肉桂醛調(diào)控不結(jié)球白菜多胺氧化酶-過(guò)氧化氫系統(tǒng)緩解硒脅迫的機(jī)理研究

楊會(huì)敏，王 旭，郝旖旎，石志琦，陳 健，楊立飛*

(1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，南京 210095； 2 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)研究所，南京210014；3 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 和縣新農(nóng)村發(fā)展研究院，安徽和縣 238200)

硒(selenium，Se) 是動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的重要微量營(yíng)養(yǎng)元素之一，它既有益又有害，這種雙重效應(yīng)之間的界限非常狹窄，并且在物種之間有所不同[1]。鑒于硒對(duì)人體健康的重要性，人們開(kāi)始越來(lái)越多地關(guān)注富硒農(nóng)產(chǎn)品[2]。然而持續(xù)施用硒肥增加了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中硒的釋放量，對(duì)作物生長(zhǎng)造成潛在危害[3]。此外，灌溉、采礦、煉油、化石燃料燃燒和工業(yè)廢水排放等人類(lèi)活動(dòng)也造成了環(huán)境中硒污染程度增加[4]。因此，了解植物如何與過(guò)量硒反應(yīng)的機(jī)制對(duì)于植物、人類(lèi)和動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)以及降低環(huán)境中硒污染的風(fēng)險(xiǎn)非常重要。

硒脅迫擾亂植物的生理狀態(tài)，進(jìn)而阻礙植物的生長(zhǎng)發(fā)育?；钚匝?reactive oxygen species，ROS)過(guò)量累積誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激是植物響應(yīng)逆境脅迫的重要作用方式[5-6]。過(guò)氧化氫(hydrogen peroxide，H2O2)是ROS的典型代表之一[7]，其含量超過(guò)氧化還原反應(yīng)和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)所需的正常生理水平時(shí)，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞損傷和細(xì)胞死亡[8]。植物細(xì)胞中，H2O2產(chǎn)生與多胺(polyamines，PAs)代謝密切相關(guān)。多胺主要包括腐胺(putrescine，Put)、亞精胺(spermidine，Spd)和精胺(spermine，Spm)[9]。多胺氧化酶(polyamine oxidases，PAO)分解代謝Spd或Spm生成H2O2，是植物中H2O2的重要生物合成途徑[10]。當(dāng)植物處于逆境條件下，PAO活性會(huì)顯著增加，以降低逆境誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)高H2O2水平累積的PAs，導(dǎo)致ROS爆發(fā)，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡[11]。我們前期研究發(fā)現(xiàn)，硒脅迫能夠誘導(dǎo)不結(jié)球白菜體內(nèi)PAO介導(dǎo)的H2O2累積，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞損傷和生長(zhǎng)受阻[12]。因此，PAO-H2O2系統(tǒng)可能是調(diào)控植物耐硒的作用靶點(diǎn)之一。

肉桂醛(cinnamaldehyde，CA)，是一種醛類(lèi)有機(jī)化合物，是肉桂精油的主要成分。肉桂醛是一種環(huán)境友好型植物源天然化合物，具有抗氧化[13]、抗癌[14]、抑菌[15]等多種功能。但是肉桂醛在植物生理調(diào)節(jié)中的作用鮮有報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)室前期工作發(fā)現(xiàn)肉桂醛可以抑制疫霉菌生長(zhǎng)、緩解植物重金屬鎘脅迫傷害[16-17]，這些發(fā)現(xiàn)啟示我們探究肉桂醛調(diào)控植物抗性生理抵御硒脅迫的可能性。

本研究以不結(jié)球白菜(Brassicarapa)幼苗根為材料，結(jié)合生理生化試驗(yàn)手段，研究肉桂醛調(diào)控不結(jié)球白菜PAO-H2O2系統(tǒng)緩解硒脅迫作用方式，旨在為揭示植物源天然化合物肉桂醛緩解植物硒毒害的作用機(jī)制提供理論基礎(chǔ)，并為農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境中硒肥的合理施用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料和試劑

