科學通報 | 西交利物浦大學和揚州大學聯合提出一種硒超積累植物和作物間作的新思路

近日，西交利物浦大學袁林喜副教授團隊和揚州大學李韜教授團隊在科學通報發表了題為“壺瓶碎米薺–小麥間作體系對小麥的促生與硒強化效應的影響”的研究論文（硒與環境和人體健康專題稿件）。我國特有硒超積累植物壺瓶碎米薺不僅能夠高效吸收和富集硒，還可能通過改變根際環境影響鄰近作物。該研究首次構建壺瓶碎米薺與小麥的間作體系，發現間作可在不同硒背景下促進小麥根系生長、生物量積累和硒吸收，并提示根系形態可塑性可能是該體系的關鍵驅動因素。這一研究為利用硒超積累植物與主糧作物間作促進作物生長和硒營養強化提供了新思路。

硒是人體必需微量元素，在抗氧化防御、免疫調節和甲狀腺功能維持中發揮重要作用。然而，土壤貧硒和膳食攝入不足在我國及全球不少地區依然普遍存在，如何通過農業手段安全、穩定地提高食物鏈中的硒供給，一直是硒營養強化研究關注的重點。小麥是全球最主要的口糧作物之一，也是居民日常礦質營養攝入的重要來源。當前小麥富硒主要依賴土壤施硒或葉面噴硒，但外源硒在土壤中容易受pH、有機質和氧化還原條件影響而固定、轉化或淋失，利用效率并不穩定，施用不當還可能增加環境風險。因此，探索更加綠色、可持續的小麥硒生物強化途徑，具有重要現實意義。壺瓶碎米薺是我國特有的硒超積累植物，在自然環境下地上部可積累高水平硒。過去相關研究多集中于其硒超積累機制及開發利用潛力，而其在農田生態系統中的作用，尤其是能否通過與作物間作影響鄰近植物的生長和營養吸收，仍缺乏系統研究。針對這一問題，研究團隊在盆栽條件下設置了0、2.28和22.83 mg Se·kg?1三個硒水平，比較了單作小麥與壺瓶碎米薺-小麥間作體系下小麥的表現差異。

結果顯示，在不同硒背景下，間作普遍促進了小麥根系生長和生物量形成，其中地下部響應更為穩定，表明根系是該體系中最敏感、最穩定的響應器官。在部分處理條件下，間作還提高了小麥葉片相對葉綠素含量和凈光合速率，表現出一定的促生效應。與此同時，小麥組織中的硒含量在間作處理中總體呈上升趨勢，尤其在較高硒水平下，地上部和地下部的富硒效應更為明顯。這說明壺瓶碎米薺的引入不僅可能改善小麥生長狀態，也有助于增強其對硒的吸收和積累。

進一步分析顯示，間作對小麥的促進作用具有明顯的硒背景依賴性。低硒條件下，促生效應更突出；高硒條件下，地上部生長促進減弱，但組織硒含量提升更明顯。結構方程模型結果提示，小麥生物量與硒濃度之間存在負相關關系，說明該體系中可能存在一定的稀釋效應。

圖1.不同硒處理水平下小麥單作與壺瓶碎米薺–小麥間作體系中小麥生物量和硒積累特征

在根際層面，研究團隊結合16S rRNA擴增子測序分析了小麥根際細菌群落。結果表明，間作能夠引起根際細菌群落結構的分化，且這種變化在低至中等硒背景下更為明顯。不過，群落α多樣性變化有限，現有結果也未顯示根際微生物是促生與富硒效應的主要直接驅動因素。綜合表型、生理指標和模型分析，研究認為，間作條件下根系形態可塑性的變化及其對資源獲取能力的影響，可能是該體系發揮作用的關鍵路徑。

圖2. 間作促進小麥生長與硒積累的結構方程模型分析

這項研究從生態互作角度展示了硒超積累植物與主糧作物間作的應用潛力，為壺瓶碎米薺這一中國特有植物的科學利用提供了新的研究場景。與單純依賴化學施硒的方式相比，間作策略更強調通過植物之間的相互作用調節根際環境和資源利用過程，因此具有更鮮明的生態學特點。未來，若能結合田間試驗、根系分泌物分析、滅菌—回接驗證及關鍵功能因子解析，將有助于進一步闡明該體系的作用機制，并推動其向農業應用方向發展。

西交利物浦大學理學院健康與環境科學系袁林喜副教授與揚州大學農學院李韜教授為本文共同通訊作者，付祎霖為本文的第一作者。本研究得到國家自然科學基金（32472044）以及農業農村部富硒產品開發與質量控制重點實驗室/富硒食品開發國家地方聯合工程實驗室開放課題（Se-2025A07）資助。

文章信息

付祎霖，杜廣瑄，張梓華，等.壺瓶碎米薺–小麥間作體系對小麥的促生與硒強化效應的影響. 科學通報, 2026.

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