甘草-枸杞源纳米材料通过维持活性氧稳态提升小麦盐胁迫下的萌发率及其机制研究

本研究创新性地采用甘草-枸杞复合纳米材料（LW-CNs）处理小麦种子，发现其能显著提高盐胁迫（150 mM NaCl）下小麦萌发率（78.4±8.3% vs 54.4±8.5%）并维持活性氧（ROS）稳态。机制研究表明，LW-CNs通过协同增强超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性和抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循环功能，有效清除O2·-与H2O2，同时调节K+/Na+离子平衡（提升75%），为植物纳米生物技术应用于抗逆育种提供新策略。

引言

盐胁迫通过诱导活性氧（ROS）爆发和离子失衡严重制约作物生长。小麦作为全球35%人口的主粮作物，其萌发期对盐分尤为敏感。传统研究多关注单一形态纳米材料，而本研究首次采用甘草（licorice）与枸杞（wolfberry）复合衍生的纳米材料（LW-CNs），其兼具介孔碳球（Li-MBs）的载体特性与碳点（Wo-CDs）的活性成分，粒径42.2±8.2 nm，表面电位-19.6±1.5 eV，展现出28.7% H₂O₂和34.6% O₂^·-清除能力。

材料与方法

实验以‘新冬55号’小麦为材料，采用200 mg L^-1 LW-CNs浸种3小时，模拟150 mM NaCl盐胁迫环境。通过测定萌发率、光合色素（叶绿素a/b、类胡萝卜素）、抗氧化酶活性及AsA-GSH循环关键指标，结合火焰分光光度法分析K⁺/Na⁺含量，系统评估LW-CNs的生理调控机制。

结果

萌发与表型：LW-CNs处理使萌发率提升24%，蛋白质含量增加12%（44.0±0.1 vs 39.1±0.2 mg g^-1），但鲜重无显著差异。光合色素含量显著升高，其中叶绿素a（0.11±0.0 vs 0.03±0.0 mg g^-1）和类胡萝卜素（10.3±0.0 vs 2.9±0.0 μg g^-1）分别增加230%和254%。

ROS代谢：LW-CNs使O₂^·-、H₂O₂和丙二醛（MDA）含量分别降低58%、43%和5%，同时SOD（917.4±8.7 vs 767.5±1.6 U g^-1）、POD（2458.7±5.0 vs 2070.5±14.8 U g^-1）、CAT（158.3±3.9 vs 112.0±3.2 μmol min^-1 g^-1）活性显著提升。

AsA-GSH循环：抗坏血酸过氧化物酶（APX）和谷胱甘肽还原酶（GR）活性分别增加16.5%和24.9%，单脱氢抗坏血酸（MDHA）含量升高52.7%，而脱氢抗坏血酸（DHA）降低9.7%，表明AsA主要清除H₂O₂，GSH则直接中和羟基自由基。

离子平衡：LW-CNs使Na⁺含量降低24%，K⁺/Na⁺比值提升75%，同时谷氨酸合成酶（GOGAT）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性分别激增271.6%和14.7%，有效缓解盐诱导的氮代谢障碍。

讨论

双途径ROS调控：LW-CNs通过“酶促抗氧化（SOD/POD/CAT）与非酶促途径（AsA-GSH循环）”协同维持ROS稳态。不同于传统纳米材料，其复合结构（碳点负载介孔球）更易穿透种皮，激活内源防御系统。

农业应用潜力：甘草、枸杞等药用植物原料（成本约0.5元/克）合成的纳米材料兼具经济性与生物安全性，浸种处理较叶面喷施更节省用量，为盐碱地作物种植提供新方案。

结论

LW-CNs通过双重调控ROS稳态与K⁺/Na⁺平衡，显著提升小麦盐胁迫萌发率。该研究为天然源纳米材料在抗逆农业中的应用奠定理论基础，对保障粮食安全具有重要意义。