【硒讯追踪】j hazard mater│整合生理学、转录组学和代谢组学揭示有机硒对玫瑰植物代谢反应和抗病性的影响-凯发网址

1 硒干预对玫瑰开花的影响

花朵开放伴随着细胞膨胀和生长的快速进程，显著的运动特征，以及内部和外部因素的复杂调控。在本研究中，ck-f、l-f和h-f玫瑰样本中花冠和花蕾的平均数量依次减少（图1a），尤其是花冠数量，分别减少至10、4和1（p<0.05）。 然而，玫瑰花芽的数量在9、9和5之间没有显著差异。这些结果表明，高剂量的硒抑制了花芽的形成和花冠的展开，导致玫瑰花数量减少。

在另一项研究中，abedi等人报告称，低剂量的硒纳米颗粒（senps）可促进开花；然而，在高剂量（40 mg/l）下，硒对开花产生了不利影响，这可归因于硒介导的生长限制、营养紊乱、潜在的激素平衡变化以及相关基因的过度表达。同样，霍hosseinzadeh等人指出，亚硒酸钠（4 mg/l）显著提高了花产量。虽然研究者最初推测的结果将与这些研究一致，这些研究显示玫瑰产量增加，但研究发现显示开花玫瑰的数量减少。这一差异突显了硒的形式、硒浓度和作物种类作为关键影响因素的重要性。高浓度硒可能在植物中引起长期中度毒性，降低其生物量和开花能力。

在本实验中，研究者按照标签上推荐的浓度进行施用，并在开花前对花卉作物进行了两次稀释500倍的喷洒。异常开花可能与玫瑰对硒的低耐受性有关。此外，硒施用后玫瑰植株抗逆性的提高也可能影响其开花。先前研究表明，开花受外部环境因素、植物代谢、激素水平、多种信号网络及众多基因的调控。因此，代谢物和基因表达的波动是硒施用后玫瑰植株发生生理和生化变化的主要因素。鉴于对硒诱导开花的理解有限，需要进一步研究以确定玫瑰开花受抑制是否与植物抗逆性增强密切相关。

图1.有机硒对玫瑰开花及抗氧化化合物的影响。(a)花冠与花蕾数量；(b)过氧化氢值；c：通过frap法测定的抗氧化能力；(d) gsh-px水平；(e) sod水平；(f) pod水平。不同字母表示处理间存在显著差异（p<0.05）。

2 酶促和非酶促抗氧化系统指标

活性氧（ros）在植物胁迫反应中作为早期信号分子发挥着关键作用，尤其在对病原体的免疫反应中。它们协调适应性反应，使宿主细胞能够激活防御机制以对抗病原体入侵。有大量证据表明，在胁迫条件下，ros被招募为不同激素信号通路中的“第二信使”。硒（se）中和ros的能力可增强其抗菌活性。h₂o₂是一种重要的ros，同时也是ros相互转化的枢纽。随着硒浓度的增加，叶片中的h₂o₂水平也随之升高，而高硒浓度使花朵中的h₂o₂含量增加了39%（p<0.05）（图1b）。抗氧化系统中活性酶的活性也相应发生变化，玫瑰植株的抗氧化能力在h-f组中最高（图1c-1f）。玫瑰中gsh-px的活性随着硒浓度的增加显著升高，其值分别为805.0、998.0和1221.0 µmol/g fw，且其在叶片中的活性也随之增加。gsh-px作为以硒为活性中心的关键抗氧化酶，能加速活性氧（ros）分解并抑制膜脂过氧化。这些结果表明，硒通过增强gsh-px活性保护细胞膜完整性。硒还调节超氧化物歧化酶（sod）及其他ros清除酶的活性，维持细胞内抗氧化系统的动态平衡。h-f组玫瑰的sod活性增加了35%，而叶片中过氧化物酶（pod）活性约下降30%，这与先前研究结果一致。植物中硒的适宜水平可清除ros，但硒含量不足或过高均可能导致ros积累，进而可能导致生物活性降低甚至细胞死亡。

