摘要
黄芪属多种植物对硒（selenium，Se）具有富集作用，斜茎黄芪（Astragalus adsurgens）即为其中一种富硒牧草植物，达乌里黄芪（Astragalus dahuricus）同属东北地区重要的牧草植物，其对硒的富集情况还未见报道。膜荚黄芪（Astragalus membranaceus）及其变种蒙古黄芪（Astragalus membranaceus var. mongholicus）是我国药典所载的两种传统中药植物，其干燥后的根具有补气升阳、固表止汗、利水消肿、敛疫生肌等功效。因此，本研究选用斜茎黄芪、达乌里黄芪、膜荚黄芪、蒙古黄芪为实验材料，在考察不同浓度硒处理对4 种黄芪属植物生长影响的基础上，运用离子组学和代谢组学研究了其对矿质元素吸收转运以及初生和次生代谢产物积累的影响，综合分析了不同浓度硒处理下 4 种黄芪属植物生理机制和代谢特性，为深入理解硒与植物生长的关系及其生理基础提供了理论参考。本研究主要结果如下： （1）与对照相比，5μmol/L硒处理显著促进了4种黄芪属植物的生长及生物量积累，提高了叶片光合色素含量；而100μmol/L硒处理则普遍产生了毒害作用，包括光合色素含量降低、幼苗矮化、干物质积累减少、地上部膜脂过氧化程度加剧等。高浓度硒处理下植株体内抗氧化酶系统减弱、MDA以及H2O2含量上升、光合色素下降，其中斜茎黄芪受影响最低，蒙古黄芪最严重。 （2）随着硒处理浓度的升高，4种黄芪属植物根系和地上部硒含量均逐步升高，且均与处理浓度呈良好的线性关系。在相同处理浓度下，4种黄芪属植物根系硒含量均远远高于地上部。综合分析比较，斜茎黄芪对硒的富集最强。低浓度的硒处理显著促进了4种黄芪属植物地上部对K、Mg、Fe元素的吸收以及根部对K、Ca、Mg、Fe、Mn元素的吸收，随着硒浓度的增加，地上部中除Fe元素含量上升，几乎所有的元素含量均出现显著下降，而根中Mg、Mn含量出现显著下降，Fe、Cu元素则显著上升。 （3）利用GC-MS非靶向代谢组学技术对4种黄芪属植物地上部和根部进行全面的分析，结果表明不同浓度硒处理下，差异代谢物响应个数无明显差异，但是代谢物种类差异显著，在低浓度硒处理下，4种黄芪属植物地上部和根部均表现为糖类显著积累，其中斜茎黄芪主要是积累蔗糖、木糖、甘露糖，达乌里黄芪和膜荚黄芪主要是积累甘露糖，蒙古黄芪主要是积累蔗糖、纤维二糖和葡萄糖。代谢通路分析发现，低浓度硒处理主要上调了与糖类代谢、氨基酸代谢相关途径的代谢水平，而高浓度硒处理主要上调了与次生代谢物质合成关系密切的初生代谢产物的代谢水平。 （4）采用 UPLC-MS 技术对不同浓度硒处理下 4 种黄芪属植物地上部和根部中 28种酚类化合物和4种药用活性成分进行测定。结果表明，高浓度Se处理下，4种黄芪属植物地上部和根部具有不同的响应。膜荚黄芪地上部表现出对硒处理的响应较大，酚类化合物呈现不同程度的积累，其中，黄酮类化合物和酚酸类化合物显著积累。在根部，4种黄芪属植物也对硒处理表现出不同的响应。其中，斜茎黄芪中部分黄酮类化合物（槲皮素、木犀草素、儿茶素、芦丁等）和酚酸类化合物（咖啡酸、丁香酸、绿原酸等）不论是在低浓度硒处理下还是高浓度硒处理下均发生显著积累；达乌里黄芪中高良姜素、芹菜素、紫云英苷等黄酮类化合物显著积累；膜荚黄芪中部分黄酮类化合物和酚酸类化合物显著积累，蒙古黄芪中染料木苷和甘草素显著积累；对药用活性成分的分析表明，硒处理能够不同程度促进黄芪中芒柄花素、毛蕊异黄酮以及苷类物质的合成，提高黄芪药用价值。 综合研究表明，本研究中低浓度硒处理（5μmol/L）显著促进4种黄芪属植物生长，增加其生物量，增强抗氧化酶活性，提高其黄酮类物质含量，而高浓度硒处理（100μmol/L）则抑制其生长，如生物量生长受抑制，光合色素合成受阻，膜脂过氧化程度增加，扰乱矿质元素吸收和转运等。在面对高浓度硒处理时，4种黄芪属植物通过提高酚类化合物合成等途径来应对硒胁迫，提高其对硒的耐性，其中斜茎黄芪受抑制程度最小，蒙古黄芪最大。
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