银纳米颗粒与枯草芽孢杆菌协同调控小麦砷胁迫下形态-生理-生化响应的机制研究

本研究针对土壤砷(As)污染这一全球性环境问题，创新性地将银纳米颗粒(Ag-NPs)与植物促生菌(Bacillus subtilis)联用，系统探究了其对小麦(Triticum aestivum L.)砷毒性的缓解效应。通过形态生理、抗氧化防御及基因表达等多维度分析，发现20 mg/kg Ag-NPs与10 mg/L B. subtilis协同作用可显著降低As积累，增强光合效率并激活SOD/POD/CAT/APX抗氧化通路，为重金属污染农田修复提供新策略。

　　

随着工业化和城市化进程加速，土壤重金属污染已成为威胁全球粮食安全的重大环境问题。其中，砷(As)作为强致癌物质，通过干扰植物光合作用、诱导活性氧(ROS)爆发和破坏营养平衡，导致农作物减产。小麦作为亚洲主粮作物，其产量受砷毒害影响尤为显著。传统修复技术存在成本高、效率低等局限，而纳米材料与微生物联合修复因其环境友好特性备受关注。沙特阿拉伯国王大学等机构的研究团队在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》发表论文，首次揭示银纳米颗粒(Ag-NPs)与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)协同缓解小麦砷毒性的分子机制。

研究采用温室盆栽实验，通过原子吸收光谱(AAS)测定砷积累量，结合高效液相色谱(HPLC)分析根际有机酸分泌模式，并利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测抗氧化基因表达。关键发现包括：

3.1 植物生长与光合特性
200 mg/kg砷胁迫使小麦株高降低42%，叶绿素含量减少58%。而Ag-NPs(20 mg/kg)与B. subtilis(10 mg/L)联用使生物量恢复至对照组的89%，净光合速率(Pn)提升2.3倍。

3.2 氧化损伤与抗氧化响应
砷胁迫下MDA和H₂O₂含量激增3倍，而联合处理通过上调Fe-SOD、POD基因表达，使SOD活性提高217%，电解质泄漏(EL)降低61%。

3.3 有机酸与砷吸收
根际柠檬酸和草酸分泌量与砷浓度呈正相关(r=0.82)，但联合处理使根中砷积累减少68%，表明有机酸-纳米颗粒-微生物三元互作形成砷螯合屏障。

该研究证实Ag-NPs与B. subtilis通过"抗氧化防御激活-砷固定-营养调控"三重协同机制缓解毒性。其中Ag-NPs主要增强ROS清除能力，而B. subtilis通过分泌IAA(吲哚乙酸)促进根系发育，二者互补形成"纳米-微生物"联合修复新模式。这一发现为重金属污染农田的绿色修复提供了理论依据和技术支撑，对保障粮食安全具有重要实践价值。