编译：微科盟公虾米，编辑：微科盟Tracy、江舜尧。

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导读

羽衣甘蓝是一种功能食品，具有抗癌、抗氧化和预防贫血的特性。新出现的污染物微塑料(MP)对植物的危害已被广泛研究，但如何减轻MP对植物的危害的研究还很有限。大量研究表明，Se（硒）参与调节植物对非生物胁迫的抗性。我们研究了MP和Se对羽衣甘蓝生长、光合作用、活性氧（ROS）代谢、植物化学物质和内源激素的影响。结果表明，施用MP引发了羽衣甘蓝活性氧大量合成，破坏了羽衣甘蓝的抗氧化系统，对羽衣甘蓝光合系统、生物量和次生代谢产物积累产生了显著的毒性影响，IAA（吲哚-3-乙酸）显著降低，GA（赤霉素）显著增加。在MP胁迫下，Se通过增加光合色素含量，刺激抗氧化系统功能，促进次生代谢物合成，调节激素网络，减轻MP对羽衣甘蓝的不利影响。

亮点：

1.施用MP降低了羽衣甘蓝的生物量和营养品质。

2.施用MP对羽衣甘蓝的光合作用和抗氧化能力有干扰作用。

3.施用MP影响羽衣甘蓝次生代谢产物的积累。

4.在MP胁迫下，施用Se增加了羽衣甘蓝的生物量和次生代谢物含量。

5.施用Se是降低MP危害的有效方法。

论文ID

原名：Selenium alleviates the adverse effects of microplastics on kale by regulating photosynthesis, redox homeostasis, secondary metabolism and hormones

译名：硒通过调节光合作用、氧化还原动态平衡、次生代谢和激素来缓解微塑料对羽衣甘蓝的不利影响

期刊：Food Chemistry

IF：8.8

发表时间：2024.04

通讯作者：楚建周，姚晓芹

通讯作者单位：河北大学

实验设计

实验结果

1. MP和Se对羽衣甘蓝生长参数的影响

在Se组（只施用Se）和MP+Se组（MP和Se联合施用）的比较中，施用MP显著降低了羽衣甘蓝的地上部生物量(图1)。在MP组（只施用MP）中，根系生物量下降了38.60%，与Se联合施用时，株高下降了19.70%。在MP组和MP+Se组的比较中，施用Se显著提高了羽衣甘蓝地上部生物量。单施用Se使羽衣甘蓝株高增加13.79%，与MP联合施用使株高降低11.99%。MP和Se联合施用在株高上存在显著的相互作用(表S1)。

图1 微塑料和硒处理对羽衣甘蓝形态属性(A)和生长(B)的影响。C、MP、Se和MP + Se分别代表对照组、微塑料处理组、硒处理组和微塑料＋硒的联合处理组。数值为四个独立生物重复的平均值±标准误。具有不同小写字母的条形表示处理之间的显著差异（p< 0.05）。

2. MP和Se对羽衣甘蓝光合色素含量的影响

施用 MP 能明显降低总叶绿素、叶绿素 a（chl a）和叶绿素 b（chl b）的含量（图 S1A、B 和 C），而与是否施用 Se无关。另一方面，施用Se显著提高了羽衣甘蓝总叶绿素、chl a和类胡萝卜素含量，与是否施用MP无关。单独施用Se显著增加了chl b含量。MP和Se联合施用对chl a、chl b和类胡萝卜素的含量有显著的相互作用(表S1)。

3. MP和Se对羽衣甘蓝叶绿素荧光参数的影响

图2A显示了叶绿素荧光参数随MP和Se的施用而变化，表1为叶绿素荧光参数。如图2B所示，施用MP引起羽衣甘蓝叶片的光合作用损伤，且Se组和MP+Se组的损伤面积小于对照组（C组）(图2)。施用MP显著降低了Fv/Fm（PSII最大光化学效率）、Y(II)（PSII实际光化学量子效率）和qP（光化学淬灭系数）的值，而提高了Y(NO)（非调节性热耗散）的值，与是否施用Se无关。施用MP显著增加了在施用Se下的F0（初始荧光）值，但施用MP显著降低了Y(NPQ)（非光化学淬灭的量子产量）的值，与是否施用Se无关。单施用Se使Fv/Fm值增加1.8%。Se和MP联合施用显著减小了MP对 Fv/Fm、Y(II)和Y(NPQ)降低的影响，还减弱了MP对Y(NO)增加的影响。MP和Se的施用在Fv/Fm、Y(II)、Y(NPQ)和Y(NO)值上存在显著的相互作用(表S2)。

