用二氧化钛纳米颗粒处理后的番茄（Solanum lycopersicum L.）中光合作用的生理和分子分离机制

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Physiological and Molecular Dissociation of Photosynthesis in Solanum lycopersicum L. Treated with Titanium Dioxide Nanoparticles

纳米二氧化钛对番茄幼苗光合及分子机制的影响研究

　　

摘要

本研究旨在从生理、生化和分子层面评估二氧化钛纳米颗粒（TiO₂ NPs）对Solanum lycopersicum L.幼苗的影响。实验中，种子分别用浓度为1000和2000 mg L^?1的TiO₂ NPs处理，同时使用浓度为2000 mg L^?1的TiO₂微粒（μPs）作为尺寸对照，超纯水作为绝对对照。幼苗在控制UV-A光谱（315–400 nm）的生长室中培养30天以激活纳米颗粒，并用于测定其体内的气体交换和光合作用能力参数。研究人员测量了完全展开叶片中的抗氧化系统、特定代谢物以及psbA、psbB、rbcS和rbcL基因的表达情况。观察发现，经纳米颗粒处理的植物光合作用能力较低，这与叶肉导度（g_m）降低和光化学性能下降有关。在1000 mg L^?1的浓度下，psbA、psbB、rbcS和rbcL基因的平均表达量增加了1.8倍，而在2000 mg L^?1的浓度下则下调。我们推测，这种生理和分子层面的变化可能是由于光化学损伤和/或叶片形态改变（表现为较低的g_m）以及转录后调控机制所致。此外，纳米颗粒的应用还引发了轻微的应激反应，导致抗氧化活性增强，这主要归因于花青素的积累。这些发现强调了在作物管理中优化纳米颗粒剂量大小的必要性。将TiO₂ NPs和μPs应用于S. lycopersicum种子后，出现了生理和分子层面的变化，表现为叶肉导度降低、光化学损伤、轻微应激，以及psbA、psbB、rbcS和rbcL基因的过度表达，进而导致幼苗的气体交换和光合作用能力下降。