酚类化合物，尤其是黄酮类化合物，是植物中广泛存在的低分子量抗氧化剂。它们对抗氧化活性有显著贡献，并参与植物代谢和胁迫反应。本研究中，叶片中的总酚和黄酮含量下降（图2a-2b），其中ck-l、l-l和h-l样本的总酚含量分别为218.74、 184.10 和 155.33 µmol/g fw 的总酚含量，以及 5.21、4.34 和 4.48 mg/g fw 的黄酮类化合物含量。不同浓度的亚硒酸盐对卷心菜头中的黄酮类化合物、总酚类化合物和原花青素含量有影响，但这种影响并非规律性调节（无论是正向还是负向）。玫瑰花中的总酚类化合物和黄酮类化合物含量增加，增幅约为20%。花朵中原花青素和抗坏血酸的含量也显著增加（图2c-2d），尤其是原花青素的浓度，增加了65–68%。叶片中这些物质的减少可能是对逆境的响应，而花朵中这些物质的增加进一步提高了花卉产品的质量。

图2.有机硒对初级代谢和次级代谢的影响。(a)总酚；(b)黄酮类化合物；(c)原花青素；(d)抗坏血酸；(e)氨基酸；(f)叶绿素含量。不同字母表示处理间存在显著差异（p<0.05）。

氨基酸在植物抗逆性发育中发挥着至关重要的作用，并在植物分子生理学领域引起了广泛关注。在不同浓度的硒处理后，氨基酸含量显著增加，叶片中的氨基酸含量分别为301.9和473.3 µmol/g fw，分别增加了55%和142%，花朵中的氨基酸含量分别为247.431和391.979 µmol/g fw，分别增加了52%和141% （图2e）。yu等报道，仅高浓度的无机硒能增加氨基酸含量，这表明有机硒更有利于增加氨基酸含量。研究结果表明，有机硒对增加氨基酸含量更有利。低浓度硒可增加叶片中叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量，但高浓度硒无显著影响（图2f）。ck-l样本的总叶绿素含量为0.73 mg/g fw，低剂量硒处理显著提高了总叶绿素含量35%。亚硒酸钠处理在低浓度时不影响叶绿素含量，但在0.4、0.8和1.6 mmol/l时抑制叶绿素含量，表明有机硒可能比无机硒更有效地改善光合作用。

se处理诱导了玫瑰植株的应激反应，影响了关键抗氧化系统组分，这些组分对作物对外部因素的响应具有重要影响。花中总酚、黄酮类、原花青素、抗坏血酸和氨基酸含量增加，同时酶活性也增加，这表明尽管花数减少，但整体代谢活性保持稳定。叶片生理和生化指标反映了植物的抗逆性和抗氧化响应。

3 硒对玫瑰植株激素的影响

作为植物健康激活剂，硒（se）能够调节植物激素的生物合成，提升光合作用效率，促进植物生长发育，增强抗逆性，并有助于缓解或减轻非生物和生物胁迫。植物通过改变信号传导途径来响应外部刺激。植物激素是重要的信号分子，在植物对不同生物和非生物胁迫因子的响应中发挥作用，以调节植物发育并适应变化的环境。植物激素是应对胁迫和调节生长过程中的关键因素，其波动表明有机硒的应用影响了玫瑰植物的代谢及其抗逆性。

假设叶片中植物激素的变化会直接影响抗逆性，而花部中植物激素的变化对开花的影响更大。如图3a所示，在叶片中，高浓度的硒使aba含量增加了17%，但使ja含量减少了63%，br含量减少了46%。aba是一种重要的植物激素，调节植物生长发育和病原体应激反应，表明硒干预可显著提高玫瑰植株的抗病性。低浓度的硒显著降低了sa的含量，其中ck-l、l-l和h-l样本中的sa含量分别为1.2、0.98和1.1 mg/kg。ja和br是植物抗病性研究中的重要候选物质。本研究中，ja和br含量分别显著增加189%和21%。环境刺激或生长需求可触发ja信号通路下游基因的调控，平衡生长与防御反应。ja和br水平的升高表明玫瑰抗病性得到提升。

