锂胁迫会抑制植物体内氮同化关键酶的活性，从而大幅降低植物对氮素的利用率。这种毒害作用在植物体内制造了一个严重的“代谢瓶颈”，导致即便土壤中氮素充足，作物的生长发育依然会受到严重制约。

面对这一挑战，中国科学院新疆生态与地理研究所农田生态安全与绿洲人地关系团队将等温吸附模型与傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析技术相结合，精准评估了褪黑素处理下提取的小麦根系细胞壁对锂离子的吸附与固定能力。同时，综合运用生理生化测定与分子生物学手段，系统监测了小麦体内锂离子的分布动态、细胞壁组分（如果胶、纤维素）的合成、氮同化及抗氧化系统的变化。

研究表明，褪黑素展现出了协调小麦抵抗锂毒害的能力。在锂暴露前用褪黑素预处理72小时，能促使小麦根系细胞壁发生重塑，将有害的锂离子拦截并固定在细胞壁（质外体）中，阻止其在细胞质内积累。基于这种“物理防御”，植物的氮代谢得以全面恢复。在锂胁迫下，褪黑素处理组小麦根系的氮含量比未处理组高出97%；硝酸盐转运蛋白基因（NRT1和NRT2.1）表达量分别激增179%和356%，各项核心氮同化酶活性显著提升。RNA测序进一步揭示，褪黑素激活了相关调控网络，调控了高达1388个转录因子（包含MYB、WRKY等家族）。

该研究首次证实了褪黑素通过“细胞壁固锂（物理防御）”来保障“氮素同化（代谢功能）”的机制耦合。

研究结果以“Melatonin Regulates N Metabolism and Wheat Growth via Facilitating Li Fixation in the Root Cell Wall and Redox Homeostasis”为题发表在农林科学Top期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》。新疆生地所Mohsin Tanveer副研究员为第一作者，王雷研究员和西班牙穆尔西亚大学的Marino B. Arnao教授为共同通讯作者。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c13751

图：褪黑素（Mel）介导的小麦耐锂（Li+）转录重编程综合模型