摘要：近日，华中农业大学植物营养生物学团队丁广大教授课题组在Journal of Hazardous Materials上发表题为“Tolerance to aluminum toxicity in Brassica napus is mediated by reg

近日，华中农业大学植物营养生物学团队丁广大教授课题组在Journal of Hazardous Materials上发表题为“Tolerance to aluminum toxicity in Brassica napus is mediated by regulating cell wall Al sequestration, antioxidant defense, and metabolic adaptation”的研究论文，系统解析了油菜应对铝毒胁迫的生理机制，为耐铝毒油菜品种选育及酸性土壤作物产能提升提供了重要理论依据。

酸性土壤是全球农业生产面临的重要限制因素之一，约占世界耕地总面积的50%，广泛分布于热带、亚热带及温带多雨地区。在我国，酸性土壤主要分布在长江中下游以南的广大区域，包括湖南、江西、福建、广东、广西、海南等省份，其总面积占国土面积的20%以上。这些土壤在长期风化、淋溶及人为活动影响下，普遍出现酸化现象，pH值显著降低。油菜（Brassica napus L.）作为我国最重要的油料作物之一，在长江中下游流域农业生产中占据核心地位，该地区油菜籽产量占全国总产量的三分之一以上。因此，揭示油菜耐酸抗铝的生物学机制，选育耐酸抗铝品种，对于保障我国油料供给安全、实现土壤酸化背景下的农业可持续发展具有重要战略意义。

该团队研究发现，铝耐受品种通过精准调控细胞壁组分，显著增强对铝的固定能力。研究表明，铝离子主要与细胞壁中的碱溶性果胶（ASP）和半纤维素1（HC1）特异性结合。在铝胁迫条件下，铝耐受型油菜通过增加果胶含量并提高果胶甲酯酶（PME）活性，特别是水溶性果胶（WSP）组分的活性，显著增加了细胞壁中铝的结合位点，从而将铝离子有效"锁定"在细胞壁中，阻止其向细胞质内迁移，减轻铝的毒害效应，成为品种耐铝性的关键结构基础。

铝胁迫会诱发活性氧（ROS）大量积累，导致氧化损伤。该研究发现，铝耐受品种能够高效激活抗氧化防御系统，通过超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）的协同作用，有效清除过氧化氢（H₂O₂）和超氧阴离子（O₂⁻），降低脂质过氧化水平（MDA含量），维护细胞膜结构的完整性。同时，该品种还能调整能量代谢策略，增加苹果酸、柠檬酸等有机酸的合成，通过三羧酸循环（TCA）代谢重组优化碳架分配，以较低能量消耗实现铝的区室化和解毒。这种协同防御策略显著增强了植株的整体抗逆能力。

根系分泌有机酸是植物解除铝毒的重要机制。该研究揭示了不同耐性品种采用差异化的有机酸调控策略：铝敏感品种（Al-S 482）在铝胁迫下大幅增加酒石酸的分泌，通过螯合作用降低根际铝离子浓度；而铝耐受品种（Al-T 806）则更侧重于细胞内柠檬酸和草酸的积累与循环，通过液泡区隔化和形成金属配体实现内部解毒。高效液相色谱（HPLC）分析进一步证实，铝耐受品种通过调控TCA代谢，同时优化根系有机酸分泌和胞内有机酸螯合双重机制，在降低铝吸收的同时实现已吸收铝的解毒，以更低的能量消耗实现代谢适应与铝毒防御的协同。这种差异化策略反映了甘蓝型油菜在进化过程中形成的多样化铝适应机制，为品种改良提供了多个潜在靶点。

图1 甘蓝型油菜耐酸性土壤铝毒的生理机制

华中农业大学植物营养生物学团队博士研究生张雯为论文第一作者，丁广大教授为论文通讯作者。华中农业大学植物营养生物学团队徐芳森教授全程指导该项研究，澳大利亚La Trobe University Surya Kant副教授、研究生VenusteMunyaneza、易伯涛、张鹏超、张雪梅也参与了该项研究。该研究工作得到国家重点研发计划项目（2022YFD1900705）的资助。华中农业大学植物营养生物学团队丁广大教授课题组长期从事作物养分高效利用与抗逆机制研究，在Molecular Plant、Journal of Hazardous Materials、Journal of Advanced Research、Plant Journal、Plant Cell and Environment等期刊发表论文40余篇，以第一发明人授权专利5项，主编《土壤肥料学（第三版）》，获植物营养与肥料学会科学技术奖一等奖、湖北省教学成果奖一等奖等各类奖励5项，担任植物营养与肥料学报编委、华中农业大学学报青年编委。

来源：小项科学科普