图3.有机硒处理后玫瑰叶片和花朵中植物激素的积累。(a)叶片中植物激素含量；(b)花朵中植物激素含量。不同字母表示处理间存在显著差异（p<0.05）。

随着硒（se）浓度的增加，作为开花负调节因子的aba、ja和br的含量均有所上升，而作为开花正调节因子的sa和me-ja的含量则有所下降（图3b）。在高硒浓度条件下，aba、ja和br的含量分别增加了81%、104%和56%。研究表明，ja可通过myc2/3/4激活拟南芥中的转录因子，从而抑制相关基因的表达并抑制植物开花。拟南芥中ja介导的雄蕊发育由bhlh-myb复合体调节。ja通常与其他植物激素协同作用，通过与aba、auxin、br和sa等激素介导的信号网络相互作用，使植物能够适应变化的环境条件。本研究中，ja可能抑制开花，并与aba和br具有类似的协同作用。sa和aba含量的变化方向相反，暗示这两种植物激素可能对开花具有拮抗性调节作用。meja 可加速油菜的开花，meja 的应用显著提前了开花期，导致开放花朵数量显著增加。同样，在本研究中，花朵中me-ja 含量的降低导致开花数量减少。这些发现表明，不同植物物种在发育过程中所需的植物激素类型和浓度可能存在差异。

由活性氧（ros）引发的信号传导对激素稳态和信号传导具有显著影响。植物激素含量的变化表明抗氧化系统可能发生改变。植物激素的作用与次生代谢途径及抗氧化反应密切相关。这些发现表明，抗氧化酶、植物激素和关键代谢物是调节植物抗病性、免疫防御及氧化应激的关键信号分子。这些信号分子的水平显著受硒（se）影响，而硒又以剂量依赖性方式对作物产生多种影响。为进一步验证这些发现，研究者后续进行了代谢物变化分析和转录组测序。

4 转录组分析

研究者对18个样本进行了rna测序分析，获得了115.34 gb的清洁数据。每个样本的清洁数据量达到了5.78 gb，q30碱基的比例大于97.75%。每个样本的清洁读取序列与指定的参考基因组进行了比对，比对效率范围为90.84%至95.02%。基于比对结果，通过可变剪接预测分析、基因结构优化分析及新基因发现，研究者共鉴定出5051个新基因，其中1954个已进行功能注释。

fpkm分布箱线图和差异基因集的维恩图直观地揭示了基因表达水平（图4a-4b）。叶片和花瓣样本中所有差异表达基因（degs）的火山图如图s3所示。在叶片中，共注释了2495个degs，其中，h-l vs.ck-l比较组则鉴定出1696个上调degs和799个下调degs；l-l vs.ck-l比较组则鉴定出379个差异表达基因，包含378个上调基因和1个下调基因。在玫瑰花瓣中，注释了10695个差异表达基因（degs），其中，h-f vs.ck-f比较组鉴定出5248个上调的degs和5447个下调的degs。l-f vs.ck-f比较组总共注释了386个差异表达基因（degs），其中包括3个上调的degs和383个下调的degs。

在施用硒（se）后，叶片转录组发生了显著变化。为了揭示硒处理下叶片中差异表达基因（degs）的生物学功能，研究者对degs进行了go和kegg富集分析。如图4c-4e所示，在h-l vs.ck-l比较组中，在生物过程类别中，degs显著富集的通路主要与细胞壁的组织和生物合成、木聚糖代谢过程、纤维素生物合成过程、对损伤的响应、脂质代谢过程、蛋白质运输等相关。这些代谢通路主要与细胞过程和代谢过程相关。在分子功能类别中，与催化活性和结合相关的通路显著富集，其中以dna结合转录因子活性为主导。在细胞组分（cc）类别中，膜的内在和组成成分在代谢通路中富集。在l-l vs.ck-l比较组中，生物过程术语光合作用、光捕获、蛋白质-色素偶联、光系统i中的光合作用电子传递以及ja介导的信号传导通路的调节显著富集。在cc类别中，与光系统ii、光系统i、叶绿体类囊体膜、光系统i反应中心、叶绿体、光系统ii氧气发生复合体、膜的内在成分和类囊体相关的通路显著富集。在分子功能类别中，叶绿素结合和atp结合显著富集。此外，与花粉识别、对植物激素的响应以及脂质代谢过程相关的通路是h-f vs.ck-f组中degs显著富集的top通路。