表1 叶绿素荧光参数

图2 微塑料和硒处理对荧光参数和荧光图像的影响。F0：初始荧光定量值；Fv/Fm：PSII最大光化学效率；Y(II)：PSII实际光化学量子效率；Y(NPQ)：非光化学猝灭量子产量和qP：光化学猝灭系数。同一列中的每个图像代表相同的叶子。底部的色标表示0(黑色)到1(粉色)之间的值。数值是四个独立生物重复的平均值±标准误。不同小写字母的条形表示各处理间差异显著(p<0.05)。

4. MP和Se对羽衣甘蓝活性氧代谢的影响

施用MP诱导H2O2含量和O2·-生成速率显著增加，而与是否施用Se无关(图S2A和B)。另一方面，施用Se可显著降低H2O2含量，与是否施用MP无关。单独施用Se显著降低了O2·-生成速率，而Se + MP的联合施用提高了O2·-生成速率。

单独施用MP可使MDA（丙二醛）含量和DPPH（1,1-二苯基-2-苦肼基）清除率分别提高29.49%和55.96%(图S2C和D)。MP和Se联合施用时对DPPH自由基清除率比单独施用Se时对DPPH自由基的清除率降低21.14%。单用施用Se显著提高了MDA含量和DPPH清除率，但Se+ MP联用施用可降低MP对DPPH自由基清除率的影响，降低幅度为35.55%。MP和Se联用施用对MDA、H2O2含量、O2·-生成速率和DPPH自由基清除率有显著的相互作用(表S3)。

5. MP和Se对羽衣甘蓝抗氧化酶活性的影响

单独施用MP可使SOD（超氧化物歧化酶）和POD（过氧化物酶）活性分别降低17.89%和12.58%(图S3A和B)。MP和Se联合施用使Se对SOD和POD活性的提高作用分别降低了7.52%和18.50%。在不施用MP和施用MP的情况下，再施用Se分别使SOD活性提高16.03%和30.69%，使POD活性提高17.04%和9.11%。MP和Se对羽衣甘蓝抗氧化酶活性有显著的相互作用(表S3)。

6. MP和Se对羽衣甘蓝营养成分的影响

如图3所示，无论施用Se与否，施用MP均显著提高了叶片中可溶性糖和脯氨酸的含量。单独施用MP可使游离氨基酸含量提高35.97%。Se和MP联合施用，使Se提高可溶性蛋白质和游离氨基酸含量的效率分别降低了25.18%和6.36%。单独施用Se显著降低了可溶性糖含量，增加了可溶性蛋白质含量，与MP联合施用则降低了这两个值。Se单独施用不改变Pro和游离氨基酸的含量，但与MP联合施用时增加了Pro和降低了游离氨基酸的含量。MP和Se在可溶性糖、可溶性蛋白质、脯氨酸和游离氨基酸含量上存在显著的相互作用(表S4)。

7. MP和Se对羽衣甘蓝硝酸盐积累的影响

无论Se施用与否，施用MP显著降低了硝酸盐还原酶活性，但对亚硝酸盐含量无显著影响(图S4A和B)。在不施用MP和施用MP条件下，Se使硝酸盐还原酶活性分别降低了8.19%和8.81%。然而，无论施用MP与否，Se对亚硝酸盐含量均无显著影响。MP和Se对亚硝酸盐含量和亚硝酸还原酶活性无显著相互作用(表S3)。

8.MP和Se对羽衣甘蓝AsA-GSH（抗坏血酸-谷胱甘肽）循环中抗氧化剂的影响

如图S5所示，无论施用Se与否，施用MP均显著降低了AsA的含量。单独施用MP可显著提高GSH、GSSG（氧化型谷胱甘肽）含量，与Se联合施用可提高DHA（去氢抗坏血酸）含量。MP和Se联合施用使Se对提高GSH和GSSG含量的作用分别降低47.30%和16.18%。无论施用MP与否，施用Se显著增加了DHA含量，而降低了AsA和GSH含量。单施Se可使GSSG含量增加39.52%，但在Se和MP联合施用情况下， GSSG含量降低28.57%。MP和Se在AsA、DHA、GSH和GSSG含量上存在显著的相互作用(表S5)。

9. MP和Se对羽衣甘蓝AsA-GSH循环中抗氧化酶活性的影响

无论施用Se与否，施用MP都能显著提高APX（抗坏血酸过氧化物酶）和DHAR（脱氢抗坏血酸还原酶）活性(图S6A和C)。MP单独施用时可显著提高MDHAR（单脱氢抗坏血酸还原酶）活性，但MP和Se联合施用降低了Se提高MDHAR和GR（谷胱甘肽还原酶）活性的作用(图S6B和D)。无论施用MP与否，施用Se均显著提高APX和DHAR活性，而降低GR活性。单独施Se时，MDHAR活性显著升高，而Se和MP联合施用显著降低MDHAR活性。Se和MP处理对APX、GR、DHAR和MDHAR活性有显著的相互作用(表S5)。