供試不結(jié)球白菜(品種‘四月慢’)種子購(gòu)自南京綠領(lǐng)種業(yè)有限公司。將種子用1% NaClO消毒10 min后，用單蒸水沖洗3遍，浸泡2 h后將其置于黑暗的塑料網(wǎng)上發(fā)芽。待根長(zhǎng)1.5 cm時(shí)，挑選生長(zhǎng)一致的幼苗，轉(zhuǎn)至1/4 Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)，并在其中加入不同試劑進(jìn)行處理。光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)條件為：溫度(25±1) ℃、光周期16 h(晝)/8 h(夜)，相對(duì)濕度75%，光照強(qiáng)度200 μmol·m-2·s-1。供試藥劑肉桂醛購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，純度大于95%，用二甲基亞砜(DMSO)溶解并配制成母液，密封保存?zhèn)溆?；其他常?guī)化學(xué)試劑為分析純。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)1: 設(shè)置梯度濃度亞硒酸鈉(Na2SeO3)(0、 5、10、20、40和80 μmol·L-1)處理不結(jié)球白菜幼苗根，每個(gè)處理64株幼苗，3次重復(fù)。處理72 h后測(cè)定根長(zhǎng)，篩選出能夠誘導(dǎo)抑制根長(zhǎng)50%的硒處理濃度。

試驗(yàn)2：在上述篩選出的硒濃度處理下，添加梯度濃度肉桂醛(0、10、50、100、200和300 μmol·L-1)處理不結(jié)球白菜幼苗根，每個(gè)處理64株幼苗，3次重復(fù)。處理72 h后，測(cè)定根長(zhǎng)，篩選出能夠有效緩解硒脅迫的最佳肉桂醛濃度。

試驗(yàn)3: 根據(jù)上述篩選出的硒濃度和肉桂醛濃度，設(shè)置以下4個(gè)處理：①對(duì)照(CK)；②Se處理；③Se+CA處理；④CA處理。每個(gè)處理64株幼苗，3次重復(fù)。處理72 h后取根，用單蒸水沖洗3次后，吸干表面水分，測(cè)定各項(xiàng)生理生化指標(biāo)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及其方法

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)取不同處理后的幼苗，用直尺測(cè)定根長(zhǎng) (每個(gè)處理選取30株長(zhǎng)勢(shì)均一的幼苗，作為30次重復(fù))，采用電子天平測(cè)量根鮮重(每個(gè)處理3次重復(fù)，每次重復(fù)選取10株長(zhǎng)勢(shì)均一的幼苗)。

1.3.2 丙二醛(MDA)熒光染色將處理幼苗根尖用單蒸水漂洗干凈，置于10 μmol·L-1的 C11 BODIPY 581/591溶液中染色10 min(25 ℃，避光)，然后用單蒸水沖洗 3 次，置于熒光顯微鏡下觀察紅色熒光并拍照，每個(gè)處理3次重復(fù)。采用 Image-Pro Plus 6.0分析計(jì)算MDA相對(duì)熒光密度。

1.3.3 MDA含量參照McCord等[18]的方法，取 0.1 g 根置于預(yù)冷的研缽中，研磨至勻漿，加入 1.6 mL 10%三氯乙酸(TCA)，4 000 r/min離心 10 min，所得上清液即為待測(cè)液。以 10% TCA 為對(duì)照，取 1.5 mL 上清液加入 1.5 mL 0.67%的硫代巴比妥酸，沸水浴30 min，迅速置于冰上冷卻，再次離心取上清液，分別在 450 、532 和 600 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光值A(chǔ)450、A532和A600。每個(gè)處理3次重復(fù)，根據(jù)以下公式計(jì)算丙二醛(MDA)含量。MDA(μmol/g)=[6.45×(A532-A600)-0.56×A450] ×V/(1000×W)。式中，V和W分別為提取液體積和植物樣品重量。

1.3.4 細(xì)胞死亡檢測(cè)參照Kellermeier等[19]的方法，檢測(cè)方法同1.3.2，只是將10 μmol·L-1的 C11 BODIPY 581/591溶液中染色10 min改為2 μmol·L-1的PI 溶液染色20 min。

