褪黑素负载二氧化硅纳米颗粒通过调节叶绿素荧光和抗氧化防御系统缓解番茄镉毒性的机理研究

《Plant Physiology and Biochemistry》：Melatonin-loaded silica nanoparticles alleviate cadmium toxicity in Solanum lycopersicum L. by regulating chlorophyll fluorescence, gas-exchange, physio-biochemical attributes, antioxidant defense and metal-uptake

本文系统探讨了褪黑素负载二氧化硅纳米颗粒（MLT@SiNPs）在缓解番茄镉（Cd）毒性的协同作用机制。研究发现MLT@SiNPs能显著提升叶绿素荧光参数（PI）、气体交换特性和抗氧化酶活性，有效抑制活性氧（H2O2、O2˙-）积累，并通过调控离子稳态和金属吸收基因表达降低Cd在植物体内的转运。该研究为作物重金属胁迫的纳米修复技术提供了新策略。

　　

Highlight

褪黑素负载二氧化硅纳米颗粒（MLT@SiNPs）的合成

通过物理吸附法将褪黑素（MLT）负载于介孔二氧化硅纳米颗粒（SiNPs）表面。具体步骤：将50 mg SiNPs分散于乙醇中超声处理5-10分钟，随后逐滴加入MLT乙醇溶液，暗环境下搅拌过夜，最终通过离心（10,000 g，10分钟）获得MLT@SiNPs复合物。

MLT@SiNPs的表征分析

紫外-可见光谱（UV/Vis）在265 nm处出现MLT特征吸收峰（源于吲哚环结构），且纳米颗粒在400-600 nm可见光区出现广谱散射现象。傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示MLT的官能团成功锚定于SiNPs表面。扫描电镜（SEM）证实负载后纳米颗粒仍保持完整球形结构，粒径分布均匀。

讨论

本研究首次系统比较SiNPs与MLT@SiNPs对番茄镉（Cd）胁迫的缓解效应。表征数据证实MLT成功负载于SiNPs并形成稳定复合物。在Cd胁迫下，MLT@SiNPs表现出优于单一SiNPs的协同保护作用：一方面通过增强抗氧化酶（如SOD、POD）活性直接清除活性氧（ROS）；另一方面通过调控养分转运蛋白（如Fe、Zn、Ca通道）竞争性抑制Cd吸收，同时诱导植物激素（如ABA、JA）信号通路激活应激防御基因（如WRKY、MYB家族）。值得注意的是，MLT@SiNPs能特异性降低根系Cd积累并阻断其向地上部转运，这种"纳米屏障"效应为作物重金属修复提供了新思路。

结论

镉胁迫显著破坏番茄光合作用与离子平衡，而MLT@SiNPs通过多维调控机制——包括提升光合性能（如PI指数）、强化抗氧化防御、恢复矿质元素（N、P、K、Ca、Mg）吸收及抑制Cd转运——展现出显著优于单一SiNPs的解毒潜力。该技术为作物重金属污染田的绿色修复提供了创新解决方案。