图3 MP和Se对羽衣甘蓝可溶性糖含量（A）、可溶性蛋白质含量（B）、脯氨酸含量（C）和游离氨基酸含量（D）的影响。数值是四次独立生物重复的平均值±标准误。具有不同小写字母的条形表示处理之间的显著差异（p< 0.05）。

10. MP和Se对羽衣甘蓝植物化学成分含量的影响

施用MP显著降低了花青素、总酚和类黄酮的含量，与是否施用Se无关(图4A、B和C)。MP单独施用时PAL（苯丙氨酸解氨酶）活性增加32.53%，但与Se联合施用时该值显著降低 (图4D)。施用Se显著增加花青素、总酚和类黄酮类物质的含量，与是否施用MP无关。Se单独施用不改变PAL活性，但与MP联合施用时，PAL活性降低。Se和MP处理对总酚和类黄酮含量以及PAL活性有显著的相互作用(表S6)。

图4 MP和Se对羽衣甘蓝总酚含量（A）、花青素含量（B）、类黄酮含量（C）和苯丙氨酸解氨酶活性（D）的影响。数值是四次独立生物重复的平均值±标准误。具有不同小写字母的条形表示处理之间的显著差异（p< 0.05）。

11. MP和Se对羽衣甘蓝硫代葡萄糖苷积累机制的影响

无论施用Se与否，施用MP可显著降低硫代葡萄糖苷(GSL)和异硫氰酸盐含量，增加核黄素含量(图5A、C和D)。单独施用MP可使芥子酶活性增加21.17%，但与Se联合施用时将使芥子酶活性降低47.88%(图5B)。施用Se显著增加了GSL、异硫氰酸盐和核黄素的含量，降低了芥子酶的活性，而与是否施用MP无关。MP和Se在GSL和异硫氰酸盐含量以及芥子酶活性上存在显著的相互作用(表S6)。

图5 MP和Se处理对羽衣甘蓝硫代葡萄糖苷含量 (A)、芥子酶活性 (B)、异硫氰酸盐含量 (C) 和核黄素含量 (D) 的影响。数值是四次独立生物重复的平均值±标准误。具有不同小写字母的条形表示处理之间的显著差异（p< 0.05）。

12. MP和Se对羽衣甘蓝内源激素含量的影响

图6显示，无论施用Se与否，施用MP显著降低了IAA含量，但增加了GA含量。单独施用MP显著降低了ABA含量，增加了BL（天然芸苔素内酯）含量，但MP和Se联合施用使Se提高CK（细胞分裂素）含量的效应降低了9.81%。无论是否施用MP，施用Se显著提高了ABA和GA含量，而降低了IAA和BL含量。单独施用Se可显著提高CK含量，但与MP联合施用时，CK含量降低。在IAA、CK和GA含量上，MP和Se之间存在显著的相互作用(表S4)。

图6 MP和Se处理对羽衣甘蓝生长素含量（A）、脱落酸含量（B）、赤霉素含量（C）、细胞分裂素含量（D）和天然芸苔素内酯含量（E）的影响。数值是四次独立生物重复的平均值±标准误。具有不同小写字母的条形表示处理之间的显著差异（p< 0.05）。

13.环形热图

MP和Se处理改变了羽衣甘蓝的植物化学成分和营养含量(图7A)。施用MP能提高羽衣甘蓝中游离氨基酸和可溶性糖的含量。施用Se显著增加了可溶性蛋白质、花青素、总酚、总叶绿素、类胡萝卜素、GSL和异硫氰酸盐的含量，但施用MP显著降低了这些物质的含量。MP和Se联合施用对芥子酶活性的降低效果最为明显。

施用MP影响羽衣甘蓝AsA-GSH循环中的物质含量和关键酶活性(图7B)。施用MP，GSSG升高最为明显。MP和Se联合施用，MDHA和GR活性最低，GSH和AsA含量最低，而DHAR活性和DHA含量最高。

图7 受MP和Se影响的羽衣甘蓝植物化学物质和营养成分 (A) 以及 AsA-GSH 循环(B) 的热图。

14.主成分分析

我们应用PCA得分图评估羽衣甘蓝对MP和Se处理的总体反应，PC1和PC2分别解释了原始数据的46.7%和34.7%特征(图8)。MP处理组与PAL、游离氨基酸、亚硝酸盐、BL、可溶性糖和H2O2有很强的相关性。Se组和对照组分别位于第一象限和第二象限，Se处理对羽衣甘蓝SOD、POD、次生代谢产物和光合色素均有显著影响。

