针对全球日益严峻的“隐性饥饿”与“营养过剩”并存的“营养不良双重负担”的挑战，整合应用合成生物学与代谢工程等先进技术，将普通农作物改造为营养丰富的“功能性作物”正在发展成为保障未来粮食安全与人类健康的新质生产力。

我校特用作物遗传与代谢工程研究中心（山西省）、特用作物与生物技术团队应用多基因叠加及代谢工程技术成功创制了富含虾青素（Astaxanthin，ATX）的普通烟草新种质（Wang et al., 2025）,这为应用烟草生物反应器可持续生产高值天然虾青素(超强抗氧化剂)，以及“特”“优”农业和功能农业发展提供了新种质。以这种虾青素营养强化型烟草（T-ATX）为试材，团队系统评估了T-ATX种质的抗逆性机制，特别是抵御重金属铅（Pb）胁迫以及阻控Pb污染的机制，获得一系列新发现。

近日，此项成果研究论文“Astaxanthin biofortification enhances tobacco tolerance to lead stress through boosting antioxidant defense, reducing Pb accumulation, and modulating detoxification pathways”在国际重要学术期刊《Journal of Advanced Research》（中科院大类一区Top，IF=13）发表（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jare.2025.07.038；Available online 23 July 2025）。

论文图形摘要

研究显示，与对照烟草株系（不能合成和积累ATX）相比，T-ATX烟草在铅胁迫下展现出更强的生长优势，包括株高、根长、叶面积与生物量显著增加，同时维持更优的光合效率与叶绿素含量，幼苗抗氧化酶活性及非酶类抗氧化物水平显著提高，并能有效保持细胞亚结构完整性。尤为重要的是T-ATX烟草在根、茎、叶等部位的铅含量显著低于对照烟草株系，同时降低了铅在植物体内从根部向地上部的转运效率。多组学联合分析进一步揭示，T-ATX烟草植株多个与抗氧化防御、解毒通路、类胡萝卜素代谢、铅离子转运及植物激素信号传导相关的关键基因和代谢物均显著上调。该研究首次明确了在高等植物体内从头合成和富集的虾青素在缓解宿主铅毒性和促进植物健康生长的多层次协同作用机制，内源ATX不仅显著提高宿主的抗氧化性，而且还赋予宿主抵御Pb胁迫的新机制。据此， 论文提出了通过ATX生物强化作物实现绿色防控重金属污染的可行策略，为农业可持续发展和健康安全农产品供给提供了理论和技术支撑。

介导T-ATX 烟草株系抵御Pb胁迫和消解Pb毒性的关键基因和代谢通路

论文第一作者为农学院硕士研究生杜仲阳（已毕业，科研助理）， 通讯作者为农学院薛金爱教授、李润植教授和中科院烟台海岸带研究所崔红利博士，合作作者包括农学院王晓丹和孙岩博士、硕士研究生梁梦静和刘义珍，以及季春丽和张春辉副教授等。该研究获国家重点研发计划项目（2021YFD1901105）、山西省重点科技项目（202101140601026-7）、国家自然科学基金（U23A20146；2476123）、山西农业大学与中国农科院青岛烟草所合作课题（2024QT043）等项目资助。

团队另一项有关作物抗逆性研究论文“Genome-wide characterization of monoacylglycerol lipase (MAGL) gene family in soybean and functional analysis of GmMAGLs in storage lipid metabolism and drought resistance”,于2025年7月1日发表于《BMC Genomics》(中科院大类2区，IF=4.2)（论文链接：https://doi.org/10.1186/s12864-025-11813-5）。该文系统鉴定了大豆单酰基甘油脂酶MAGL成员的理化性质，挖掘出参与大豆种子油脂合成以及大豆幼苗干旱应答反应的重要MAGL成员，为大豆种子油脂及抗逆性改良提供了优异靶基因。

干旱胁迫下18个GmMAGL基因在大豆幼苗根（A）和叶（B）的表达谱

农学院2022级硕士研究生景海青为第一作者，薛金爱和李润植教授以及农业基因资源研究中心张海平研究员为通讯作者。该研究获得国家自然科学基金（31401430）、国家重点研发项目(2021YFD1600601-03)和山西省科技重点项目(202201140601025)等资助。

团队亦在提高作物抗（耐）盐碱性领域获得新进展，与中科院烟台海岸带研究所合作，研究论文“Isolation and identification of native microalgae from the Yellow River Delta: A dual-focus study on the tolerance assessment of microalgae and their growth enhancement on Sesbania cannabina under saline-alkali stress”于2025年6月发表于《Algal Research》（中科院大类2区，IF=5.1）(论文链接：https://doi.org/10.1016/j.algal.2025.104033)。此项研究从黄河三角洲盐碱滩涂地成功分离到5个耐盐碱且促生效应独特的功能微藻藻株。多种测试表明，这些微藻用作生物肥，能显著改良盐碱地土壤肥力和提高田菁等作物抵御盐碱胁迫，为盐碱地改良和农作物生产提供了新的解决方案。

微藻生物肥促进田菁生长及盐胁迫耐性

农学院2022级硕士研究生于潇为第一作者，农学院季春丽副教授和中科院烟台海岸带研究所崔红利博士等为通讯作者。该研究获国家自然科学基金（U23A20146）、国家重点研发计划项目（2021YFD1901105）和山西省科技重点项目（202101140601026-7）等资助。

团队致力于促进作物生长和提高作物抗逆性的绿色生物刺激剂研发，相关成果研究论文“Mechanisms of branched chain amino acids promoting growth and lipid accumulation inCamelina sativaseedlings under drought and salt stress”2025年3月发表于《Sustainable Energy Technologies and Assessments》（中科院大类2区，IF=7.1）（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.seta.2025.10420）。该研究系统检测了三种支链氨基酸促进特色油料作物亚麻荠生长和油脂积累的功效，以及提高植物干旱和盐胁迫抗（耐）性的作用机制。研究结果表明，基于支链氨基酸的生物刺激剂可安全应用于作物大田生产，改善作物抗逆性，提高作物产量和品质。

支链氨基酸提高植物抵御干旱和盐胁迫的机制

农学院张春辉副教授为论文第一作者，李润植教授和中科院海洋所张立涛副研究员为通讯作者，薛金爱教授和季春丽副教授以及张健等研究生参与研究工作。该研究获国家自然科学基金(32300326)和山西省应用基础研究计划项目(20210302124005)等资助。