图4.玫瑰植株硒干预对差异表达基因（degs）的转录组分析。(a)fpkm分布箱线图；(b)degs维恩图；(c)h-l vs.ck-l比较组 degs生物过程go富集分析；(d)h-l vs.ck-l比较组degs细胞组分go富集分析；(e)h-l vs.ck-l比较组degs分子功能go富集分析；(f)h-l vs.ck-l比较组degs kegg通路富集分析；(g)l-l vs.ck-l比较组degs kegg通路富集分析。

如图4f-4g所示，研究者对h-l vs.ck-l比较组中差异表达基因（degs）进行kegg富集分析发现，内吞作用、植物激素信号传导、mapk信号通路、淀粉和蔗糖代谢以及植物-病原体相互作用是显著富集的五个通路。碳代谢、光合作用、植物激素信号传导、mapk信号通路和植物-病原体相互作用是l-l vs.ck-l比较组中显著富集的前5个通路。植物激素信号传导、mapk信号通路和植物-病原体相互作用是作物抗病性中重要的代谢通路。 此外，l-l vs.ck-l比较组在光合作用方面存在差异。对于花瓣，在h-f vs.ck-f比较组中，植物激素信号传导、植物-病原体相互作用和mapk信号通路-植物通路得到富集；而在l-f vs.ck-f比较组中，苯丙素生物合成、淀粉和蔗糖代谢以及氰氨基酸代谢得到富集。

低剂量和高剂量硒的处理显著影响了与信号传导和抗病性相关的基因表达。高浓度处理改变了与细胞壁和细胞膜相关的代谢途径，而低浓度处理改善了玫瑰植物的光合作用，且这些植物对ja激素代谢的响应更为活跃。总体而言，有机硒处理提高了玫瑰植物应对外部刺激的能力。

5 硒干预对叶片代谢物及主要代谢物的影响

研究者对ck-l、l-l 和 h-l 组中差异丰度代谢物进行了比较分析。研究者使用qc 样本评估了分析过程的重复性，不同时间点 qc 样本的 tic 重叠显示出良好的一致性，表明仪器具有高稳定性。pca 分析显示 qc 样本之间分散度极小，证实了仪器分析和测试结果的稳定性和可靠性。皮尔逊相关系数显示组内关系强且重复性良好（图s1-s2）。

植物中硒的吸收和富集过程会导致蛋白质、脂肪和多糖含量的增长与下降，进而影响作物的生长和代谢。如图5a所示，对于h-l vs.ck-l比较组，有414种化合物上调，其中脂类、苯丙烷类、聚酮类、类苯化合物、有机杂环化合物、有机酸和有机氧化合物被分类和富集。有398种下调的化合物，主要分类和富集的化合物包括有机杂环化合物、苯丙烷类、聚酮类、类苯化合物、有机酸、脂类等。对于l-l vs ck-l比较组，有190种上调的化合物，其中主要分类和富集的化合物包括有机杂环化合物、脂类、有机酸、苯类化合物等，而下调的化合物有162种，主要包括有机酸、有机杂环化合物、苯丙烷类和聚酮类。因此，施用se后丰度差异显著的代谢物主要包括脂类、有机酸、有机氧、苯丙烷类、有机杂环化合物、苯并化合物等。

硒施用后叶片中脂质化合物发生显著变化。如图5b所示，富集的化合物主要为脂肪酰基，其中脂肪酸和亚油酸是主要成分。此外还检测到主要为萜类化合物的萜醇脂质、部分二十碳酸类化合物、脂肪酸酯及脂肪醇酯。下调的脂类主要为前醇脂类，尤其是萜类化合物，如单萜类、三萜类、萜内酯、倍半萜类、萜类糖苷以及醌类和羟基醌类脂类，其次为甘油磷脂类，仅下调。 在这些显著变化的脂质化合物中，脂肪酸和亚油酸上调，而甘油磷脂下调。亚油酸（一种含有两个双键的多不饱和ω-6脂肪酸）及相关脂肪酸，如13(s)-hotre、13-hpode、13-kode、9-hpode、9-oxo-10(e), 12(e)-十八碳二烯酸、甲基亚麻酸、fa 18:2 4 o、fa 13:3 1 o、fa 9:1 1 o，以及a-12(13) - epode，显著上调，而lpc 18:1、lpc 18:3、lpe 18:1、lpe 18:2及其他属于甘油磷脂的物质在hl vs ck-l比较组显著下调1.5–2.6倍。这些化合物是参与脂质代谢的重要物质，具有多种功能。例如，上调2.1倍的9-hpode是亚油酸过氧化产物，可诱导细胞内谷胱甘肽（gsh）氧化，并对多种病原体具有抗菌活性。不饱和脂肪酸参与ja生物合成，而其他产物如lpc和lpe则参与与防御、伤口反应、细胞生长和衰老相关的信号通路。甘油磷脂代谢对细胞功能至关重要，作为细胞膜的组成部分，参与信号传导、细胞分裂、能量平衡调节和脂肪合成等生理过程。这些脂质对植物应激反应、生长和发育至关重要，作为细胞膜成分和调节因子、细胞外屏障元件（如角质和木质素）、生物活性分子前体（如ja及其衍生物）以及应激信号调节器和氧化应激诱导剂发挥作用。l-l vs ck-l比较组的脂质代谢物分类图如图s4所示。