1.3.5 H2O2熒光染色參照Yamamoto等[20]的方法，檢測(cè)方法同1.3.2，只是將10 μmol·L-1的 C11 BODIPY 581/591溶液中染色10 min改為5 μmol·L-1的BES-H2O2-Ac溶液染色15 min。

1.3.6 H2O2含量采用試劑盒(A064-1，南京建成生物工程研究所) 檢測(cè)H2O2含量。

1.3.7 PAO活性參照汪天等[21]的方法，反應(yīng)體系包含1.5 mL磷酸緩沖液(0.1 mol·L-1，pH 6.5)，0.2 mL顯色液(100 mL磷酸緩沖液中含有4-氨基氨替吡啉(10 mg)和25 μL N, N-二甲基苯胺)，0.1 mL辣根過(guò)氧化物酶，0.2 mL酶提取物，最后加入0.1 mL底物Spd(20 mmol·L-1)或Spm(20 mmol·L-1)催化反應(yīng)。每個(gè)處理3次重復(fù)，以每分鐘515 nm吸光值變化0.01為一個(gè)酶活單位。

1.3.8BrPAOs家族基因表達(dá)分析采用QIAGEN總RNA提取試劑盒提取根總RNA，采用PrimeScriptTMRT Master Mix試劑盒(TakaRa)用于合成cDNA的第一鏈。根據(jù)TB Green?Premix Ex TaqTMⅡ試劑盒(TaKaRa)說(shuō)明，利用ROCHE(LightCycler?480 Ⅱ)進(jìn)行基因定量表達(dá)分析；基于2-ΔΔCt方法計(jì)算表達(dá)數(shù)據(jù)。以Actin的相對(duì)轉(zhuǎn)錄豐度作為內(nèi)標(biāo)。每個(gè)處理表達(dá)水平是對(duì)照的相對(duì)值。設(shè)計(jì)用于基因擴(kuò)增的引物見(jiàn)表1。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用3～30次生物學(xué)重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(SD)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析(One way ANOVA)，F(xiàn)檢驗(yàn)分析不同處理之間的差異顯著性(P<0.05)。采用Excel軟件處理數(shù)據(jù)并作圖。針對(duì)每一個(gè)測(cè)定的生理參數(shù)，計(jì)算出處理后相較于對(duì)照的變化倍數(shù)(log2)，然后采用TBtools軟件中的HeatMap繪制聚類(lèi)分析熱圖。對(duì)于同一種處理方式的不同生理參數(shù)，采用R語(yǔ)言程序下的corrplot程序包進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 硒對(duì)不結(jié)球白菜幼苗根系生長(zhǎng)的影響

各濃度水平的硒均顯著抑制不結(jié)球白菜幼苗根系生長(zhǎng)，并呈現(xiàn)濃度效應(yīng)，其根長(zhǎng)和根鮮重隨著硒濃度的增加而顯著下降(圖1)。其中，在5、10、20、40和80 μmol·L-1硒脅迫處理下，根長(zhǎng)分別比對(duì)照顯著降低 24.5%、33.5%、50.2%、58.8% 和 71.8%(圖 1，A)，根鮮重分別比對(duì)照降低11.7%、34.4%、49.4%、62.3%和71.2%(圖 1，B)。20 μmol·L-1硒脅迫對(duì)幼苗根長(zhǎng)和根鮮重具有顯著抑制作用，抑制率均約為50%。因此，選擇其用于后續(xù)試驗(yàn)。

2.2 肉桂醛對(duì)硒脅迫下不結(jié)球白菜幼苗根系生長(zhǎng)的影響

圖2顯示，各濃度肉桂醛均可以顯著緩解硒脅迫對(duì)不結(jié)球白菜幼苗根系生長(zhǎng)的抑制作用，并且呈現(xiàn)濃度效應(yīng)。其中，在10、50、100、200和300 μmol·L-1的肉桂醛處理下，幼苗根長(zhǎng)分別比20 μmol·L-1硒處理增加9.1%、40.6%、25.0%、10.0%和3.1%(圖 2，A)；50 μmol·L-1的肉桂醛對(duì)硒脅迫造成的根系生長(zhǎng)抑制具有顯著緩解作用且效果最佳，因此選擇50 μmol·L-1的肉桂醛(CA50)用于后續(xù)試驗(yàn)。