图8 MP和Se对羽衣甘蓝中 PC1 和 PC2 不同参数的主成分分析。

讨论

1. MP的影响

1.1 光合系统II（PSII）和地上部生物量

叶绿素分子在PSII中具有光能捕获、电子传递和能量转换等重要作用，是光合作用的主要成分，叶绿素a (chl a)是叶绿素荧光的主要来源，因此叶绿素含量与光保护荧光参数和光合能力呈正相关。Fv/fm和Y(NPQ)值表示PSII反应中心的活性，而Y(NO)值是光损伤的重要指标。在本研究中，我们观察到施用MP降低了光合色素含量、Fv/fm和Y值(NPQ)，但增加了Y (NO) 值，而与是否施用Se无关(图2和S1)。这与Lian等人的结果相似，他们发现MP显著降低了生菜中chl a、叶绿素b (chl b)和类胡萝卜素的含量。已有研究表明，植物通过减少光能吸收和增加散热来调节光化学反应，避免光抑制和色素/蛋白质损伤，从而应对胁迫。然而，当损伤水平超过自我调节机制的阈值时，会引起叶绿素和类胡萝卜素含量下降，破坏PSII的反应中心，这与我们的研究结果一致。引起光合色素减少的原因可能是MP诱导的ROS对叶绿体结构的不可逆损伤。另一方面，有研究表明，MP可以粘附在植物根系表面，从而抑制水分运输和对叶绿素合成至关重要的Fe和Mg等必需元素的吸收，限制了叶绿素的生产和积累。

光合色素含量反映了植物细胞的生理状态，任何引起光合成分异常的非生物胁迫都可能影响整个光合系统的正常功能。Gao等人的研究表明生菜产量与光合作用正相关，他们发现施用MP会降低光合色素，从而削弱CO2固定，抑制生物量积累。这可以很好地印证我们的研究结果，即施用MP后，光合色素含量和地上部生物量都有所降低(图1和S1)，地上部生物量与光合色素之间存在显著正相关(图S7)。此外，我们的研究发现，单独施用MP引起的类胡萝卜素含量下降比MP 和Se联合施用更明显，这可能是由于在没有施用Se的情况下生长的羽衣甘蓝动员了更多的类胡萝卜素来帮助消耗多余的能量，保护光合系统免受光氧化损伤。

1.2 活性氧代谢和抗氧化酶活性

生长在不利环境中的植物会促进ROS的产生。图S2显示，无论施用Se与否，施用MP均能显著提高羽衣甘蓝的O2·-生成速率和H2O2含量，表明施用MP引起了羽衣甘蓝严重的氧化应激，这与Li等人的研究结果一致。有研究表明，植物能够耐受逆境，轻微的逆境可以刺激抗氧化酶活性的增加，以维持正常的细胞生理。然而，当环境胁迫过高时，植物体内ROS的生成速率及其在抗氧化系统中的清除率会变得不平衡，过量的ROS会对植物的抗氧化系统造成损害。Zhang等人证明，施用PS-MP (40 mg/ L,21天)，提高了草莓幼苗叶片和根系中SOD和POD的活性。然而，我们观察到无论施用Se与否，施用PE-MP引起SOD和POD活性显著降低 (图S3)，H2O2含量和O2·-生成速率与SOD和POD呈负相关(图S7)。同样，Zhuang等人发现施用PVC（聚氯乙烯）-MP (10 mg /L,24天)可以抑制黄瓜中抗氧化酶(SOD和POD)的基因表达。我们推测:(1)植物抗氧化酶系统可能根据MP的类型和受试物种的变化而产生不同的反应;(2)高浓度MP处理下SOD和POD活性的降低表明，1% PE-MP诱导的ROS大量生成，超出了羽衣甘蓝的可调节范围，对羽衣甘蓝的酶促抗氧化系统造成损害。

1.3 营养物质含量

无论施用Se与否，施用MP均可显著提高可溶性糖(SS)和脯氨酸(Pro)含量，降低可溶性蛋白(SP)含量(图3)。Dong等人表明，叶绿体光合作用的关键酶1,5-磷酸二酮糖羧化酶(RuBisco)约占叶片SP的80%。我们的研究结果与Liao等人研究结果一致，他们认为SP含量的下降可能与MP损害植物光合系统，引起叶绿体光氧化损伤有关。我们发现SP与总叶绿素以及chl b之间存在显著的正相关(图S7)。Zhuang等人也发现0.1 μm PS处理黄瓜的SS含量显著增加。Meng等人报道植物体内有限的能量物质在初级代谢产物和次级代谢产物之间波动。我们检测到SS与花青素、类黄酮、总酚和GSL之间存在显著的负相关关系(图S7)，这证实了SS是逆境下植物生长的能量基础，SS的大量积累抑制了次生代谢产物的产生。

