综述：种子纳米引发技术缓解盐胁迫的策略：生理、生化及分子机制

盐胁迫是全球限制农业生产力的重要非生物因子，影响近三分之一的全球耕地。受气候变化、不合理灌溉及城市化导致的土壤碱化影响，该问题正持续加剧。盐胁迫通过渗透失衡与离子毒害抑制种子吸水及代谢激活，从而降低种子萌发率。种子引发技术（包括水引发、化学引发、生物引发及纳米引发）已成为缓解盐胁迫、改善作物建植的策略。纳米引发指将种子浸泡于含纳米颗粒（1-100 nm）的制剂中或对其进行包衣处理。本综述探讨了纳米引发介导的盐胁迫下种子性能提升的机制：生理层面，纳米引发通过调节种子吸胀、提高水势、减少Na+与Cl-积累并促进K+吸收，改善渗透稳态；通过降低脱落酸（ABA）含量、提高赤霉素（GA）含量调节激素平衡，促进萌发。生化层面，纳米引发通过提升α-淀粉酶活性增强代谢激活，并通过减少活性氧（ROS）积累、强化抗氧化防御系统（包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、谷胱甘肽还原酶（GR）等酶促抗氧化剂及非酶组分）缓解氧化损伤。分子层面，纳米引发激活脱落酸、赤霉素、乙烯、Ca2+信号、ROS介导调控、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联及内质网（ER）应激反应等胁迫响应信号通路，上调水通道蛋白、离子转运蛋白、渗透调节物质合成、抗氧化酶及生长调控相关基因的表达。经纳米引发的种子表现出萌发率提升、萌发速率加快、活力指数改善、生长增强及胁迫耐受性提高的特征。尽管优势显著，该研究仍存在空白：田间尺度评估不足，纳米颗粒在土壤生态系统中的归趋认知有限；不恰当的纳米颗粒参数可能引发植物毒性、氧化损伤及生态风险；部分研究报道过量ROS生成及纳米颗粒在植物体内的积累，引发食品安全担忧。综上，纳米引发是提升盐胁迫下种子萌发的创新策略，但仍需优化制剂配方、建立安全阈值并制定标准化规程，以推动其在可持续农业中的应用。

