人工纳米材料增强植物耐盐性的机理研究

土地盐渍化问题导致土壤环境恶化和农作物减产,基于纳米材料(NMs)的纳米农业技术在增强植物耐盐性方面的潜力正备受关注. 目前,关于NMs提高植物耐盐性的分子机制仍不明确,因此以烟草(Nicotiana tabacum L.) BY-2悬浮细胞为供试材料,研究对照组(CK)、盐胁迫处理组(S)以及盐胁迫下分别暴露于纳米二氧化钛(nTiO₂)和纳米硒(nSe)的细胞活性变化,并通过非损伤微测系统(NMT)原位实时检测Na+流速,采用液相色谱质谱联用(LC-MS/MS)技术分析NMs对盐胁迫下烟草BY-2悬浮细胞代谢组的影响. 结果表明:①0.1 mg/L nTiO₂ (处理6 h)与0.5 mg/L nSe (处理12 h)使盐胁迫下的烟草BY-2悬浮细胞的活性分别显著提高8.1%和13.6%. ②0.1 mg/L nTiO₂ (处理6 h)与0.5 mg/L nSe (处理12 h)使盐胁迫下的烟草BY-2悬浮细胞的Na+外排也分别显著增加了171.5%和99.0%. ③两种NMs通过调控不同的代谢通路增强烟草BY-2悬浮细胞的耐盐能力. 烟草BY-2悬浮细胞暴露于0.1 mg/L nTiO₂ (处理6 h)和0.5 mg/L nSe (处理12 h)后分别识别出53种和73种差异代谢物,nTiO₂可增强多种类别代谢物〔部分氨基酸和肽、脂肪酸和共轭物、三羧酸循环(TCA cycle)有机酸、糖类和嘧啶等物质〕的合成,而nSe则主要增强氨基酸和肽、吲哚和水杨酸等物质的合成. ④暴露于nTiO₂后,烟草BY-2悬浮细胞产生的差异代谢物中尿苷、吡哆醛、甘露糖、大麦芽碱和葫芦巴碱等代谢物含量均与Na+外排呈显著正相关;暴露于nSe后,烟草BY-2悬浮细胞产生的差异代谢物中吲哚丙烯酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸等代谢物含量均与Na+外排呈显著正相关,这些物质多参与莽草酸代谢通路,因此nSe可能通过调控莽草酸途径增强Na+外排. 研究显示,0.1 mg/L nTiO₂与0.5 mg/L nSe分别通过不同的代谢途径增强烟草BY-2细胞的耐盐性.