镍氢氧化物纳米片与一氧化氮协同调控小麦砷胁迫下的糖酵解途径、营养同化及防御系统

本研究针对砷(As)胁迫导致小麦减产的关键问题，通过镍氢氧化物纳米片(NS)与一氧化氮(NO)的协同作用，揭示了其通过激活抗氧化防御系统(SOD/APX/GR)、增强糖酵解关键酶(FK/HK/PFK/PK)活性及促进矿质营养(N/P/K/S)吸收等机制，显著提升小麦对As毒性的耐受性。该成果为纳米生物技术在农业重金属污染治理提供了新策略。

　　

砷污染已成为威胁全球粮食安全的重大环境问题。作为主要口粮作物，小麦对砷(As)的高度敏感性导致其产量和品质严重下降，而砷通过食物链进入人体后更会引发癌症等健康风险。传统修复方法如植物修复效率低下，微生物修复受环境条件限制，纳米颗粒( NPs )的应用又面临靶向性和生物相容性等挑战。在此背景下，研究人员探索了镍氢氧化物纳米片( nickel hydroxide NS )与信号分子一氧化氮( NO )的协同作用机制。

该研究由Jamia Hamdard大学的研究团队开展，通过水热法合成镍氢氧化物NS，并采用FESEM、HR-TEM、XRD和XPS进行表征。实验设计包含三部分：NS浓度筛选(0-400 ppm)、七种处理组合(对照/NS/NO/As及联合处理)以及NO清除剂(cPTIO)验证实验。通过测定氧化应激指标(TBARS/H₂
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)、防御代谢酶活性(SOD/APX/GR/Gly-I/II)、光合参数(叶绿素/RuBisCo/FBPase)、糖酵解关键酶(FK/HK/PFK/PK)、矿质营养(N/P/K/S/Ca/Se)含量及NO合成酶(NOS/NR)活性等指标，系统评估了NS与NO的协同效应。

3.1 纳米片表征
合成的β相镍氢氧化物NS呈90±20 nm薄片结构，XPS证实Ni呈+2价态，表面化学分析显示其含有C-Ni和O-Ni键，为后续As结合机制研究奠定基础。

3.3 氧化应激抑制
As胁迫使小麦脂质过氧化产物(TBARS)增加123%，而NS+NO联合处理使其降低78.5%，并通过增强SOD(124.9%↑)和APX(94%↑)活性，显著恢复根系活力。

3.4 防御代谢调控
NS+NO协同提升谷胱甘肽(GSH)含量61.8%和Gly-II活性59.9%，有效清除甲基乙二醛(MG)等细胞毒素，构建双重防御屏障。

3.5 光合与糖酵解激活
联合处理使RuBisCo活性提升71.2%，糖酵解限速酶PFK和PK活性分别增加80.7%和84.4%，重新打通碳源-能量转化通路。

3.8 NO生物合成
NS通过上调NOS(92%↑)和NR(62.5%↑)活性诱导内源性NO生成，该效应在cPTIO存在时仍维持65 μM/g水平，证实NS主导NO合成。

3.9 砷积累抑制
NS+NO使根和茎中As含量分别降低43.3%和44.5%，同时促进砷酸还原酶活性(根84.5%/茎81.5%)，将毒性更强的As(V)转化为易固定的As(III)。

这项研究首次阐明镍氢氧化物NS通过NO依赖性途径激活小麦As耐受机制，其核心在于：(1) NS作为纳米载体增强NO信号传导，形成NS-NO-防御代谢的正反馈循环；(2) 双重调控As(V)还原和硫醇化合物螯合，阻断As向籽粒迁移；(3) 重塑碳氮代谢网络，使产量损失减少88.9%。该成果不仅为重金属污染农田的生态修复提供新技术，更开创了纳米材料-信号分子协同调控作物抗逆性的新范式。未来研究可聚焦NS与硅纳米颗粒(SiNPs)或植物褪黑素的联合应用，以及NS表面功能化修饰等方向，进一步推动农业纳米技术的实际应用。