1. 1.
   引言
   土壤盐渍化已成为全球范围内严峻的环境与社会经济问题，且在气候变化的预测背景下将持续恶化。受盐影响的土地约占耕地总面积的三分之一，其中部分源于咸水、微咸水或再生水在作物生产中的广泛灌溉。气候变化与全球变暖导致干旱、高温等极端天气事件频发，进一步限制了可持续发展所需的水资源供给。此外，人类土地利用活动、城市化进程及废水径流中有机质的氧化，加剧了土壤碱化与盐渍化。盐渍化土壤包含过量可溶性盐分，既损害作物生长与生产力，也存在盐渍化向未受影响区域扩散的风险。此类土壤主要包括高含盐量、高pH值与高钠含量的盐土、碱土及盐碱土。高浓度盐分产生的渗透胁迫是最主要的负面效应之一，限制了植物的水分可利用性。受限的水分吸收会显著延缓甚至抑制种子萌发与幼苗建植，对作物生产造成严重的建植挑战。种子萌发是植物生命周期的关键阶段，标志着植物从休眠或非活跃状态转向活跃生长的幼苗。正常条件下种子萌发分为三个阶段：第一阶段为干种子快速吸胀；第二阶段代谢重启，吸水受限；第三阶段为萌发后期，水分吸收逆转直至完成萌发。盐胁迫主要通过第一阶段渗透胁迫与第二阶段离子胁迫抑制或延缓萌发，即使完成萌发，胚胎发育器官、幼苗生长及活力在第三阶段仍会受到离子与渗透胁迫的双重损害，进而改变种子萌发的生理、生化及分子特征。为适应高盐胁迫，植物必须增强渗透调节、氧化损伤清除及解毒相关的生理生化响应。盐胁迫处理的植物细胞会产生H₂O₂、O₂^•–及^•OH等ROS，可能对细胞器、DNA、脂质及酶结构造成不可逆损伤。种子萌发涉及对植物存活至关重要的复杂通路，对环境胁迫尤为敏感，成功胁迫下的萌发可为后续发育阶段奠定基础，幼苗生长速率与整齐度显著影响植物生长与生产力，为抵御盐胁迫挑战、保障健壮根系建植提供韧性。为从萌发起始阶段有效管理种子，亟需采用创新方法。纳米技术作为新兴技术，通过应用纳米颗粒（NPs）促进盐渍土条件下的种子萌发。纳米颗粒是尺寸小于100 nm、具有高表面体积比的材料，具备高生物活性与生物安全性，可分为天然与工程化两类，已在农业、制药、食品技术及环境保护等领域广泛应用。凭借独特的理化性质，纳米颗粒在农业领域的应用日益受到关注，大量工程化纳米颗粒作为纳米肥料、纳米农药及纳米传感器被研究，以评估其对主要农作物生长、产量及品质的影响。尽管已有研究评估纳米颗粒对萌发期及幼苗生长的作用，但其缓解盐胁迫的效果高度依赖施用方法，因此选择合适的技术路径至关重要。种子引发是一种可有效提升萌发率、促进萌发整齐度、改善种子品质、刺激幼苗建植及激活酶活性的技术，能将大分子转化为胚胎生长可利用的形式，还可提升受损、染病或老化种子在环境胁迫下的萌发同步性。纳米引发因纳米颗粒的小尺寸与独特性质，可改善种子健康、促进幼苗生长并提高植株生物量。纳米颗粒对萌发的影响取决于其浓度、暴露时长、植物固有特性及植物-环境互作。此外，纳米引发可触发萌发早期自然发生的特定代谢过程，提升萌发速率、水分利用效率及养分吸收，进而改善作物发育、生产力与品质。本综述旨在系统解析盐胁迫对种子萌发关键生理、生化及分子参数的影响，以及盐胁迫条件下纳米引发技术对这些参数的调控作用。
2. 2.
   盐胁迫下纳米引发对种子萌发形态生理指标的影响
   2.1 幼苗生长与生物量
   盐胁迫下植株地上部与根长降低是普遍响应，根是首先接触盐分的器官，负责从土壤中吸收水分并向地上部输送。盐胁迫还会损害细胞、组织与器官的超微结构，通过渗透胁迫与特异性离子毒害抑制萌发，破坏植物生长所需的必需养分稳态，阻碍根伸出与幼苗发育。高粱基因型的根长、地上部长随盐浓度升高而下降，鲜重与干重的降低与此前高粱盐胁迫研究结果一致，且盐胁迫对根长的抑制强于地上部长，这与NaCl对根生长的抑制作用更显著有关，同时Na⁺浓度升高对光合速率的毒性效应也会导致鲜重与干重下降。随着盐浓度从0升至120 mM，玫瑰茄的株高、叶与根的鲜重及干重均显著降低，而90 mg/L银纳米颗粒（Ag-NPs）在60 mM与120 mM盐胁迫下可提升株高，且该浓度下盐胁迫导致的叶与根鲜重、干重降幅低于60 mg/L Ag-NPs处理组，有效浓度主要随120 mM盐胁迫下的植物特性变化。研究显示，大麦种子在25°C下用40 mg/L Ag-NPs溶液预浸2小时，可完全缓解150 mM与200 mM盐胁迫的有害效应，显著提升萌发参数，这可能与Ag-NPs深入种子孔隙、提升吸水效率、加快大麦种子萌发速度有关。文献数据表明，纳米引发下种子吸水更快，胚根突破包被组织的时间早于传统引发。例如，携带Ag-NPs（10 ppm）的籼稻种子萌发呼吸增强，萌发速率提升；聚丙烯酸包覆的氧化铈纳米颗粒（PNC，0.1 mM）引发可促进盐胁迫下甘蓝型油菜的种子吸胀与萌发；小麦种子经ZnO纳米颗粒引发后，盐胁迫下的萌发率、株高及生理特性均得到改善。盐胁迫显著降低了玉米杂交种CS-20的地上部长、根长、幼苗鲜重与干重（P>0.05），而正常条件与盐胁迫下，60 ppm TiO₂纳米引发与水引发均提升了根长、地上部长、幼苗鲜重与干重，且TiO₂处理组与对照组差异显著，纳米引发的效果优于水引发。这种加速效应源于引发过程中萌发前阶段的代谢活动增强，使引发种子具备更高的萌发水平与幼苗生长量，其他实验也证实TiO₂可提升油菜与小麦的种子萌发及胚根、胚芽生长。