同時(shí)，時(shí)間效應(yīng)顯示，從處理6 ～72 h，4個(gè)處理幼苗根長(zhǎng)均逐漸增加，但根長(zhǎng)始終表現(xiàn)為CK>CA50>Se+CA50>Se處理，且處理間差異在各時(shí)期均達(dá)到顯著水平；在幼苗處理72 h后，3個(gè)處理的幼苗根長(zhǎng)與CK相比均顯著降低，CA50處理比CK降低2.4%，而CA50處理比Se、Se+CA50處理分別顯著增加72.1%和21.2%，Se+CA50處理的幼苗根長(zhǎng)又比Se處理顯著增加42.0%(圖 2，B、C)。

另外，各處理幼苗根鮮重的表現(xiàn)與根長(zhǎng)相似，各處理幼苗根鮮重均顯著低于對(duì)照，CA50處理比CK降低15.4%； CA50處理比Se、Se+CA50處理分別顯著增加37.6%和19.5%，Se+CA50處理又比Se處理顯著增加15.1%(圖 2，D)。以上結(jié)果表明，外源添加肉桂醛能夠有效逆轉(zhuǎn)硒脅迫對(duì)不結(jié)球白菜幼苗造成的生長(zhǎng)抑制。

2.3 肉桂醛對(duì)硒脅迫下不結(jié)球白菜幼苗氧化損傷的影響

不結(jié)球白菜幼苗根尖MDA熒光亮度在Se處理下明顯強(qiáng)于CK，添加CA50后其亮度有所減弱(圖3，A)。Se 處理對(duì)幼苗造成了氧化損傷，其根尖MDA熒光密度是CK的1.4倍；與Se處理相比，Se+CA50處理MDA熒光密度顯著降低24.7%；CA50處理MDA熒光密度與CK差異不顯著(圖 3，B)。同時(shí)，與CK相比，Se處理后幼苗根尖MDA含量漲幅達(dá)到1.3倍，而Se+CA50處理MDA含量比Se處理顯著降低46.3%；CA50處理MDA含量與CK、Se+CA50處理相比均差異不顯著(圖 3，C)。以上結(jié)果表明，肉桂醛能夠顯著減少硒脅迫導(dǎo)致的不結(jié)球白菜幼苗的氧化損傷。

2.4 肉桂醛對(duì)硒脅迫下不結(jié)球白菜幼苗細(xì)胞死亡的影響

與CK相比，Se 處理不結(jié)球白菜幼苗根尖熒光亮度較強(qiáng)，相對(duì)細(xì)胞死亡率高達(dá)CK的1.8倍；添加CA50后熒光亮度明顯減弱，相對(duì)細(xì)胞死亡率降低15.9%；CA50處理根尖相對(duì)細(xì)胞死亡率顯著低于Se和Se+CA50處理，降幅分別為59.6%和51.9%，但與CK差異不顯著(圖 4，A、B)。以上結(jié)果表明，肉桂醛能夠顯著減少硒脅迫導(dǎo)致的不結(jié)球白菜幼苗根尖細(xì)胞死亡。

2.5 肉桂醛對(duì)硒脅迫下不結(jié)球白菜幼苗H2O2含量的影響

Se處理不結(jié)球白菜幼苗根尖H2O2熒光亮度顯著高于CK，添加CA50后H2O2熒光亮度明顯減弱，但仍強(qiáng)于對(duì)照，表明硒脅迫對(duì)幼苗造成了H2O2累積，而CA50能明顯降低H2O2累積(圖5，A)。同時(shí)，通過(guò)計(jì)算可知，Se處理幼苗根尖H2O2熒光密度比CK漲幅達(dá)到1.3倍，添加CA50使H2O2熒光密度顯著降低27.0%，CA50處理H2O2熒光密度顯著低于Se和Se+CA50處理，分別降低了40.3%和18.2%(圖 5，B)。另外，通過(guò)測(cè)定H2O2含量可知，Se處理幼苗根尖H2O2含量比CK漲幅達(dá)到1.4倍，Se+CA50處理則使H2O2含量比Se處理顯著降低15.4%；同樣地，CA50處理的H2O2含量顯著低于Se和Se+CA50處理(圖 5，C)。可見(jiàn)，肉桂醛能夠顯著減少硒脅迫導(dǎo)致的不結(jié)球白菜幼苗體內(nèi)H2O2累積。

