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摘要

在全球气候变化加剧的背景下，干旱频发已成为限制植物生长和威胁全球粮食安全的核心环境挑战。外源施加微量元素硒（Se）被广泛报道可增强植物的抗逆性，但现有研究多局限于单一物种，缺乏系统性的跨物种量化评估与统一的机制解析。本研究开展了一项包含111项独立研究、涵盖48个不同植物物种的系统发育Meta分析，旨在全面量化外源硒在干旱胁迫下对植物生长、水分吸收及生物量分配的综合影响，并深入阐释其背后的生理生化机制。结果表明，干旱胁迫导致植物地上部、根部和籽粒生物量分别大幅缩减31.9%、28.8%和36.2%，并使根冠比（R/S）显著上升13.8%。在干旱条件下施加外源硒，可使植物的地上部、根部和籽粒生物量分别显著提升21.2%、23.4%和21.7%，并使根冠比显著下降7.9%。施硒效果受到植物类型、硒形态与施用方式及浓度的显著影响。本研究证实硒通过系统性整合抗氧化防御、养分稳态维持以及水分利用效率提升，全面重塑了植物在极端缺水条件下的生理韧性，为全球干旱农业区的气候适应性管理提供了坚实的量化依据（图2）。

研究结果

干旱胁迫对植物生长造成了严重抑制，导致其地上部、根部和籽粒生物量大幅缩减，同时迫使植物改变物质分配策略，使根冠比（R/S）显著上升。但在干旱条件下施加外源硒，可使植物的各类生物量显著提升，同时根冠比（R/S）显著下降（图3）。这表明硒能够有效缓解干旱诱导的生物量分配失衡，促使植物将更多资源向地上部转移，保障整体产量的形成。

亚组分析揭示了不同实验条件对硒缓解效应的显著影响。在植物类型方面，一年生植物地上部生物量的增幅（27.1%）显著高于多年生植物（16.2%）。在各类硒源中，四价硒（Se(IV)）因其高生物利用度表现出最佳促生效果（+28.5%），且根施的提升效果最为显著（+28.3%）。此外，施硒效果呈浓度依赖性，当浓度≥50 mg L⁻¹时，地上部生物量增幅最大（30.3%）（图4）。

施硒显著改善了干旱下植物的水分状态，使相对含水量和水分利用效率分别提高16.7%和29.6%。在光合作用方面，施硒显著提高了光合速率（+45.6%）、气孔导度（+36.5%）和蒸腾速率（+34.9%）。同时，施硒同步增加了叶绿素a、叶绿素b及类胡萝卜素等光合色素含量，有效维持了光系统II的最大光化学效率和细胞膜稳定性（图5）。

硒显著激活了干旱植物的抗氧化酶系统，其中超氧化物歧化酶（SOD）活性提升13.2%，过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性也呈显著上升趋势 。这使得氧化应激标志物大幅降低：过氧化氢（H2O2）和丙二醛（MDA）水平分别下降了27.1%和16.5%。同时，施硒使脯氨酸含量显著增加26.0%，并促进了可溶性糖、谷胱甘肽（GSH）及类黄酮等次生代谢物的积累，大幅增强了细胞的渗透调节和活性氧（ROS）清除能力 。

结论

研究证实，硒的作用绝非局限于单一路径，而是通过系统性整合抗氧化防御、养分稳态维持以及水分利用效率提升，全面重塑了植物在极端缺水条件下的生理韧性与生命力。面对未来日益严峻的全球水资源枯竭与极端气候挑战，本项研究不仅为全球干旱农业区的气候适应性管理提供了坚实的量化依据，更为保障人类未来粮食安全、推动绿色可持续农业发展开辟了全新的战略路径。尽管较高浓度的硒在当前数据中展现出最为卓越的促生增益，但在大田应用中仍需警惕潜在的生态与毒害风险。未来亟需结合大尺度田间试验，精准绘制不同作物的安全施用图谱，从而真正将这一微量元素的抗逆潜能，转化为保障农业生产的切实效益。 该研究以"Selenium Supplementation Alleviates Drought-induced Impacts in Plants: A Global Meta-Analysis"为题，作为封面文章发表于国际期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry上。该论文第一作者为内蒙古农业大学资源与环境学院黄凤羽教授，通讯作者为武汉理工大学方临川教授。内蒙古农业大学李海港教授、戴伟博士与马丽博士，广西大学连家攀博士，维也纳大学李涛博士以及美国康涅狄格州农业实验站的Jason C. White教授共同参与完成了本项研究。此外，该研究得到了国家自然科学基金（42507032, U21A20237）的资助。

论文题目：Selenium Supplementation Alleviates Drought-induced Impacts in Plants: A Global Meta-Analysis

期刊：Journal of Agricultural and Food Chemistry

论文下载: DOI:https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c13194