在非生物胁迫下，前体物质的合成和代谢对于维持植物光合电子传递至关重要，我们的研究结果与Surender Reddy等人的研究结果相似，他们认为盐胁迫下Pro的大量积累有助于保护高粱的光合作用和抗氧化活性。不利环境会降低植物产生蛋白质或次生代谢物的效率，还会促进蛋白质降解，引起Pro的积累。我们观察到Pro和SP之间存在显著的负相关(图S7)。

1.4 亚硝酸盐积累

前期研究大多集中在MP对土壤或沉积物中氮循环的影响上，而很少有研究探讨MP是否影响高等植物的氮代谢。Zhuang等人发现PS（聚丙烯）-MP显著降低了黄瓜亚硝酸盐还原酶(NR)的基因表达水平，降低了NR的活性。我们的研究结果表明，无论是否施用Se，施用MP显著降低了NR活性，但没有改变亚硝酸盐含量(图S4)。植物具有复杂的碳和氮代谢网络，它们共同调节植物生长。碳代谢为氮代谢提供能量和碳源，碳的固定需要大量的氮供应。基于此，我们推测施用MP引起的光合效率降低可能导致氮代谢碳源供应不足，从而影响NR活性。

1.5 AsA-GSH循环

AsA-GSH循环是植物在逆境条件下的重要防御途径。我们的研究表明，无论是否施用Se，施用MP提高了APX和DHAR活性(31.70%、15.25%和20.95%、36.95%)，但降低了AsA含量(17.27%、4.99%)(图S5和S6)。大量研究表明，在非生物胁迫下，APX和DHAR活性的升高更有利于植物抵抗氧化胁迫。AsA作为一种强效还原剂，被APX调动参与H2O2的清除，并降解为DHA，这可能是AsA含量降低的原因。此外，我们观察到APX和DHAR与MDA和O2·-产率呈显著正相关，而AsA与MDA呈显著负相关(图S7)。

我们观察到在施用和不施用Se情况下，施用MP对羽衣甘蓝GSH循环的影响不同。结果表明，施用MP可提高GSH、GSSG含量和MDHAR活性，但对DHA和GR水平无显著影响。我们推测，在不施用Se的情况下，施用MP会优先通过促进GSH清除ROS来增强植物的抗氧化能力，并且由于GR活性没有显著增加，引起GSSG大量积累。MP 和Se联合施用降低了GSH和GSSG含量以及MDHAR和GR活性的作用，提高了DHA含量。Chin等人发现APX具有双底物识别功能，能够动员AsA和GSH对ROS进行代谢，维持氧化还原稳态。Bilska等人报道，DHAR可以利用谷胱甘肽将DHA还原再生为AsA。因此，我们假设在施用Se情况下，施用MP抑制了GSH循环途径，但刺激了APX和DHAR酶的活性，这些酶通过消耗AsA和GSH来中和ROS，从而保护植物免受氧化损伤。GSSG含量因底物GSH的过度消耗而降低。

1.6 植物化学成分含量

我们的研究结果表明，施用MP显著降低了花青素、总酚和类黄酮的含量，而与是否施用Se无关(图4A-C)。Wang等人与我们的发现相似，其结果表明，施用1000 mg/L PVC显著降低了紫萍中花青素的含量。非生物胁迫诱导ROS大量合成，这就需要调动大量花青素、类黄酮和酚类物质对ROS进行清除。在施用PE-MP情况下，花青素、总酚和黄酮类化合物的含量减少，表明PE直接降低了羽衣甘蓝的抗氧化能力，这也得到了本研究中酶抗氧化系统结果的支持。

MP与Se联合施用可显著降低PAL活性(图4D)。结果表明，施用Se条件下羽衣甘蓝对MP更敏感， MP可通过抑制PAL酶活性影响次生代谢产物含量。单独施用MP可使PAL活性增加32.53%。Zhao等人发现，随着有害物质磺胺甲恶唑浓度的升高，油菜中C4H（肉桂酸4-羟基化酶）和4CL（4-香豆酸辅酶A连接酶）活性以及花青素含量呈现先升高后降低的规律。因此，我们推测，在不施用Se的情况下，施用MP可能会抑制苯丙烷途径下游关键酶的活性，从而引起黄酮类、花青素和总酚的减少。此外，主成分分析显示PAL与MP显著正相关(图8)。

