海南大学南繁学院吴友根团队揭秘“植物盾牌”机制：谷胱甘肽如何为广藿香筑起镉污染“防护墙”

近日，南繁学院吴友根团队在Journal of Hazardous Materials期刊上发表了研究成果“Glutathione’s role in mitigating cadmium stress in Pogostemon cablin: Insights from combined transcriptomic and metabolomic approaches”。该研究揭示了谷胱甘肽（GSH）缓解广藿香镉（Cd）胁迫的三重机制：光合色素调控（提升叶绿素含量，增强光合作用）、抗氧化系统激活（提高SOD、POD等酶活性，清除活性氧）以及代谢通路调控（通过甘油磷脂代谢和黄酮类生物合成降低镉毒性，促进镉-谷胱甘肽复合物形成并实现液泡区隔化解毒）。这一发现不仅为植物抗逆性研究提供了新理论依据，还为镉污染地区的药用植物栽培提供了重要借鉴：外源添加GSH可提升植物抗逆性、优化药用成分积累、减少镉残留，从而保障药材安全性和品质，助力绿色农业和可持续发展。

Cd是一种广泛存在于土壤和水体中的重金属污染物，对植物生长和人类健康构成严重威胁。广藿香作为一种重要的药用植物，其叶片提取的挥发油在香料和医药领域具有重要价值。然而，Cd污染会显著抑制广藿香的生长，降低其产量和品质。GSH作为一种重要的抗氧化剂能够缓解重金属胁迫，但作用机制尚不明确。

该团队以广藿香幼苗为试材，设置对照（CK）、镉胁迫（Cd）、谷胱甘肽（GSH）、谷胱甘肽与镉（GSH+Cd）4个处理。通过扫描电镜观察叶片气孔结构，发现镉胁迫导致气孔关闭，而 GSH 处理改善了气孔孔径，GSH+Cd 处理使气孔结构凸出且完整（图1）。

图1：广藿香表型及叶片气孔结构

在植株生长和生理变化方面，GSH 处理显著提高了广藿香的鲜重、干重以及叶绿素和类胡萝卜素含量，有效缓解了镉胁迫对植物生长的抑制。同时，GSH 增强了抗氧化酶活性，降低了活性氧（ROS）水平，减轻了氧化损伤（图2）。

图2：广藿香叶片生理变化

转录组和代谢组分析表明，GSH 缓解镉胁迫与甘油磷脂代谢和类黄酮生物合成途径密切相关。关键基因dgkA1、dgkA2和CCoAOMT1 - 4在这一过程中发挥了重要调控作用，被识别为GSH介导的Cd胁迫缓解中甘油磷脂代谢和黄酮类生物合成的关键调控因子，从而支持了植物的正常生长（图3）。

图3：甘油磷脂代谢和类黄酮生物合成途径图分析

课题组硕士生符智能为论文第一作者，吴友根教授为通讯作者，团队多位老师和研究生共同参与完成，该工作得到了国家自然科学基金项目（82260737）的资助。

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