氨基酸不仅参与蛋白质合成，还支持免疫细胞功能，并通过调节相关基因表达增强植物对逆境的适应能力。氨基酸及其衍生物，以及肽类物质，如l-谷氨酸、精氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、7-异茉莉酸-l-异亮氨酸（7-ja-iso-ile）、吡咯酸和谷胱甘肽（gsh），显示出更显著的变化。在适当浓度范围内，硒对氨基酸有显著影响，促进植物蛋白质合成，并有利于作物生长和代谢。当植物遇到非生物胁迫时，过氧化作用常发生，导致植物细胞膜受损。脯氨酸和氨基丁酸可提高过氧化物酶（pod）等抗氧化酶的活性，从而减少过氧化损伤。其他类型氨基酸含量的变化构成植物对不利应激的防御反应。gsh是一种含有γ-酰胺键和巯基的肽，由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成，与ck-l相比，h-l组和l-l组的gsh含量分别增加了1.7倍和2.4倍。gsh是一种重要的细胞内调节物质，不仅是甘油醛磷酸脱氢酶的辅基，还是甘油醛酶和三碳糖脱氢酶的辅酶。它参与三羧酸循环和糖代谢，促进糖、脂肪和蛋白质的代谢。在氨基酸合成方面，l-谷氨酸是谷氨酰胺、脯氨酸、精氨酸和赖氨酸合成的关键前体，其在h-l vs l-l比较组中的含量分别增加了66%和75%。香草酸在体内通过5-磷酸-3-烯醇丙酮酸香草酸从香草酸合成。苯丙氨酸和酪氨酸由香草酸合成，是肉桂酸、香豆素和木质素的来源。值得注意的是，l-l组中7-ja-异亮氨酸的相对含量增加了4.4倍，但在h-l组中减少了9.7倍。作为ja的异亮氨酸结合物，7-ja-iso-ile参与ja信号传导，这与观察到的ja含量变化一致：l-l组增加1.9倍，而h-l组减少0.6倍。脂质来源的植物激素ja可调节植物生长、发育、次生代谢及对病原体感染的防御。这进一步表明，硒的剂量效应是由玫瑰中植物激素与代谢复杂网络协调作用的差异所导致的。

在苯丙烷类化合物中，最显著的变化主要出现在黄酮苷（主要是黄酮-3-o-苷和黄酮-7-o-苷）以及部分黄烷和黄酮类化合物中。在h-l vs ck-l比较组中，上调的化合物主要包括：槲皮素及其o-葡萄糖苷（槲皮素3-o-苹果酸葡萄糖苷、槲皮素-3-o-鼠李糖苷、槲皮素-3-o-葡萄糖苷-6’’-乙酸酯，以及槲皮素3-o-葡萄糖醛酸苷）， 山奈酚及其葡萄糖苷（山奈酚 3-α-l-阿拉伯吡喃糖苷、2’’-乙酰阿斯塔拉甘、山奈酚 7-新橙皮苷）、槲皮素及其 7-o-葡萄糖苷、阿维库拉林、异鼠李素、苷元等。下调的化合物主要包括：原花青素c1、原花青素b2、3′-o-没食子酸酯、表儿茶素、儿茶素、儿茶素没食子酸酯和没食子酸、丁香酚等。在l-l vs ck-l比较组之间观察到的变化较少，仅有部分黄酮类和单宁类化合物，如槲皮素3-o-葡萄糖醛酸酯和原花青素b2，显示出变化。

