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为探究苜蓿（Medicago sativa L.）基因型对冷胁迫的响应，研究人员评估了外源水杨酸（SA）、氧化镁纳米颗粒（MgO NPs）及其组合的影响。发现 2 mM SA+20 ppm MgO NPs 缓解效果最佳，还调控了 miR156 和 miR173 表达，为提升作物抗冷性提供思路。
在气候变化的大背景下，低温作为一种主要的非生物胁迫，严重影响着农作物的生长发育与产量品质。苜蓿（Medicago sativa L.）作为全球广泛种植的 “牧草皇后”，其抗冷性研究对农业生产意义重大。冷胁迫会破坏植物叶绿体和线粒体的电子传输系统，导致活性氧（ROS）如过氧化氢（H?O?）积累，引发脂质过氧化（LPO），造成 DNA 损伤、酶失活等。尽管植物可通过合成脯氨酸等渗透调节物质来应对，但单一机制往往不足以有效抵御低温伤害，因此探寻高效的抗冷胁迫调控手段迫在眉睫。
来自土耳其卡尔斯大学、埃尔祖鲁姆技术大学等机构的研究人员，开展了水杨酸（SA）、氧化镁纳米颗粒（MgO NPs）及其组合对苜蓿（Van 和 Denizli 基因型）冷胁迫响应的研究。该研究成果发表在《Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC)》上，为苜蓿抗冷育种和栽培提供了新的理论依据。
研究主要采用了以下关键技术方法：
- 扫描电子显微镜（SEM）分析：观察叶片细胞结构变化。
- 生化指标测定：包括总可溶性糖、H?O?、脂质过氧化产物（MDA）和脯氨酸含量的检测。
- 实时荧光定量 PCR（RT-qPCR）：分析 miR156 和 miR173 的基因表达水平。
- 纳米颗粒合成与表征：利用黑加仑果实提取物绿色合成 MgO NPs，并通过 X 射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等进行结构和成分分析。
研究结果
1. MgO NPs 的表征
XRD 显示合成的 MgO NPs 具有良好的结晶性，特征峰与标准卡片一致；FTIR 检测到 Mg-O 键及羟基、碳氧基团的振动吸收；SEM 观察到颗粒呈球形，粒径约 100-120 nm，能量色散 X 射线光谱（EDX）证实 Mg、O 原子比例接近 1:1。
2. 生化指标变化
- 总可溶性糖：冷胁迫下两基因型可溶性糖均增加，2 mM SA+20 ppm MgO NPs 组合处理积累最多，Denizli 基因型整体高于 Van 基因型。
- H?O?含量：冷胁迫导致 H?O?升高，SA 和 MgO NPs 处理显著降低其水平，组合处理效果更优，但低浓度 SA 与 MgO NPs 在 4°C 时可能加剧积累。
- 脂质过氧化（MDA）：冷胁迫诱导 MDA 增加，高浓度 SA 与 MgO NPs 组合显著抑制脂质过氧化，Denizli 基因型对冷胁迫更敏感，MDA 积累量更高。
- 脯氨酸含量：冷胁迫和处理均促进脯氨酸合成，2 mM SA+20 ppm MgO NPs 组合诱导脯氨酸积累最显著，Van 基因型绝对含量更高，Denizli 基因型相对增幅更大。
3. SEM 分析
Van 基因型在对照中可见 globular 结构，SA 和 MgO NPs 处理后出现 spherical 结构和 stomatal apertures；Denizli 基因型在组合处理下观察到 dense spherical 结构，冷胁迫对照中 stomatal openings 闭合，处理后部分开放。
4. miRNA 基因表达
- miR156：Van 基因型在 10°C 冷胁迫下表达下调，4°C 时上调；Denizli 基因型在冷胁迫下整体下调，但 2 mM SA+20 ppm MgO NPs 组合显著上调其表达，增幅分别达 6.33 倍（10°C）和 3.521 倍（4°C）。
- miR173：Van 基因型在 10°C 冷胁迫下表达上调，4°C 时下调；Denizli 基因型在冷胁迫下显著上调，组合处理不同程度抑制其表达下调，显示基因型特异性调控。
结论与讨论
本研究表明，SA 和 MgO NPs 通过协同增强抗氧化酶活性、调节渗透物质积累（如脯氨酸、可溶性糖）及调控 miR156 和 miR173 的表达，有效缓解冷胁迫对苜蓿的损伤。其中，2 mM SA+20 ppm MgO NPs 组合效果最为显著，可作为潜在的抗冷胁迫调控手段。miR156 和 miR173 在不同基因型中的差异表达，揭示了苜蓿抗冷性的分子调控复杂性，为通过基因编辑或外源喷施纳米材料提高作物抗逆性提供了靶点。
该研究不仅拓展了水杨酸和纳米材料在农业抗逆中的应用前景，也为深入解析苜蓿抗冷的分子机制奠定了基础，对全球冷胁迫地区的牧草生产和农业可持续发展具有重要意义。未来可进一步探索这些物质在其他作物中的适用性，优化施用浓度和方法，推动其在实际生产中的应用。
