作者首先使用氟苯尼考處理樣本，隨著抗生素濃度增加，小麥幼苗的長度、DW和FW均下降，表明氟苯尼考對小麥生長有顯著抑制作用（圖1A）。檢測活性氧相關物質含量時，發現MDA 含量隨濃度呈上升趨勢，SOD、POD 和 CAT 活性也表現出同樣趨勢（圖1B-E）。

這些結果表明，氟苯尼考可誘導小麥幼苗產生氧化脅迫，并不可避免地導致植物細胞功能失調。

圖1 氟苯尼考脅迫下小麥幼苗形態及抗氧化反應

由于ROS 會損傷葉綠體細胞器，導致葉綠素含量下降，作者隨后檢測了小麥幼苗的光和參數。隨著抗生素濃度的增加，光合色素含量（葉綠素 a、葉綠素 b 和類胡蘿卜素）逐漸減少（圖 2A），葉綠素前體（Proto IX、Mg-proto IX 和 Pchlide）的也有同樣的變化（圖 2B），這解釋了小麥葉片逐漸變白的表型。

此外，小麥幼苗的光合速率和呼吸速率隨著濃度的增加而降低（圖2C和2D），小麥葉片顏色由藍色（健康）變為綠色，甚至變為紅褐色（嚴重受損），葉尖嚴重受損（圖 2E）。作為評價 PSII 光合效率的最有效參數之一，Y(II) 值隨著氟苯尼考濃度的增加而降低（圖2F），表明在高氟苯尼考濃度下，PSII受到光能捕獲效率降低的影響。而Y(NPQ) 代表調節能量耗散的量子產率，該值越高，植物耗散多余光能和減緩 ROS 生成以進行自我保護的能力越強，表明氟苯尼考可能會干擾植物耗散多余光能的能力，促進 ROS 的產生（圖2G），ETR表示PSII在實際PAR下的電子傳遞效率，ETR值也隨著氟苯尼考濃度的增加而降低（圖2H）。

作者隨后通過透射電子顯微鏡分析了氟苯尼考處理后葉片細胞的超微結構變化。在對照組中，細胞壁清晰，葉綠體呈紡錘形，葉綠體雙層膜完整整齊，葉綠體密度適中且規則，質體極少。核膜和核仁清晰完整（圖3A和B）。氟苯尼考暴露后，葉綠體腫脹變形，膜表面模糊不清，顆粒排列不規則，類葉綠體片層結構受損，質球體的數量明顯增加，且排列緊密（圖3C和D）。

這些結果表明電子傳遞過程可能受到抑制，導致 ROS 的積累，并進一步造成細胞結構損傷。

圖2 氟苯尼考對光合作用的影響

圖3 氟苯尼考對葉綠體超微結構的影響

為了進一步了解小麥幼苗對氟苯尼考的反應機制，作者進行了蛋白組檢測，共鑒定出976個蛋白，其中上調蛋白362個，下調蛋白134個。GO分析表明，小麥幼苗的代謝譜（羧酸代謝過程、氧酸代謝過程等）、蛋白質的重折疊和翻譯等均有變化，下調的差異蛋白主要集中在光合作用以及前體代謝物和能量的產生，這與先前光合作用參數的變化一致，類囊體膜、光合膜、類囊體和葉綠體相關蛋白也下調，表明小麥葉片的光合作用受到嚴重破壞（圖4A）。

KEGG結果顯示，DEPs 富集于五大類通路（新陳代謝、遺傳信息處理、環境信息處理、細胞過程和生物體系統），包括25條重要通路，其中，碳代謝最為突出，其次是光合生物的碳固定、代謝途徑氨基酸的生物合成、光合作用和 TCA 循環（圖B-C）。在前人擬南芥的相關研究中也有類似的結果，九條差異最大的通路被分為兩個簇，紅色模塊以氨基酸的生物合成為中心，與碳代謝、光合生物的碳固定、代謝途徑、氨基酸的生物合成、TCA 循環、核糖體以及果糖和甘露糖代謝有關，被顯著上調，藍色模塊是光合作用，被顯著下調（圖4D）。PPI網絡結果如圖5所示，該網絡涉及光合生物的核糖體、光合作用、氧化磷酸化、蛋白酶體、蛋白質折疊、TCA 循環、嘧啶代謝和碳固定。

圖4 蛋白組分析

圖5 PPI網絡分析

作者接下來進行了代謝組分析，共鑒定出119種代謝物，主要包括碳水化合物、脂肪酸、有機酸、醇類、氨基酸和其他化合物。多元統計分析結果表明，抗生素處理后小麥幼苗的代謝物有顯著變化（圖 6A-B），其中對分類貢獻最顯著的分別為天冬酰胺、麥芽糖、乳糖、糖類、絲氨酸和丙氨酸（圖6C-D），KEGG分析中富集了20條通路（圖6E），包括TCA 循環、半胱氨酸和蛋氨酸代謝等，綜合蛋白質組學和代謝組學的分析結果，TCA 循環是顯著上調的常見途徑（圖 6F），而在蛋白質組學中，對下調途徑光合作用的影響也很明顯（圖 6G），在 TCA 循環途徑中，許多酶活性均上調（圖 6F）。在光合系統中，PSI、PSII、細胞色素 b6/f 復合物、F 型 ATPase 和光合電子傳遞相關蛋白顯著下調，從而破壞了植物的光合作用（圖 6G）。

圖6 不同代謝物的變化

在這篇研究中，作者通過研究發現氟苯尼考脅迫對小麥幼苗的生長、氧化防御酶、光合系統活性和超微結構均有負面影響。蛋白質組分析表明，氟苯尼考破壞了小麥幼苗的光合途徑，改善了蛋白質合成和能量代謝以應對脅迫。代謝組分析表明，氟苯尼考脅迫會刺激多種代謝途徑。綜上所述，作者闡明了小麥幼苗對氟苯尼考脅迫的響應，其中，TCA循環是顯著上調的常見途徑，而光合作用途徑則顯著下調。