图5.硒干预对玫瑰植株代谢组及主要代谢物的影响。(a)叶片代谢物分类；(b)h-l vs ck-l的脂质代谢物分类；(c)h-l vs ck-l的dams在kegg中的富集情况；(d)l-l vs ck-l的dams在kegg中的富集情况。

如图5c-5d和s5-s6所示，叶片中的主要代谢途径包括：谷胱甘肽代谢、α-亚麻酸代谢、亚油酸代谢、不饱和脂肪酸生物合成、氨酰-trna生物合成、精氨酸生物合成、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成、鞘脂代谢、哌啶和吡啶生物碱生物合成、角质、木质素和蜡生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成、黄酮类生物合成、苯丙氨酸代谢等。次生代谢物，包括黄酮类，在h-l vs ck-l比较组中的变化比l-l vs ck-l比较组更为显著。从初级代谢向次级代谢的转变表明，植物激活了抗逆系统以应对外部刺激，且在高浓度硒处理后，植物的抗逆性得到提升。高剂量硒增加了萜类、酚类和黄酮类等次生代谢物的产量，这些物质可保护植物免受病虫害侵害。这种转变表明，刺激通过多种途径促进了从初级代谢向次级代谢的转变。产生的抗氧化剂、内源性激素、化感物质和渗透物质增强了作物的抗逆性，而影响品质和风味的物质可能在花中产生。每次应激事件都会启动次生代谢过程，促进次生代谢物的积累。

6 硒干预对花卉代谢物及主要代谢产物的影响

与叶片中的情况类似，花中代谢物化合物变化显著的包括脂类、有机酸和苯丙烷类化合物（图s7）。对于h-f vs ck-f的比较，有106种化合物上调，主要为有机杂环化合物、有机酸及其衍生物、有机氧化合物等。有84种下调的化合物，主要分类为脂质和脂质样分子、有机酸及其衍生物、苯酚类等。对于l-f与ck-f的比较，有75种化合物上调，分类主要为脂质和脂质样分子、有机酸及其衍生物、苯酚类等。总计有35种下调化合物，主要为脂质及脂质样分子、有机杂环化合物和有机酸及其衍生物。对于h-f vs l-f的比较，17种上调化合物主要分类为有机酸及其衍生物、苯丙烷类和聚酮类。共有30种下调的化合物，分类主要为脂类和脂类类似物以及有机酸及其衍生物。在本研究中，硒肥在开花前施用，但开花后观察到花代谢物发生显著变化。这些发现表明，硒对玫瑰植物具有持久影响，既影响开花过程，也影响花朵的营养成分组成。

对于h-f vs ck-f的比较，脂质化合物显示出更多下调的代谢物，例如α-esa、13s-羟基十八碳二烯酸、13(s)-hotre、 13-hpode、9-hpode、9-hode 和 fa 9:0 1 o。在高剂量组和低剂量组中，9-hpode、9-hode 和 lpc 18:1 的表达量均下调了约两倍。壬二酸是植物系统获得性抗性（sar）的信号成分，通过no-ros-aza-g3p信号通路诱导植物抗性，其相对含量约降低四倍。值得注意的是，9-hpode在叶片中增加，但在花中减少约1.7–1.8倍。 在有机酸中，氨基酸及其衍生物在变化的代谢物中仍占主导地位，例如丙氨酸、l-谷氨酸、诺帕林、苯乙酰天冬氨酸、4-氨基丁酸（gaba）、甲硫氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、棕榈酸、壬二酸、癸二酸等。如图s8所示，诺帕林是精氨酸与α-酮戊二酸缩合形成的衍生物，其在h-f vs ck-f比较组中的含量显著上调了40倍。诺帕林是参与精氨酸和脯氨酸代谢的重要代谢物，也是影响抗逆性的关键因素。与开花和抗逆性密切相关的两种代谢物——创伤素和赤霉素a12醛的含量分别下降了2.2倍和2.8倍。然而，l-f vs ck-f比较组之间的变化主要体现在氨基酸和脂质上，次级代谢物变化较少。

