氧化铈纳米颗粒提升油菜耐盐性的研究

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土壤盐碱化是全世界广泛存在的环境问题。日益加剧的土壤盐碱化问题严重影响着生态环境和农业生产。我国耕作土壤中约有760万hm2为盐碱土壤,严重限制了我国农业生产的快速高效发展。油菜是全世界广泛种植的油料作物,同时其被认为是位于大豆和棕榈之后的第三大植物油来源。尽管油菜被认为是中等耐盐作物,但盐胁迫仍旧严重影响其产量形成和品质提升。纳米技术作为一门快速发展的新型技术,在农业科学领域具有巨大的应用潜力。氧化铈纳米颗粒作为一类具有良好活性氧清除性能的金属基纳米材料,已被广泛应用于作物逆境胁迫研究中。本研究以盐敏感半冬性甘蓝型油菜中双11号(ZS11)为材料,研究氧化铈纳米颗粒对200 mMNaCl胁迫下油菜种子发芽以及幼苗生长的影响,旨在探索氧化铈纳米颗粒提升油菜耐盐性的可能机理,为纳米材料与作物逆境互作研究提供更多理论基础。本研究主要取得以下结果:1.确定了 0.1 mM PNC为提升盐胁迫下油菜种子发芽能力的最适浓度。相比于对照,PNC显著提升了盐胁迫下发芽七天后油菜幼苗抗氧化酶(SOD、POD)活性,降低了幼苗活性氧(·O2-、H2O2)含量,提升了盐胁迫下油菜发芽能力。在发芽实验的基础上,进一步确定了 0.05 mMPNC为提升土壤盐胁迫下油菜幼苗长势的最适浓度。相比于对照(200mMNaCl),叶面喷施PNC的油菜幼苗明显具有更好的长势,以及更高的叶绿素含量与生物量。CeCl3被用作无机盐对照评估了 Ce3+对盐胁迫下油菜幼苗生长的可能影响,结果显示CeCl3处理的叶片大小以及叶绿素含量与对照(200 mM NaCl)均无显著差异。同时,叶面喷施PNC与CeCl3均对正常条件下生长的油菜幼苗无显著影响。2.研究结果显示,叶面喷施0.05 mM PNC显著增加了土壤盐胁迫下油菜幼苗叶片抗氧化酶活(SOD、POD),降低了叶片活性氧含量(·O2-、H2O2)。此外,PNC增强了油菜叶片SOD以及POD同工酶活性,这表明PNC调控盐胁迫下油菜叶片抗氧化酶同工酶活性是提升其耐盐能力的又一途径。总之,结果表明了叶面喷施PNC维持了活性氧稳态,缓解了盐胁迫下油菜幼苗的氧化损伤。此外,PNC通过调控盐胁迫下油菜叶片脂氧合酶(LOX)及其同工酶活性,以及降低与脂氧合酶相关的LOX2与LOX3基因表达量,缓解了叶片膜脂过氧化,维持了良好的细胞膜结构,降低了叶片丙二醛含量与电解质外渗率,从而提高了油菜幼苗耐盐性。3.结果显示0.05 mM PNC喷施的油菜叶片在盐胁迫下具有更低的Na+含量,以及更高的K+含量。通过激光共聚焦显微镜对油菜叶片Na+和K+进行亚细胞分布成像,结果显示PNC将油菜叶片细胞质中过量累积的Na+区隔至液泡中,从而提高了胞内K+含量,保持了更低的Na+/K+比例,从而维持胞内离子稳态,提升了油菜耐盐性。
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