Brassica oleracea L. var. italica(西兰花)是一种营养价值高的作物,富含葡萄糖苷和酚类化合物(H. Li等人,2022年)。其种植具有重要的农业和经济意义,但近年来地中海地区西兰花种植面积的扩大伴随着作物产量的下降(FAO,2025年)。这种下降主要与使用咸水灌溉和低质量土壤有关(Pérez-Sánchez等人,2017年),而气候变化进一步加剧了这些挑战。
像许多作物一样,西兰花也容易受到非生物胁迫的影响,这些胁迫会对其生长发育和产量产生负面影响。其中,盐分过量是一个重要的环境问题,会限制全球的农业生产力(Pascale等人,2005年)。高盐分水平会导致渗透胁迫、离子毒性和氧化损伤,最终损害植物的生理过程(Munns,1993年)。因此,开发增强植物对这些胁迫因素抵抗力的策略对于可持续农业至关重要。
种子预处理是一种有前景的方法,通过特定刺激物对植物进行预处理。关键在于,预处理使植物处于一种敏感状态,在这种状态下,防御机制不会始终处于激活状态,从而避免产量损失,而是在感知到胁迫时才有效发挥(Savvides等人,2016年)。预处理记忆是一个关键概念,指的是植物在初始刺激去除后仍能保持增强的响应能力(Ganie等人,2024年)。预处理记忆通常与生理、生化和分子变化相关,包括抗氧化酶活性的改变、激素信号传导途径的变化以及表观遗传修饰,使植物能够“记住”过去的事件并更有效地应对新的胁迫(Chen和Arora,2013年)。
预处理可以通过多种因素诱导,包括生物和非生物因素、化学化合物以及植物提取物(Chakraborti等人,2022年)。其中,来自芸苔属植物的提取物特别值得关注,因为它们富含葡萄糖苷等次生代谢物,这些化合物已知可以调节植物的防御和氧化应激反应以及激素信号传导途径(Martínez-Ballesta等人,2013年;Variyar等人,2014年)。在我们之前的研究中,我们证明了富含葡萄糖苷的西兰花提取物可以在非胁迫条件下促进幼苗早期生长,并重新编程代谢,从而增强能量产生、胁迫调节和根系功能(Albaladejo-Marico等人,2025年;Albaladejo-Marico等人,2024年),这些都是与提高耐盐性相关的响应。然而,虽然这些在非胁迫条件下的初始响应表明了代谢重编程,但从“预处理状态”到“受胁迫保护状态”的实际转变仍有待进一步研究。为了明确其作为预处理剂的作用,必须区分其直接的生物刺激效果和在不利条件下触发更有效响应的能力(Tripathi等人,2024年)。
人们对利用植物来源的次生代谢物作为生物刺激剂越来越感兴趣,但葡萄糖苷的具体作用仍很大程度上未被探索。研究表明,某些异硫氰酸酯(从葡萄糖苷衍生而来的生物活性化合物)可以通过调节气孔关闭来提高植物的耐盐性(Aihara等人,2023年;Huang等人,2024年)。高葡萄糖苷含量的植物提取物,如来自辣木的提取物,在通过种子预处理或叶面喷洒时表现出显著的生物刺激作用。这些提取物能够通过刺激清除活性氧(ROS)的基因、调节脂质过氧化和维持脯氨酸稳态来缓解非生物胁迫(Arif等人,2023年)。
尽管取得了有希望的进展,但葡萄糖苷作为预处理剂和/或生物刺激剂的潜力,尤其是在诱导长期耐盐性方面,仍需进一步阐明。揭示这些响应的分子基础需要采用能够捕捉基因表达全基因组变化的方法。转录组分析已成为解析胁迫适应机制的强大工具,因为它能够识别出由生物刺激剂处理诱导的预处理记忆和恢复力机制背后的调控网络、离子转运蛋白和信号传导途径(Cerruti等人,2024年;Monterisi等人,2024年)。
因此,在本研究中,我们探讨了富含葡萄糖苷的西兰花叶提取物是否可以通过促进生长发挥生物刺激作用,并通过协调更强的胁迫响应来充当预处理剂。实验旨在评估这种处理方法赋予植物耐盐性的能力以及这些效果的持久性,暗示可能存在预处理记忆。通过结合生理评估和转录组分析,我们旨在为了解西兰花中的预处理记忆和胁迫恢复力机制提供新的见解。了解植物来源化合物如何影响胁迫适应机制可能对改善恶劣环境中的作物抗性具有重要意义。