1.7 硫代葡萄糖苷代谢和核黄素

核黄素广泛参与植物基础代谢过程中的电子转移，是一种有效的抗氧化剂。在我们的研究中，施用MP显著增加了核黄素含量，与是否施用Se无关(图5D)。这主要是由于受到MP的胁迫，促进了核黄素含量的增加，从而增强植物的耐受性。有研究表明，核黄素的积累提高了西葫芦果实对低温的耐受性。GSL和异硫氰酸盐具有强大的抗氧化性能，它们的含量可以根据环境而显著变化。Durenne等人研究表明，镉胁迫显著降低了油菜根和叶片中的GSL含量。同样，我们的研究结果表明，无论是否施用Se，施用MP都显著降低了GSL和异硫氰酸盐的含量(图5A和C)。Lopez等人发现，PE-MP处理显著降低了花椰菜和萝卜芽中的GSL含量。

单独施用MP可使芥子酶活性提高21.17%，但与Se联合施用可使其活性降低47.88%(图5B)。结果表明，施用MP增强了GSL的水解，但由于底物的限制，其异硫氰酸盐含量仍显著低于对照组。有研究表明，在具有较高渗透电位的细胞中，蛋白质展开的空间较小，从而显著提高了生物酶的稳定性。基于此，我们推测可能是单独施用MP显著增加了SS、Pro和游离氨基酸含量，引起细胞渗透电位显著增加，从而保护了芥子酶的结构免受损害。

1.8 内源激素含量

IAA是一类调节植物生长发育的生物活性物质。我们的结果显示，PE-MP显著降低了IAA含量，与是否施用Se无关(图6A)。这与Zhang等人报道的盐胁迫下草地早熟禾叶片IAA水平下降58.6%的结果一致。Li等人报道，在MP胁迫下，大麦叶片中两种生长素(IAA和IBA(吲哚丁酸))的水平显著降低，其原因可能是MP诱导ROS大量合成，从而引发生长激素信号的抑制，甚至引起IAA的氧化降解。我们观察到IAA和MDA以及O2·-产量之间呈负相关，这支持了我们的推测(图S7)。

ABA参与了植物的光合作用和调节植物叶片生长，并与多种激素联合调节植物细胞内ROS稳态。结果表明，施用MP对ABA含量的影响与对类胡萝卜素的影响具有相同的趋势，单独施用时显著降低了类胡萝卜素的含量，当与Se联合施用时，我们没有观察到明显的效果(图6B)。类胡萝卜素曾被报道为ABA的前体物质。我们的研究表明，MP调动了大量参与ROS清除的类胡萝卜素，因此可能由于底物限制而引起ABA含量下降。Li等人报道叶绿体主要负责产生应激激素。我们假设MP可以促进ROS大量合成，而ROS可能作用于光合系统，从而启动了叶绿体ROS途径和ABA途径之间的信号传导。

前期研究表明，植物抗逆性的提高依赖于GA水平的变化。因为GA参与调节膜透性稳定、抗氧化活性和增强抗性基因的表达。然而，对于GA是否正调控植物光合作用一直存在争议，一些研究者认为没有显著作用，而Yuan等人认为有积极作用。Huerta等人研究表明，过表达CcGA20ox基因的植物GA含量增加，刺激其体内编码叶绿素结合蛋白和光系统蛋白的基因上调，增加固碳量。我们的结果表明，施用MP显著增加了GA含量，而与是否施用Se无关(图6C)。这可能是羽衣甘蓝在MP胁迫下保护光系统免受ROS损伤，突破光合抑制的一种适应性机制。

BL是一类参与调节植物生理过程和胁迫反应的类固醇激素，与植物的防御能力密切相关。我们的结果表明，单独施用MP可以显著增加BL含量。MP与Se联合施用时，并没有改变ABA和BL水平(图6E)。Bouaicha等人的研究结果与我们的结果一致，他们发现施用MP引起大麦和番茄芽中BL的上调。Zhou等人也发现番茄中BL含量与其高温胁迫耐受性呈正相关。其原因可能是BL可以通过刺激参与光合作用的酶的活性以及非酶抗氧化剂来维持细胞氧化还原稳定。图S7显示了BL和ABA之间极显著的负相关关系。我们假设羽衣甘蓝在MP胁迫下，BL和ABA之间表现出拮抗关系。