2.6 肉桂醛對(duì)硒脅迫下不結(jié)球白菜幼苗PAO活性的影響

從圖6來(lái)看，以Spd、Spm為催化底物時(shí)，Se處理可以誘導(dǎo)不結(jié)球白菜幼苗根內(nèi)PAO活性分別比相應(yīng)CK顯著上升73.8%和16.9%；Se+CA50處理使根內(nèi)PAO活性比Se處理分別顯著降低38.5%和21.3%，并與相應(yīng)CK差異不顯著；CA50處理根內(nèi)PAO活性與Se+CA50處理相比均無(wú)顯著差異(圖6)。另外，Se處理以Spd為催化底物的PAO活性均明顯高于相應(yīng)的以Spm為催化底物的PAO活性。這表明硒脅迫可能主要通過(guò)誘導(dǎo) PAO代謝Spd產(chǎn)生H2O2，肉桂醛則逆轉(zhuǎn)這一途徑。

2.7 肉桂醛對(duì)硒脅迫下不結(jié)球白菜幼苗6個(gè)BrPAOs家族基因表達(dá)量的影響

我們前期從不結(jié)球白菜基因組中鑒定出6個(gè)BrPAOs家族基因(BrPAO1-6)[12]。從圖7，C、E、F可知， Se處理可以顯著誘導(dǎo)不結(jié)球白菜幼苗BrPAO3、BrPAO5和BrPAO6表達(dá)水平上調(diào)，分別比CK顯著提高68.2%、57.7%和53.9%；而硒脅迫下加入CA50(Se+CA50處理)使BrPAO3、BrPAO5和BrPAO6表達(dá)水平下調(diào)，分別比Se處理顯著降低21.1%、61.3%和30.2%。同時(shí)，在Se處理下，不結(jié)球白菜幼苗BrPAO1和BrPAO4表達(dá)水平與CK差異不顯著，而B(niǎo)rPAO2表達(dá)水平卻比CK顯著下降11.6%；與Se處理相比，Se+CA50處理幼苗BrPAO1表達(dá)水平顯著降低，BrPAO4表達(dá)水平無(wú)顯著變化，BrPAO2表達(dá)水平卻顯著升高(圖 7，A、B、D)。以上結(jié)果表明，不結(jié)球白菜幼苗BrPAO3、BrPAO5和BrPAO6表達(dá)水平在Se處理和Se+CA50處理下分別顯著上調(diào)和下調(diào)，可能是導(dǎo)致最終PAO活性上升和下降的原因之一。

2.8 肉桂醛-硒處理后不結(jié)球白菜幼苗生理指標(biāo)相關(guān)性分析

聚類(lèi)熱圖常用于分析和可視化大規(guī)模數(shù)據(jù)[22-23]。將不同處理下測(cè)定的所有生理參數(shù)指標(biāo)與各自對(duì)照相除并進(jìn)行l(wèi)og2歸一化后，進(jìn)行聚類(lèi)分析。聚類(lèi)結(jié)果(圖 8，A)顯示：不結(jié)球白菜幼苗根長(zhǎng)和鮮重在Se處理后藍(lán)色加深，它們相比對(duì)照顯著下降；而在Se+CA50處理后藍(lán)色變淺，說(shuō)明加入肉桂醛緩解了這兩個(gè)參數(shù)的下降趨勢(shì)。而不結(jié)球白菜幼苗其他傷害性參數(shù)指標(biāo)(H2O2、MDA含量、細(xì)胞死亡、PAO、BrPAOs)則呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)。這些結(jié)果說(shuō)明肉桂醛能夠顯著逆轉(zhuǎn)Se脅迫對(duì)植物造成的生理效應(yīng)。