总体而言，硒对花朵的影响与对叶片的影响相似，对氨基酸和脂质代谢产生了显著影响。关键代谢途径包括丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢，精氨酸生物合成，以及脂肪酸代谢（图s8-s9）。这些发现表明，硒通过调节初级和次级代谢途径，影响花朵质量和抗逆性。

7 kegg通路分析和关键代谢变化

7.1.亚油酸和α-亚麻酸代谢的硒诱导变化

通过对转录组和代谢组数据进行整合分析，并利用kegg通路映射（p<0.05）（图s10），研究者观察到硒的施用优先调节了玫瑰叶中亚油酸和α-亚麻酸的代谢，这两者是ja生物合成的两个关键前体通路。ja是一种重要的脂质来源植物激素，可赋予宿主对病原体的抗性。如图6所示，硒处理显著提高了亚油酸和α-亚麻酸的含量，同时上调了关键ja生物合成基因，包括lox2s（rru01g000760，rru05g070200， rru05g070220）、dad1（rru05g013130）、aos（rru06g051490）以及其他ja合成相关基因（rru06g051490、rru04g046530、rru02g009840、  rru03g029350, rru06g037050），导致ja含量升高。有趣的是，尽管ja生物合成上调，研究者检测到me-ja水平下降，这与ja到me-ja转化基因的下调相关。观察到的rru4g051610（编码茉莉酸o-甲基转移酶）上调，暗示了甲基化茉莉酸合成中可能存在负反馈机制，而rru06g052710的表达与甲基化茉莉酸的产生呈正相关。这些发现共同表明，硒诱导的α-亚麻酸代谢途径调节通过协调调控ja生物合成和甲基化过程，增强了玫瑰中ja介导的免疫反应，突显了ja作为脂质来源的植物激素在植物抵御病原体中的关键作用。

图6.玫瑰中有机硒介导的抗病性增强的潜在作用机制。红色字体表示上调基因和代谢物，绿色字体表示下调基因和代谢物。

7.2  氨基酸、碳水化合物代谢和光合作用的调节

在叶片中，包括缬氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺和精氨酸在内的几种氨基酸在硒处理后的生长过程中表达下调。在谷胱甘肽（gsh）合成谷氨酸的代谢通路中，编码谷胱甘肽-s-转移酶（gst）酶的基因rru05g053650和rru06g037740显著上调，而编码谷氨酸合成酶 rru05g053650 和 rru06g037740（编码谷胱甘肽s-转移酶）显著上调，而编码 gdha（nad(p) ）的基因 rru01g048220 也上调，进而提高了谷氨酸含量。另一项研究表明，gsh是花粉萌发的重要决定因素，参与花粉与柱头之间的相互作用，但会延迟开花时间。其他非蛋白质氨基酸，如瓜氨酸和gaba，参与非生物胁迫耐受性和营养生长，其在抗逆性中的重要性在本研究中通过其含量显著增加得到体现。

此外，其他代谢物及其编码基因的变化主要与碳水化合物代谢相关。参与戊糖磷酸循环通路的基因galm（rru04g045550）和idnk（rru01g056090）的表达上调，相应地，d-葡萄糖酸和葡萄糖的水平也上调。实验证据表明，参与淀粉代谢的代谢物（如葡萄糖）可能是重要的开花信号物质，其差异源于作物对外部刺激的抗性。总体而言，植物抗逆性的调控涉及糖和激素信号通路的多基因网络。糖是开花诱导的早期信号，而aba参与糖的调控。例如，糖是开花诱导的早期信号，而aba调节糖；两者相互作用。

此外，低浓度硒的干预显著促进了作物的光合作用。对于氧化磷酸化，光合作用复合体i（nadh脱氢酶）中的nd6亚基（rru07g044180，rru06g061000）和ndufab1亚基（rru07g010770）编码基因的表达显著上调。复合物iii中的peta（rru02g080820、rru04g040170和rru03g022010）和复合物v中的ppa（rru03g016280）编码基因也显著上调。在光合作用过程中，编码光系统i、光系统ii、细胞色素b6/f复合体、光合作用电子传递和f型atp酶的基因，如petc（rru02g068320）、 peth（rru02g014160）和atpf1g（rru05g002470）等编码光系统i、光系统ii、细胞色素b6/f复合体、光合作用电子传递和f型atp酶的基因显著上调。光合作用的显著增强可提高作物的抗逆性。

