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【淘集運官網】氧化鈰納米顆粒種子引發可提高油菜耐鹽性

核心提示: 近日,華中農業大學植物科學技術學院教授吳洪洪課題組通過研究,發現了氧化鈰納米顆粒種子引發提升油菜耐鹽能力的可能機理。

近日,華中農業大學植物科學技術學院教授吳洪洪課題組在《納米生物技術雜誌》(Journal of Nanobiotechnology)在線發表了最新研究成果,報道了氧化鈰納米顆粒種子引發提升油菜耐鹽能力的可能機理。

鹽脅迫是影響農作物高效生產的主要限制因素之一。油菜作為全世界廣泛栽培的重要經濟作物,鹽脅迫嚴重影響了其產量與品質。此外,利用油菜進行鹽鹼地改良也是目前的一個研究熱點。因此,提高油菜耐鹽能力不僅可以促進油菜的鹽鹼地種植,也能有利於更好地開展鹽鹼地改良。納米材料種子引發(使用納米材料對種子進行引發)在提高作物耐鹽中具有巨大的應用潛力。然而,關於納米材料種子引發提升作物耐鹽能力的具體機理仍有許多不明之處。

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PNC引發油菜種子8小時,顯著地提升了油菜種子在鹽脅迫下的發芽率、鮮重以及水分吸收。鹽脅迫下,通過PNC引發油菜種子顯著降低了發芽7天后的油菜幼苗活性氧含量(·O2-和H2O2),並提升了抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT)。同時,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+穩態。以上結果證明,PNC通過緩解氧化應激以及維持離子平衡提升了油菜種子在鹽脅迫下的發芽能力。

α-澱粉酶是種子發芽期間負責澱粉降解的關鍵酶。該研究發現,鹽脅迫下PNC顯著提高了油菜種子引發期間的α-澱粉酶活性。qPCR結果顯示,PNC引發上調了與α-澱粉酶相關的兩個基因(AMY1和AMY2)表達量。這些結果證明PNC通過調控油菜種子α-澱粉酶活性,提升了其在鹽脅迫下的發芽能力。

此外,激光共聚焦結果表明,種子引發期間,PNC大多附着在種皮表面,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。該研究從活性氧穩態平衡和α-澱粉酶角度揭示了氧化鈰納米顆粒種子引發提升油菜耐鹽能力的機制,為納米材料種子引發提升作物耐鹽機理研究提供了更多理論支撐。

該研究進一步展示了植物納米生物技術在提高作物抗逆能力方面的良好應用潛力,也表明學科交叉有可能為研究實踐生產中的科學問題提供新的備選研究或技術方案。

研究得到國家自然科學基金委項目 ,華中農業大學高層次人才引進經費、校自主基金優秀人才培育項目和華中農業大學-中國農業科學院深圳農業基因組研究所合作基金等項目資助。

相關論文信息://doi.org/10.1186/s12951-021-01026-9

原文鏈接://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/9/465745.shtm

責任編輯:徐行 王景攀