同時(shí)，為了進(jìn)一步總結(jié)肉桂醛的調(diào)控模式，將所有生理參數(shù)指標(biāo)在不同處理方式下(CK、Se、Se+CA50)進(jìn)行 Pearson 相關(guān)性分析，Pearson相關(guān)系數(shù)值介于-1和+1之間[24]。結(jié)果(圖 8，B)顯示：不結(jié)球白菜幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)根長(zhǎng)與鮮重呈正相關(guān)，它們分別與其他生理指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)。H2O2、MDA含量和細(xì)胞死亡呈正相關(guān)，H2O2、MDA 含量和細(xì)胞死亡分別與生長(zhǎng)指標(biāo)(根長(zhǎng)、鮮重)呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明 H2O2導(dǎo)致MDA含量累積，造成細(xì)胞死亡，進(jìn)而影響生長(zhǎng)；PAO(Spd)、PAO(Spm)活性以及BrPAO3、BrPAO5、BrPAO6表達(dá)量均與H2O2含量呈正相關(guān)，BrPAO3、BrPAO5、BrPAO6表達(dá)量與PAO(Spd)活性的相關(guān)性高于與PAO(Spm)活性的相關(guān)性，PAO(Spd)活性與H2O2含量的相關(guān)性高于PAO(Spm)活性，說(shuō)明BrPAO3、BrPAO5、BrPAO6激活PAO(Spd)效率高于PAO(Spm)，進(jìn)而影響H2O2累積。BrPAO調(diào)控H2O2生成的效率順序?yàn)椋築rPAO3>BrPAO6>BrPAO5。這些相關(guān)性分析結(jié)果進(jìn)一步證明：肉桂醛通過(guò)抑制PAO- H2O2信號(hào)模塊，進(jìn)而減少H2O2累積和細(xì)胞死亡，從而緩解硒脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)的抑制效應(yīng)。

3 討 論

高劑量的硒會(huì)導(dǎo)致植物中毒，進(jìn)而造成植物生長(zhǎng)受阻[25]。前人研究發(fā)現(xiàn)，煙草生長(zhǎng)在土壤硒含量≤1.00 mg· kg-1時(shí)得到促進(jìn)，而在土壤硒含量≥1.75 mg· kg-1則受到抑制[26]；當(dāng)Na2SeO3超過(guò)20 μmol·L-1時(shí)，黃瓜植株表現(xiàn)出生物量下降及脂質(zhì)過(guò)氧化水平增加[27]；高濃度硒 (≥10 mg· kg-1) 還能抑制人參菜株高、莖粗、根長(zhǎng)的增加，從而導(dǎo)致人參菜生物量的降低[28]。本研究發(fā)現(xiàn)，硒脅迫可顯著抑制不結(jié)球白菜幼苗的根生長(zhǎng)，其根長(zhǎng)和根鮮重在Na2SeO3超過(guò)20 μmol·L-1時(shí)顯著下降。

ROS過(guò)量累積進(jìn)而導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化和細(xì)胞死亡，是植物產(chǎn)生硒毒害的重要原因[29]。本研究發(fā)現(xiàn)硒脅迫對(duì)不結(jié)球白菜幼苗根細(xì)胞造成了嚴(yán)重的氧化損傷和細(xì)胞死亡效應(yīng)；而肉桂醛作為一種具有抗氧化活性的天然化合物，其能夠激活不結(jié)球白菜幼苗植株對(duì)硒脅迫的耐性；聚類(lèi)和相關(guān)性分析表明，肉桂醛可通過(guò)抑制ROS過(guò)量累積，進(jìn)而顯著緩解上述硒脅迫誘導(dǎo)的損傷效應(yīng)。

