绿色合成铁氧化物纳米颗粒对小麦形态生理及产量的调控效应：基于杜鹃花提取物的跨组学研究

【编辑推荐】针对印度土壤铁缺乏导致的作物减产问题，研究人员采用杜鹃花(Rhododendron arboretum)叶提取物绿色合成铁氧化物纳米颗粒(IONPs)，通过叶面喷施显著提升小麦VL 953和HD 3086基因型的类胡萝卜素含量(65.9%)、过氧化物酶活性(132.3%)及籽粒铁含量(60.9%)，为纳米农业技术提供新范式。

　　

随着全球人口预计2050年达到97亿，印度作为人口第一大国面临严峻的粮食安全挑战。小麦作为主要口粮作物，却因土壤铁缺乏引发连锁危机——碱性土壤导致铁元素形成不可利用的复合物，传统铁肥效率低下且污染环境。更棘手的是，铁缺乏直接削弱小麦光合作用，引发黄化病，使作物减产高达30%。这一困局催生了农业纳米技术的突破性探索。

研究人员创新性地利用喜马拉雅杜鹃花(Rhododendron arboretum)叶片中的黄酮类、单宁等活性成分，通过绿色合成法制备铁氧化物纳米颗粒(IONPs)。这种生物合成法相比化学法具有环境友好、成本低廉的优势。通过动态光散射(DLS)检测显示纳米颗粒平均粒径82 nm，多分散指数(PDI)仅0.273，表明颗粒均匀性良好。傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实植物提取物中的酚羟基成功包覆纳米颗粒。

研究团队选取VL 953(非铁强化)和HD 3086(铁强化)两个小麦基因型进行盆栽实验，设置50-200 ppm梯度浓度的IONPs叶面喷施。关键技术包括：紫外分光光度法表征纳米颗粒，场发射扫描电镜(FE-SEM)观察形貌，以及测定超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)等抗氧化酶活性。

形态生理参数
150 ppm处理使类胡萝卜素含量提升65.9%，显著高于对照。VL 953基因型在根长、叶面积等指标上表现更优，揭示非铁强化品种对纳米铁响应更敏感。

抗氧化系统
100 ppm浓度下过氧化物酶(POD)活性激增132.3%，谷胱甘肽还原酶(GR)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)同步升高，表明IONPs有效激活抗氧化防御网络。

产量与营养品质
HD 3086在50 ppm时籽粒产量最高(增产11.8%)，而200 ppm处理使两品种籽粒铁含量提升60.9%，证实低浓度促产、高浓度富铁的剂量效应。

这项发表于《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》的研究首次将杜鹃花源IONPs应用于小麦栽培，突破传统铁肥的生物利用度瓶颈。叶面递送策略避免土壤固定问题，纳米尺寸效应使铁元素跨越植物表皮屏障。特别值得注意的是，研究揭示非强化品种VL 953对纳米铁的生物响应更显著，这为针对性品种选育提供新思路。该技术有望纳入精准农业体系，在保障粮食安全的同时，通过"纳米营养强化"应对隐性饥饿挑战。研究团队特别强调，绿色合成法每克成本较化学法降低40%，且全过程无重金属污染，符合可持续发展目标。未来需开展大田试验验证稳定性，并探索IONPs与其它微量元素的协同效应。