2.2 含水量

干旱区的主要限制因子是缺水，且与灌溉水高盐度相关，导致旱季植物面临极端缺水。此类条件会因高蒸发率与离子淋失不足导致土壤盐分积累。深入理解作物对这类胁迫的生理响应，有助于开发高效的盐胁迫作物改良计划。目前已发现多种与非生物胁迫耐受相关的生理机制，如调控水分流失与盐分吸收的敏感气孔、抗氧化系统上调、氨基酸、多胺、碳水化合物等兼容溶质的主动积累——后者与维持植物水分状态及细胞膨压密切相关，是胁迫下持续生长与功能维持的关键。盐胁迫下作物高相对含水量（RWC）与耐盐性相关。RWC反映叶片基于最大吸水能力的含水量，是分析盐胁迫下植物水分状态的适宜指标，相较于仅反映土壤-植物-大气连续体水分运动的叶片水势，RWC还纳入了渗透调节（OA）因素，能更准确表征植物水分状态。植物对盐胁迫的短期响应（如幼苗早期）与水分胁迫响应存在诸多共性：第一阶段为土壤溶液高渗透势导致的典型水分胁迫响应；第二阶段为离子毒害与营养失衡引发的生理损伤。因此可基于盐胁迫早期的RWC筛选具有耐盐功能的纳米颗粒。实验中采集叶片与地上部测定RWC，取最幼嫩完全展开叶，剪取距叶尖1/3处的1 cm绿色样品，记录鲜重后将组织在25°C蒸馏水中浸泡4小时获得饱和鲜重，随后80°C烘干24小时测定干重。实验结果显示，盐胁迫降低了玉米叶片RWC，而60 ppm TiO₂纳米引发显著提升了盐胁迫下叶片的RWC。另一项研究显示，30%盐胁迫下，SiNPs引发的香豌豆种子RWC较水引发高80.05%。硅纳米颗粒可减少植物蒸腾，因其会在叶与茎细胞壁外层积累，增厚组织与角质层；硅还可改变渗透势，促进植物对盐胁迫的耐受；硅介导的盐胁迫下植株水分含量提升，可通过稀释体内盐分促进植物生长。综上，纳米颗粒可通过提升叶片水分状态、改善RWC，缓解盐胁迫的渗透效应。

2.3 光合色素含量

光合作用是绿色植物生长发育的核心能量来源。盐胁迫对植物光合作用具有严重负面影响：叶片中高Na⁺与Cl^-会导致保卫细胞失水，改变保卫细胞与气孔的结构、密度及活性，限制CO₂进入，进而抑制或破坏正常光合过程。此外，盐胁迫会引发离子毒害与氧化应激，叶绿体作为主要ROS产生位点，电子传递链（ETC）从光系统II（PSII）到光系统I（PSI）的电子传递受阻，导致ROS大量积累，损伤核酸、蛋白质、脂质、膜结构与光合酶，降低CO₂同化能力与作物产量。盐胁迫还会破坏叶绿体完整性——该细胞器是光反应与碳同化的关键场所，而耐盐植物可在盐胁迫下维持光合结构的正常形态以保障功能。已知盐胁迫会降低叶绿素a、叶绿素b及类胡萝卜素含量，这些分子是光合系统正常运转的必需组分；盐胁迫诱导的氧化应激会导致色素合成延迟或降解加速，包括光吸收能力下降、色素-蛋白复合体重排及叶绿素酶活性提升。氧化铈纳米颗粒（CeO₂NPs）可作为催化剂促进叶绿体生成，保护叶绿体结构免受盐胁迫损伤。实验显示，50-100 mM NaCl盐胁迫下，25 mg/L与100 mg/L CeO₂NPs可提升香青兰的光合色素含量。Na⁺与Cl^-积累会抑制叶绿素合成，因其影响含铁叶绿素合成酶的活性。0-250 mM盐胁迫下，经50 µg/mL壳聚糖纳米颗粒（CNPs）引发的水稻种子，其叶绿素与类胡萝卜素含量显著高于水引发对照组，表明色素含量提升可抵消ROS的致死效应，调控高萌发率与幼苗活力。生物源Ag-NPs（0、20、40、80、100 ppm）结合不同盐浓度（0、50、100、150 mM NaCl）可提升菠菜的叶绿素含量，进而促进种子萌发与生长；0.1%硒纳米颗粒（Se-NPs）可使小麦在盐胁迫下的叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量高于盐胁迫对照组与未处理组。