7.3  硒对开花、抗逆性和植物激素调节的影响

苯丙烷类化合物，如黄酮类和总酚类，在开花期及后续发育过程中赋予植物抗逆性方面发挥着重要作用。调控黄酮类生物合成中苯丙氨酸羟化酶（pal，rru01g039610）的基因已被注释，且在暴露于硒（se）的叶片中检测到高含量的柠檬苦素、槲皮素和山奈酚。适宜浓度的硒可促进黄酮类等次生代谢物的积累，激活相关代谢途径，上调防御物质编码基因的表达，增强植物抗氧化能力，并提升作物的抗逆性。研究表明，施用硒后，甘蔗植株中活性氧（ros）和过氧化氢（h₂o₂）的积累显著减少，抗氧化酶活性增强，脱氢乙酸（ja）含量及ja通路基因表达增加，从而降低甘蔗叶片白条病的发生率。柑橘中叶绿素、可溶性糖总含量、黄酮类化合物总含量和酚类化合物总含量增加，膜稳定性提高，有效抑制了黄龙病的发生率。本研究结果与大多数研究一致，有机硒也提高了作物的抗逆性。

花与叶代谢途径之间的最大差异在于，参与亚油酸和α-亚麻酸代谢的化合物及其调控基因均呈现下调表达。此外，还评估了ga12-醛的丰度，二萜类生物合成中编码kao（rru01g021620）的基因显著上调，而编码ga20ox（rru01g029820）、ga2ox（rru03g034020）rru05g00325）和ga3ox（rru02g049610）的基因表达下调。亚油酸和ga等脂质含量的减少可能是导致玫瑰花数量减少和花瓣展开延迟的关键因素。ga和aba的合成前体相同，ga含量的减少先于aba含量的增加。因此，aba和ga的变化进一步支持了有机硒干预对玫瑰抗逆性的影响。

开花是植物生长中的关键阶段，受复杂的信号网络和多个基因的调控。在逆境条件下，开花时间可能会提前或推迟，这取决于物种和逆境类型。有机硒的应用导致玫瑰开花推迟和产量降低。研究表明，植物激素和其他代谢物可以加速或延迟开花。通过外部施用刺激剂来调节开花时间的方法在农学家中越来越受欢迎。尽管食用玫瑰开花减少可能是意外的，但硒干预可能对延迟开花或保存鲜切花具有价值。因此，有机硒不仅能提高抗逆性，还在植物保护的其他领域具有重要潜力。

为了理解硒补充与玫瑰代谢之间的分子相互作用，研究者进行了全面的生理学、转录组学和代谢组学分析，以识别在硒暴露条件下与花诱导和植物发育相关的关键特征、基因和代谢物。

适宜的硒（se）浓度可促进植物生长发育，并通过增强抗氧化能力及刺激免疫系统来提高植物对逆境的耐受性。当植物细胞受到损伤时，涉及谷胱甘肽过氧化物酶（gsh-px）和超氧化物歧化酶（sod）等酶类的保护机制会被激活。硒可提升gsh-px和sod的活性，优化细胞内环境，并调控一系列生化反应。在信号物质的作用下，内源性植物激素如sa、ja和aba被激活，与防御相关的化合物如单宁、多酚、黄酮类和萜类物质活性增强。脂质分子如亚油酸和α-亚麻酸的含量也增加，有助于植物抵御细菌、真菌和病毒感染。

硒的施用对作物具有长期影响，即使在开花前施用，也会影响作物的生理过程。虽然开花对植物繁殖和粮食安全至关重要，但开花受抑制表明植物的抗逆性增强。这种反应不仅有助于植物适应外部压力，还为利用硒调节开花时间提供了机会。

综上所述，本研究发现，在最适浓度下，有机硒通过调动初级和次级代谢物、激活内源性植物激素、增强光合作用以及强化抗氧化防御机制，能够提升玫瑰的抗逆性。然而，硒含量不当会对开花和产量产生负面影响。如果开花并非主要目标，硒可安全用于提升抗逆性，且不会影响产量。