氧化鈰納米顆粒種子引發(fā)提高油菜耐鹽性取得新進(jìn)展

　　近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院吳洪洪教授課題組在Journal of Nanobiotechnology在線發(fā)表了題為“Nanoceria seed priming enhanced salt tolerance in rapeseed through modulating ROS homeostasis and α-amylase activities”的研究論文，報(bào)道了氧化鈰納米顆粒種子引發(fā)提升油菜耐鹽能力的可能機(jī)理。

　　鹽脅迫是影響農(nóng)作物高效生產(chǎn)的主要限制因素之一。油菜作為全世界廣泛栽培的重要經(jīng)濟(jì)作物，鹽脅迫嚴(yán)重影響了其產(chǎn)量與品質(zhì)。此外，利用油菜進(jìn)行鹽堿地改良也是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。因此，提高油菜耐鹽能力不僅可以促進(jìn)油菜的鹽堿地種植，也能有利于更好地開(kāi)展鹽堿地改良。納米材料種子引發(fā)（使用納米材料對(duì)種子進(jìn)行引發(fā)）在提高作物耐鹽中具有巨大的應(yīng)用潛力。然而，關(guān)于納米材料種子引發(fā)提升作物耐鹽能力的具體機(jī)理仍有許多不明之處。

　　在本研究中，研究人員合成了聚丙烯酸修飾的低Ce3+/Ce4+摻雜比率的氧化鈰納米顆粒（PNC）。通過(guò)PNC引發(fā)油菜種子8小時(shí)，顯著地提升了油菜種子在鹽脅迫下（200 mM NaCl）的發(fā)芽率、鮮重以及水分吸收。鹽脅迫下，通過(guò)PNC引發(fā)油菜種子顯著降低了發(fā)芽7天后的油菜幼苗活性氧含量（·O2-和H2O2）以及提升了抗氧化酶活性（SOD、POD、CAT）。同時(shí)，PNC降低了鹽脅迫下油菜幼苗地上部以及根系的Na+含量，提升了K+含量，維持了較好的Na+/K+穩(wěn)態(tài)。以上結(jié)果證明，PNC通過(guò)緩解氧化應(yīng)激以及維持離子平衡提升了油菜種子在鹽脅迫下的發(fā)芽能力。

　　α-淀粉酶是種子發(fā)芽期間負(fù)責(zé)淀粉降解的關(guān)鍵酶。本研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下PNC顯著提高了油菜種子引發(fā)期間的α-淀粉酶活性。qPCR結(jié)果顯示，PNC引發(fā)上調(diào)了與α-淀粉酶相關(guān)的兩個(gè)基因（AMY1和AMY2）表達(dá)量。這些結(jié)果證明PNC通過(guò)調(diào)控油菜種子α-淀粉酶活性，提升了其在鹽脅迫下的發(fā)芽能力。此外，激光共聚焦結(jié)果表明，種子引發(fā)期間，PNC大多附著在種皮表面，表面PNC和油菜種子種皮之間可能也存在相互作用，從而提升其耐鹽能力。本研究從活性氧穩(wěn)態(tài)平衡和α-淀粉酶角度揭示了氧化鈰納米顆粒種子引發(fā)提升油菜耐鹽能力的機(jī)制，為納米材料種子引發(fā)提升作物耐鹽機(jī)理研究提供了更多理論支撐。總之，本研究進(jìn)一步展示了植物納米生物技術(shù)在提高作物抗逆能力方面的良好應(yīng)用潛力，也表明學(xué)科交叉有可能為研究實(shí)踐生產(chǎn)中的科學(xué)問(wèn)題提供新的備選研究或技術(shù)方案。