1. 3.
   盐胁迫下纳米引发对种子萌发生化特征的影响
   种子老化会导致可溶性糖、还原糖、脂肪酸、生育酚、H₂O₂及丙二醛（MDA）含量等生化组分变化，多种因素及其互作参与种子老化导致的活力下降。ROS会通过自由基引发脂质过氧化，改变细胞膜结构与功能。除可溶性糖外，种子中的酚类、谷胱甘肽与生育酚可提升油脂稳定性，延长种子寿命与可萌发时长。通过激活酶以促进ROS清除、将大分子转化为能量来源的种子处理，已被用于应对部分老化损伤。多项研究表明，不同纳米颗粒作为引发剂可通过降低ROS水平提升种子萌发。生化层面，纳米引发通过提升α-淀粉酶活性加速淀粉水解，为胚胎萌发提供可溶性糖；同时通过减少ROS积累、增强抗氧化防御缓解氧化应激——表现为超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、谷胱甘肽还原酶（GR）等酶促抗氧化剂活性提升，以及谷胱甘肽（GSH）、兼容溶质、酚类、α-生育酚（维生素E）、类胡萝卜素、黄酮类、脯氨酸等非酶抗氧化剂水平升高。

3.1 α-淀粉酶活性与可溶性糖

成熟谷物籽粒的主要成分为淀粉，种子吸水后干种子中的酶被激活，淀粉水解酶包括α-淀粉酶、β-淀粉酶与极限糊精酶三类。萌发期主要产生的α-淀粉酶负责动员胚乳中的淀粉储备，随机水解淀粉聚合物（直链淀粉与支链淀粉）的α-1,4-葡聚糖键，最终直链淀粉完全水解为麦芽糖，支链淀粉水解产物为葡萄糖、麦芽糖与α-极限糊精。β-淀粉酶作为外切酶，从α-淀粉酶与极限糊精酶产生的糊精非还原端攻击淀粉，每两个α-1,4糖苷键断裂一次生成麦芽糖，但无法水解α-1,6键，最终形成β-极限糊精。盐胁迫通过限制种子吸水抑制萌发，同时抑制萌发关键酶α-淀粉酶的活性，阻碍储存淀粉的水解。萌发期α-淀粉酶将胚乳淀粉分解为可代谢糖，为根与地上部的生长提供能量，因此盐胁迫下α-淀粉酶活性的抑制与吸水能力不足可能导致萌发受阻。纳米颗粒预处理可降低盐胁迫对淀粉酶的负面影响。α-淀粉酶活测定显示，纳米引发是改善水稻种子与幼苗淀粉代谢的最优处理，与已发表的引发正向调控萌发期淀粉代谢的研究结果一致。α-淀粉酶是将储备碳水化合物降解为可溶性糖的水解酶，以维持活跃呼吸代谢，支撑种子萌发及后续幼苗生长，直至光合作用足以支持生长。本研究中，5 ppm与10 ppm Ag-NPs引发的水稻种子萌发速率与幼苗活力提升，部分归因于α-淀粉酶活性的升高，加快了纳米引发种子的淀粉水解速率，增加了幼苗生长所需的可溶性糖供应，从而提升萌发速度。200 mM盐胁迫下，PNC引发甘蓝型油菜种子后，萌发阶段α-淀粉酶活性较对照组分别提升175%（1小时）、309%（3小时）与295%（8小时）。另一项针对两个水稻品种（CY1000与LLY506）在不同盐浓度（0、1.5‰、3‰）下的纳米ZnO引发实验显示，α-淀粉酶基因表达上调，纳米ZnO引发直接促进种子吸水，通过激活α-淀粉酶等萌发酶活性提升代谢活性，上调淀粉水解，显著提高种子萌发率。

