-I）；值得注意的是，類胡蘿卜素與可溶性蛋白含量在各組間無顯著差異，綜上結果，實驗組可能通過參與調控光合作用，減輕了嫩茶葉片光合系統的破壞，從而提升茶湯甜潤感同時減輕了茶的苦味和澀味(J-K)。

不同組別的氧化應激分子物質檢測結果顯示：相較于G組，SG、MG和SMG處理組中的丙二醛(MDA)、過氧化氫(H?O?)、茶樹SOD活性、還原型谷胱甘肽(GSH)和抗壞血酸(AsA)均出現了不同程度的降低（圖3L-P）；3′,3-二氨基聯苯胺(DAB)染色顯示，SMG對H?O?降低效果最顯著；值得注意的是谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)活性在G組無顯著變化，但在SMG組顯著提升23.4%；已知GPX利用GSH實現H₂O₂解毒，其活性增強表明SMG組可能具有更強的GSH-AsA循環能力（圖3S-T）。

對氮同化和氨基酸相關的主要指標檢測后發現，NSe、MT和NSe−MT能有效緩解GLU脅迫引起的嫩茶葉銨毒性和氮代謝紊亂，主要包括以下幾個方面：（1）G組上升而SG、MG、SMG組下降（圖4A）；（2）G組下降但干預后呈回升趨勢（圖4B）；（3）G組下降且干預后持續走低（圖4C）；（4）脅迫與干預（MG除外）均呈上升趨勢（圖4D）；值得注意的是，NSe（55.6%）、MT（55.0%）和NSe-MT（64.7%）處理顯著降低了NH₄⁺積累。這些結果顯示，刺激劑可能通過促進硝酸鹽還原利用反應，從而平衡茶樹氨基酸合成新蛋白、酶等小分子，進而維持茶樹ROS清除穩態。

已知茶葉的主要營養與藥用價值源于三大特征性代謝物：L-茶氨酸(L-The)、兒茶素及咖啡因(CAF)，對其進行檢測發現：L-The受GLU影響顯著，而SG處理對全株茶苗L-The合成抑制的緩解效果最佳(達47%)，其次是SMG(12.8%)和MG(8.4%)(圖5A-B)；此外，相較G組，處理組(SG、MG、SMG)中的酚類物質，均出現不同程度的增加（圖5D-J），這些結果可能與提升成茶風味強度與抗氧化能力相關；而CAF檢測結果顯示，相較G組，SG、MG、SMG處理使嫩葉、根部均出現不同程度降解，這可能與調控成茶苦味相關；

此外CAF、水楊酸(SA)及沒食子酸是提升茶樹抗病性的潛在關鍵物質，結果顯示，沒食子酸響應GLU脅迫而增加，但受外源刺激物抑制（圖5K）；而SA則持續降低，這些結果表明NSe、MT及其組合可能調控GLU引發的未知抗病抗蟲性變化，但還需進一步驗證。

對不同組別的樣本進行轉錄組、代謝組學檢測。轉錄組檢測結果顯示，各組樣本呈現明顯的分離（圖6A）；相較于G組，SG組發現2414個差異基因；MG組1330個；SMG組3795個（圖6B-D），KEGG富集顯示三種刺激物響應GLU的調控通路高度相似，前5位共同通路為MAPK信號通路-植物、次級代謝物生物合成及植物激素信號轉導，差異通路主要包括α-亞麻酸代謝、淀粉與蔗糖代謝及單萜類生物合成（圖6E−G）。

結合轉錄、代謝數據，驗證了茶嫩葉中JA相關酶活性及植物激素含量變化以及黃酮類化合物與酚酸代謝特征（圖8A−R）；結合KEGG富集通路與驗證數據，闡明了NSe、MT及其復合處理通過調控關鍵代謝通路（JA信號合成及苯丙烷類代謝）緩解茶嫩葉GLU脅迫的具體作用機制。

本研究通過殘留行為分析、生理生化檢測、組學篩選及靶向驗證等手段，系統闡明了NSe、MT及NSe−MT緩解茶樹幼苗GLU脅迫的作用機制。

三種激發劑均可有效降低茶樹幼苗體內GLU及其代謝物殘留，促進其可持續發展。NSe−MT通過維持茶樹嫩葉葉綠體和線粒體結構完整性，保護光合作用能力與細胞正常生理功能，從而緩解GLU脅迫，該防護機制為維持茶樹幼苗光合能力并保障其生物量積累提供了依據，為進一步工業化提供茶樹產能提供理論基礎。