锌氧化物纳米颗粒叶面喷施提升盐胁迫下香稻产量与2-乙酰-1-吡咯啉含量的机制研究

为解决盐胁迫下香稻产量下降和香气成分2-AP（2-acetyl-1-pyrroline）合成受限的问题，研究人员通过叶面喷施不同浓度ZnO NPs（zinc oxide nanoparticles），发现100 mg L?1处理可显著提高产量（增幅9.17–17.13%）和2-AP含量（增幅46.23–46.67%），并揭示其通过调控K+/Na+平衡、抗氧化酶活性及2-AP合成通路（如P5CS、OAT）实现增效，为盐碱地香稻品质改良提供新策略。

　　

在全球气候变化与不合理灌溉导致土壤盐渍化加剧的背景下，香稻（Oryza sativa L.）作为对盐敏感的高价值作物，面临产量锐减（盐度5 dS m^?1时减产55.44%）和香气品质不稳定的双重挑战。其标志性香气物质2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP）的合成受非功能性BADH2基因调控，但该基因缺失会降低盐胁迫耐受性，形成“高产”与“优质”难以兼得的矛盾。为此，中国的研究团队在《Crop and Environment》发表研究，探索纳米农业技术解决方案。

研究团队选用两个香稻品种（Ruanhuayou1179和Ruanhuayoujinsi），在盐胁迫（0.3%盐水，5 dS m^?1）下叶面喷施不同浓度ZnO NPs（0、100、200、400 mg L^?1），通过测定农艺性状、生理指标（如K⁺/Na⁺、MDA）、2-AP合成酶活性及基因表达（如OAT、P5CS、BADH2），结合气相色谱-质谱（GC-MS）分析香气成分，系统评估其增效机制。

关键结果

1. 产量提升与生理调控
   NP1（100 mg L^?1）处理使香稻产量最高（RHY1179增产17.13%），主要归因于每穗粒数增加（128.31 vs CK 111.67）和结实率提高（80% vs CK 74.67%）。该处理显著提升叶绿素含量（增幅12.23–18.75%）和茎鞘生物量转运效率（21.40 g pot^?1 vs CK 12.75 g pot^?1），同时降低氧化损伤标志物MDA含量（降幅19.71%）。

2. 离子平衡与抗氧化防御
   ZnO NPs通过上调K⁺含量（增幅36.31–45.77%）并抑制Na⁺积累，使K⁺/Na⁺比值提高1.5–2倍。NP1还激活SOD（活性升9.38%）、POD和CAT（NP2处理峰值）的协同抗氧化作用，缓解盐诱导的膜脂过氧化。

3. 2-AP合成通路激活
   NP1处理使2-AP含量提升46.67%，其机制包括：（1）增加前体物质：叶片脯氨酸、P5C（Δ1-pyrroline-5-carboxylate）和甲基乙二醛含量；（2）上调合成酶活性：P5CS（峰值增幅35.88%）和OAT（ornithine aminotransferase）；（3）抑制降解酶：PDH（proline dehydrogenase）活性降低31.03–88.09%；（4）调控基因表达：下调BADH2转录水平，促进2-AP积累。

结论与意义
该研究首次阐明ZnO NPs通过“生理保护-代谢重编程”双途径提升盐胁迫下香稻产量与品质的机制。100 mg L^?1 ZnO NPs被证实为最优浓度，既能通过K⁺/Na⁺稳态和抗氧化防御缓解盐害，又能精准调控2-AP合成通路关键节点（如P5CS/OAT）。这一发现为沿海盐碱地香稻种植提供了可操作性强的纳米农艺技术，同时为抗逆-品质协同育种提供新靶点（如BADH2基因调控）。未来需关注ZnO NPs的环境行为及其在食物链中的迁移风险，以平衡农业效益与生态安全。