3.2 纳米颗粒介导的种子ROS稳态调控：抗氧化与非抗氧化酶机制

3.2.1 基于抗氧化酶的ROS稳态调控

种子老化过程中，抗氧化酶活性与自由基的失衡会导致氧化应激。抗氧化酶（如超氧化物歧化酶SOD）可清除过氧化氢与超氧阴离子。过氧化物酶（POD）既参与清除ROS，也可作为ROS来源，是降解过量ROS、降低其对种子毒性的基础机制。ROS诱导的脂质过氧化可能抑制抗氧化酶活性，而抗氧化酶活性的调控会影响萌发、幼苗生长与发育。萌发期，种子储存的碳水化合物、氨基酸、脂肪酸与无机养分等储备被动员至胚胎以支持生长，该过程的动员速率随老化而下降，种子活力与幼苗生长的下降与储备动员能力降低相关，且与储备利用效率无关。通过化学物质与抗氧化化合物处理提升ROS清除酶活性、促进有机物向胚胎各部位转运，可应对储备劣变、恢复种子活力。维持ROS生成与清除的平衡是植物胁迫耐受的关键，但环境胁迫下ROS生成超过细胞氧化还原潜能的清除能力时，会引发氧化应激。ROS过量产生的危害包括酶失活、脂质过氧化、蛋白质氧化、核酸损伤及程序性细胞死亡（PCD）通路激活，最终导致细胞死亡。植物在不同胁迫下维持ROS稳态的能力与胁迫耐受性正相关，而纳米引发提升植物耐盐性的核心机制正是增强ROS清除能力。研究显示，聚丙烯酸包覆氧化铈纳米颗粒（PNC）引发可提升植物种子耐盐性，盐胁迫下PNC引发种子的根长、鲜重、干重、根构型及体外根活性均显著改善，同时根中ROS水平降低，缓解了根形态与生理损伤，表明ROS与保守的Ca²⁺信号通路参与PNC介导的耐盐性提升。针对小麦种子的纳米纤维素（NC）（0、0.3%、0.6%）引发实验显示，盐胁迫（0.7、5、10、15、20 dSm^-1）下萌发率、根长、根表面积与含水量下降，根半径、Na⁺吸收与SOD活性上升；0.3% NC引发组的萌发率、根长、根表面积与Na⁺流入量最高，0.6% NC引发是降低SOD酶活性的最优处理，证实NC引发可提升盐胁迫下小麦的萌发、幼苗生长与保护作用。10 mg/L ZnO NPs引发可通过上调POD、CAT、SOD等抗氧化酶活性降低植物氧化状态，减少膜脂质过氧化与ROS水平，提升小麦种子萌发与光合性能。

