硅纳米颗粒脉冲技术：一种缓解水稻镉毒性的新型种子强化策略及其机制研究

本推荐语聚焦于一项创新性农业纳米技术研究，作者提出"纳米脉冲（nano-pulsing）"种子处理技术，通过二氧化硅纳米颗粒（SiO2NPs）预处理水稻种子，显著增强其对镉（Cd）胁迫的耐受性。研究表明该技术可上调硅转运基因（OsLsi1/OsLsi2），抑制镉转运蛋白（OsIRT1），降低组织Cd积累（ICP-AES验证），并通过激活抗氧化系统与光合作用相关指标，有效缓解Cd诱导的氧化损伤（MDA、ROS下降）。该策略为重金属污染农田的作物安全生产提供了突破性解决方案。

　　

Highlight

二氧化硅纳米颗粒（SiO₂NPs）浓度筛选

根据实验结果，2.5 ppm浓度的SiO₂NPs脉冲处理显著影响种子发芽率（图S1），因此后续实验均采用此浓度。

镉（Cd）胁迫下SiO₂NPs脉冲对形态学的影响

Cd胁迫导致水稻幼苗根长和芽长急剧减少（图1A）。在10 μM Cd处理下，根和芽的长度较对照组分别显著下降约29.8%和10.6%。Cd+NP组通过促进根和芽生长（根长增加62.5%，芽长增加26%），有效改善了Cd的抑制效应。

讨论

由于植物的固着特性，它们承受着严重的环境胁迫，这被认为对最佳适应性和农业产出构成重大挑战。因此，在当前背景下，必须优先考虑采用合适的方法来抵消胁迫造成的损害和作物损失。本研究报告旨在探索纳米硅脉冲在镉（Cd）暴露的水稻植株中的有效性。

结论与展望

总之，本研究证实Cd毒性会降低株高、光合参数、抗氧化反应、植物螯合素（PCs）含量，并提高丙二醛（MDA）、甲基乙二醛（MG）和活性氧（ROS）水平。令人惊讶的是，纳米硅脉冲通过显著改善生长指标、光合效率、抗氧化酶能力，并降低水稻幼苗的MDA和ROS水平，成功减轻了Cd毒性。此外，纳米硅脉冲有效抑制了Cd转运蛋白表达，这与水稻植株中Cd积累减少的结果一致（根和芽中的Cd积累分别降低了0.83和0.69倍）。