在逆境脅迫下，PAO代謝多胺產(chǎn)生H2O2是植物體內(nèi)ROS產(chǎn)生的一個(gè)重要途徑[10]。高溫脅迫導(dǎo)致水稻植株P(guān)AO活性顯著上升[30]；缺氧脅迫導(dǎo)致甜瓜生長(zhǎng)受到抑制，并伴隨著PAO活性和H2O2含量顯著增加[31]。本研究結(jié)果顯示，硒脅迫導(dǎo)致了不結(jié)球白菜根內(nèi)PAO活性和H2O2水平的顯著上升，而加入肉桂醛則顯著降低了PAO活性和H2O2水平。這說(shuō)明在硒脅迫條件下，肉桂醛可以通過(guò)抑制PAO活性減少ROS在不結(jié)球白菜根內(nèi)的產(chǎn)生和累積。

硒脅迫可導(dǎo)致不結(jié)球白菜BrPAOs基因轉(zhuǎn)錄水平顯著上調(diào)。本實(shí)驗(yàn)室前期研究發(fā)現(xiàn)BrPAOs分為3個(gè)亞家族[12]。BrPAO1屬于亞家族Ⅰ，參與多胺的末端分解代謝，推測(cè)Spd和Spm都可能是其催化底物；BrPAO2-6屬于亞家族Ⅱ，可能參與多胺的反向轉(zhuǎn)化(Spm→Spd或者Spd→Put)途徑，具有催化底物多樣性。本研究發(fā)現(xiàn)硒脅迫顯著誘導(dǎo)不結(jié)球白菜根內(nèi)BrPAO3、BrPAO5和BrPAO6表達(dá)水平上調(diào)，而且硒脅迫下誘導(dǎo)的PAO活性在以Spd為催化底物時(shí)相對(duì)更高。這說(shuō)明不結(jié)球白菜在響應(yīng)硒脅迫的過(guò)程中，BrPAO3、BrPAO5和BrPAO6可能更傾向于以Spd為底物的多胺逆向轉(zhuǎn)化。加入肉桂醛后可抑制上述3個(gè)BrPAO基因的表達(dá)，又說(shuō)明肉桂醛可在轉(zhuǎn)錄水平發(fā)揮作用調(diào)控植物體內(nèi)PAO活性。后續(xù)研究將結(jié)合生物化學(xué)方法進(jìn)一步鑒定不同BrPAO的催化功能，將有助于深度揭示肉桂醛參與調(diào)控植物體內(nèi)多胺代謝對(duì)逆境的響應(yīng)方式。

肉桂醛具有抗氧化作用，可以有效降低動(dòng)物細(xì)胞中ROS累積。肉桂醛通過(guò)激活酶促和非酶促抗氧化途徑有效降低關(guān)節(jié)炎大鼠ROS累積[32]。肉桂醛預(yù)處理增加了 SOD 活性并降低了心肌中的氧化損傷水平，對(duì)心臟起到保護(hù)作用[33]。這表明肉桂醛針對(duì)動(dòng)物細(xì)胞的抗氧化特性體現(xiàn)為清除過(guò)量產(chǎn)生的ROS。而本研究結(jié)果表明，肉桂醛通過(guò)調(diào)控不結(jié)球白菜PAO-H2O2系統(tǒng)直接抑制ROS的過(guò)量生成來(lái)緩解硒脅迫。這說(shuō)明肉桂醛針對(duì)真核細(xì)胞的抗氧化作用主要表現(xiàn)為兩方面：一是清除已經(jīng)過(guò)量產(chǎn)生的ROS，二是阻斷部分ROS的過(guò)量產(chǎn)生。深入研究比較肉桂醛在動(dòng)物和植物細(xì)胞中不同的作用方式，將有助于進(jìn)一步解析肉桂醛抗氧化特性的作用機(jī)制。本研究初步發(fā)現(xiàn)了肉桂醛調(diào)控植物耐受硒脅迫的生物特性和作用方式，即肉桂醛抑制PAO-H2O2系統(tǒng)緩解硒脅迫，為進(jìn)一步深度解析植物源天然化合物肉桂醛緩解植物硒毒害的信號(hào)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了工作基礎(chǔ)，并為農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境中硒肥的合理施用調(diào)控提供了理論依據(jù)。