3.2.2 基于非抗氧化酶的ROS稳态调控

部分高活性ROS（如¹O₂与^•OH）无法被酶促抗氧化系统高效清除，植物需依赖非酶机制清除这类ROS。ROS通常导致脂质过氧化，显著增加MDA生成。非酶分子（如谷胱甘肽GSH、兼容溶质、酚类、α-生育酚、类胡萝卜素、黄酮类、脯氨酸）协同清除胁迫下产生的过量ROS。研究表明，种子引发技术可上调GSH系统活性，提升黄瓜与鹰嘴豆种子在盐胁迫下的耐受性。GSH是维持种子品质与萌发的关键抗氧化剂，鳄梨与特氏杜英两种顽拗性种子的研究显示，其吸水与氧化代谢和萌发速率、储藏时长相关：鳄梨萌发速率更快、储藏时长更短，对应更高的吸水率与ROS水平；特氏杜英萌发缓慢，伴随吸水率低与ROS水平低，ROS生成与吸水、萌发呈正相关，而ROS清除剂会抑制幼苗萌发，表明较高ROS水平对系统发育层面的萌发过程至关重要。苹果种子休眠打破与胚胎轴GSH库升高相关。0.5% Zn单独或与GSH联合引发可缓解120 mM NaCl对小麦种子萌发与幼苗建植的负面影响，GSH与Zn联用的缓解效果优于单独使用，其通过降低种子渗透势促进吸水，保障水解酶活性，从而改善萌发参数。针对盐胁迫大麦种子的PVP-Ag-NPs引发研究显示，150 mM与200 mM NaCl完全抑制对照种子萌发，而40 mg/L PVP-Ag-NPs引发2小时可缓解不同盐浓度下的胁迫效应，纳米颗粒处理通过GSH清除ROS，降低ROS水平。脯氨酸是植物中经典的渗透保护游离氨基酸，盐胁迫下大量积累，既作为渗透调节物质维持渗透势，又保护细胞结构免受高盐损伤。脯氨酸还是ROS清除剂，可缓解氧化损伤、维持细胞氧化还原稳态，同时调控离子转运组分（如离子通道与转运蛋白的激活与阻滞）以维持离子平衡，还可调节抗氧化防御酶、胁迫信号通路及激素合成与信号传导的活性。Ag-NPs引发可维持生菜可溶性蛋白的高水平，支撑代谢过程，提升耐盐性。油菜与羊草的盐胁迫研究显示，种子引发可正向调控脯氨酸含量。两项水稻品种（CY1000与LLY506）的生长室与田间实验表明，盐胁迫降低了脯氨酸水平，引发处理也降低了脯氨酸含量，但纳米ZnO引发组盐胁迫下的脯氨酸浓度降幅显著低于未引发组；而纳米ZnO引发提升了盐胁迫下羽扇豆的脯氨酸含量，TiO₂NPs也提升了玉米盐胁迫下的脯氨酸含量。这种差异可能源于纳米引发在不同作物中激活了特异的耐盐机制。总体而言，生长室与田间实验均表明，纳米ZnO引发显著提升了α-淀粉酶活性，其在盐胁迫下对可溶性糖、可溶性蛋白含量的提升效果优于水引发与化学引发（ASA、SA、GABA），这可能归因于纳米ZnO促进胚乳降解与代谢，加速了水稻幼苗生长。

1. 4.
   盐胁迫下纳米引发对种子萌发信号与分子特征的影响
   当前，纳米引发提升盐胁迫下种子萌发的机制包括：上调水通道蛋白与离子转运蛋白基因表达，调控渗透与离子胁迫稳态；上调水解酶基因表达；上调赤霉素（GA）合成基因、下调脱落酸（ABA）合成基因；通过改变抗氧化酶基因表达维持ROS稳态。纳米引发不会导致植物表型或基因组改变，但通过转录、翻译与表观遗传层面维持胁迫耐受记忆，使植物后续遭遇胁迫时能更快速高效地响应。转录因子家族（如bZIP、WRKY、AP2/ERF、MYB、bHLH、NAC、HD-ZIP）通过调控抗氧化与植物激素系统，决定耐盐相关基因的表达水平。种子吸水是触发萌发代谢活动、促进幼苗生长的核心过程。水通道蛋白（AQP）是主要内在蛋白（MIP）超家族的通道蛋白，调控植物水分关系，可跨膜运输水与小分子中性物质，水转运速率高于选择性离子通道，其表达与分布在盐、干旱、温度极端等非生物胁迫下受调控。AQP存在于植物所有活细胞中，主要定位于液泡膜与质膜，分为质膜内在蛋白（PIPs）、液泡膜内在蛋白（TIPs）、结瘤素26样内在蛋白（NIPs）、小碱性内在蛋白（SIPs）与X内在蛋白（XIPs）五个亚家族。AQP基因表达受AP2/ERF、MYB、NAC、WRKY等胁迫与发育响应转录因子的动态调控。拟南芥幼苗经0.2 mg/L或0.5 mg/L Ag-NPs