2. Se的影响

2.1 光合系统II和地上部生物量

大量研究表明，Se的施用可以改善非生物胁迫对植物光合作用的影响。Ashraf等人报道，低浓度Se对盐胁迫下玉米chl b含量无显著影响。我们的研究还发现，Se与MP联合施用时不会改变chl b的含量(图1C)。然而，施用Se显著提高了总叶绿素、chl a和类胡萝卜素的含量，而与是否施用MP无关(图1A、B和D)。这一结果与Ahmad等人的研究结果相似，他们报道了在镉胁迫下，施用Se增加了芥菜中chl a和类胡萝卜素含量。这种效应可能是由于Se诱导增强了植物光合作用对所需矿物元素的吸收。此外，研究还表明，在恶劣环境下，Se 可通过促进 ROS 代谢来保护叶绿体结构免受氧化损伤，这可以通过在MP和Se联合施用情况下，类胡萝卜素的积累增加这一事实得到证实。

施用Se可以刺激PSII反应中心的活性，提高光合作用中电子传递的效率，保护光系统免受氧化损伤。我们的研究结果表明，Se 和 MP联合施用显著减轻了MP对降低Fv/fm、Y(II)和Y(NPQ)值的影响，并降低了MP对提高Y(NO)值的影响，而单独施用Se没有改变这些值(图2)。综上所述，我们假设Se在正常条件下对羽衣甘蓝的光合功能没有显著影响，但在施用MP条件下，Se对羽衣甘蓝光合能力有显著的保护作用，施用Se逆转了MP对PSII的影响。

Ding等人发现叶面施用Se提高了水稻叶绿素含量，克服了As胁迫对生物量的抑制作用。Nawaz等人也发现，适当浓度的Se增加了干旱胁迫下小麦的生物量。我们的结果与他们的一致，施用Se显著增加了羽衣甘蓝的地上部生物量，而与是否施用MP无关(图1)。此外，主成分分析表明，地上部生物量和光合色素与Se呈显著相关(图7)。

2.2 活性氧代谢和抗氧化酶活性

在本研究中，施用Se显著提高了羽衣甘蓝中SOD和POD的活性，而与是否施用MP无关(图S3)，这与Wang等人和Ahmad 等人的结果相似。单独施用Se显著降低了羽衣甘蓝的O2·-生成速率和H2O2水平，显著提高了DPPH自由基清除率，表明施用Se提高了羽衣甘蓝对ROS的清除率(图S2)，这一发现与Kumar等人的结果一致。Se诱导的H2O2含量降低可能与施用MP后SOD和POD活性的增加有关。

2.3 养分含量和硝酸盐积累

施用Se显著提高了可溶性蛋白(SP)含量，但对脯氨酸(Pro)和游离氨基酸含量无显著影响。而施用Se显著降低了SP和游离氨基酸含量，但与MP联合施用时增加了Pro含量(图3B-D)。我们关于Pro的研究结果与Nawaz等人的报道一致，他们发现，在干旱胁迫下，叶面喷施Se增加了小麦Pro的含量，而在正常条件下则没有显著增加。我们关于SP的研究结果与Wang等人的报道一致。Liu等人报道Se的施用可以通过上调氨基酸合成途径中的相关基因来促进Pro的合成和积累。因此，我们推测，在不施用MP条件下，Se可以促进羽衣甘蓝氨基酸脱水缩合生成蛋白质。而在施用MP条件下，Se通过激活Pro生物合成途径而不是通过蛋白质合成途径提高羽衣甘蓝的抗性。

在本研究中，施用Se显著降低了可溶性糖(SS)含量和硝酸还原酶(NR)活性，但对亚硝酸盐含量无显著影响(图3A和S4)。施用Se促进次生代谢物的合成，会消耗大量的能量，本研究中次生代谢物和SS对Se的响应结果也支持了这一观点。同时，SS含量的显著降低可能引起氮代谢所需能量不足，从而抑制NR活性。NR可以将植物吸收的硝酸盐还原为亚硝酸盐。Rubin等人证明NO3-参与调节苯丙烷的次级代谢途径，其含量与充足条件下的类黄酮生成速率有关，NO3-促进花青素生物合成基因表达。基于此，我们假设施用Se可能通过降低NR活性积累更多的NO3-，从而促进次生代谢物的产生。

2.4 AsA-GSH循环

施用Se显著提高了APX活性、DHAR活性和DHA含量，同时降低了AsA和GSH含量以及GR活性，而与是否施用MP无关(图S5和S6)。已有研究表明，植物中AsA的合成可通过肌醇、D-葡萄糖、L-半乳糖和L-葡萄糖途径进行。由此，我们推测，这可能是由于施用Se显著降低了SS含量，引起AsA含量降低。AsA在次级代谢物的合成代谢过程中是必需的。有研究表明，AsA可以通过APX转化为MDHA，然后降解为DHA，以代谢植物体内多余的H2O2，这可能引起大量消耗AsA并显著增加DHA含量。以GSH底物，氧化产物MDHA和DHA可以分别被MDHAR和DHAR还原再生为AsA。APX还可以利用谷胱甘肽清除H2O2，从而帮助维持植物体内的氧化还原平衡。有报道称AsA-GSH循环可能与其他代谢途径串扰，形成一个耦合系统，以增强植物体内的ROS降解。综上所述，我们推测MP和Se联合施用可促进羽衣甘蓝调动更多的GSH来清除ROS，从而引起GSH含量不同程度的下降。

2.5 植物化学成分含量

施用Se显著增加了花青素、总酚和类黄酮的含量，而与是否施用MP无关(图4A-C)，这与Tian等人的研究结果相似。Chauhan等人发现Se本身是砷胁迫环境下的抗氧化剂，并通过增加总酚含量来提高水稻的抗氧化能力。Liu等人研究表明，Se处理后莴苣花青素合成代谢途径关键基因UFGT和F3H的表达上调，可促进花青素合成。Xia等人发现叶面施用Se对小麦籽粒花青素含量的影响因生长季节和品种而异。这为我们后续的研究提供了新的思路。综上所述，Se的施用可以打破MP对羽衣甘蓝次生代谢产物积累的抑制作用，提高羽衣甘蓝的营养品质和防御能力，有利于生产。

2.6 硫代葡萄糖苷代谢和核黄素

施用Se增加了羽衣甘蓝的核黄素含量，而与是否施用MP无关，这表明施用Se羽衣甘蓝的营养品质和抗氧化能力得到了提高(图5D)。核黄素含量与能量代谢和氧化还原平衡有关。在我们的研究中，核黄素与类胡萝卜素、类黄酮、APX和DHAR呈正相关(图S7)，这进一步表明Se有助于调节电子传递效率，提高植物对不利环境的耐受性。我们的研究表明，施用Se显著增加了GSL和异硫氰酸盐含量，而与是否施用MP无关(图5A和C)。施用Se上调了植物中控制GSL代谢的关键基因OX-1和ST5b的表达，并增加了与次生代谢相关的蛋白质丰度，引起GSL和异硫氰酸盐水平升高。此外，施用Se显著降低了羽衣甘蓝的芥子酶活性，而与是否施用MP无关(图5B)。这与Mahn的研究相似，他报告了Se处理(55或100 μmol/L)8周或4周后西兰花芥子酶活性显著降低。然而，Quan等人发现，100 μmol/L Se显著提高了6天龄西兰花芽中的芥子酶活性。基于此，我们推测芥子酶活性的变化可能与Se的浓度和实验处理的持续时间有关。Tian 等人和Mahn表明，受试植物对Se的响应因物种或生长阶段而异。

2.7 内源激素含量

在本研究中，我们观察到羽衣甘蓝中内源激素对Se的显著响应(图6)。施用Se显著提高了ABA和GA水平，但降低了IAA和BL含量，这一发现与Pavlovi等人和Waadt等人的结果一致。Malheiros等人发现，施用Se后，水稻中生长激素合成相关基因的表达下调，抑制IAA的合成和运输。我们对ABA的研究结果与Wang等人报道的结果一致，他们发现Se处理促进了AAO3(ABA合成相关基因)的表达，而对CYP707A1(ABA分解代谢基因)无显著影响，从而促进了树番茄内源ABA合成积累。已有研究表明，增加GA供应可显著提高大豆叶片中核酮糖二磷酸羧化酶的含量，并在翻译水平上促进1,5-磷酸二酮糖羧化酶大亚基的合成，从而提高植物的光合效率。此外，我们观察到ABA和GA与chl a和类胡萝卜素之间呈显著正相关(图S7)。GA和BL依赖于相同的生物合成途径，因此，本研究中由于施用Se而引起GA含量增加和BL含量减少可能归因于底物竞争。植物体内的Se代谢与内源激素高度相关，为了避免Se积累造成的危害，植物可以通过控制各种内源激素的含量来调节与初生和次生代谢相关的途径，以促进Se的吸收和利用。综上所述，我们推测Se可以通过调节内源激素水平来提高羽衣甘蓝的电子传递效率和光合性能，从而减轻MP的影响。

结论

施用MP引发了活性氧大量合成，超出了羽衣甘蓝自身的调节范围，致使其抗氧化酶系统的崩溃和生长抑制。在施用MP情况下，再施用Se，可显著提高抗氧化酶活性、Fv/fm和Y(NPQ)值，促进光合色素和植物化学物质的合成，显著降低ROS水平和Y(NO)值，表明施用Se减轻了MP对羽衣甘蓝的危害。在本研究中，我们只研究了羽衣甘蓝对MP和Se的生理反应机制，下一步将探索由 Se 介导的羽衣甘蓝对 MP 的耐受机制，重点是次生代谢途径和分子水平。