锰掺杂二氧化铈纳米酶通过调控ROS稳态和激素代谢网络促进小麦低温萌发

本研究针对低温胁迫抑制小麦萌发的农业难题，创新性地采用具有过氧化氢酶(CAT)活性的锰掺杂二氧化铈纳米酶(MCNPs)进行种子引发处理。研究人员通过多组学分析发现，MCNPs通过协同增强内源抗氧化系统清除过量活性氧(ROS)，进而调控赤霉素(GA)/脱落酸(ABA)代谢网络，激活淀粉水解关键酶基因表达，最终使小麦低温萌发率提升7.1%，生物量增加6.2-17.2%。该研究为纳米酶在作物抗逆栽培中的应用提供了新策略。

　　

气候变化导致的极端低温严重威胁全球小麦生产，每年造成约85%种植区减产。传统种子引发技术难以直接清除胁迫产生的过量活性氧(ROS)，而新兴的纳米材料虽能调节植物生理过程，但其在低温萌发中的调控机制尚不明确。江苏省农业科学院资源与环境研究所的Yixin Wu等研究人员创新性地设计出具有过氧化氢酶(CAT)活性的锰掺杂二氧化铈纳米酶(MCNPs)，系统揭示了其通过"ROS稳态-激素代谢-淀粉水解"三级调控网络增强小麦低温萌发的新机制，相关成果发表在《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》。

研究团队采用单颗粒电感耦合等离子体质谱(SP-ICP-MS)、液相色谱-质谱联用(LC-MS/MS)和实时定量PCR(qPCR)等技术，通过测定纳米颗粒吸收、ROS水平、激素含量及基因表达等指标，构建了MCNPs作用的分子网络。

MCNPs的低温萌发促进效应

通过动态监测发现，40 mg/L MCNPs处理使低温下小麦萌发指数提高7.1%，幼苗生物量增加6.2-17.2%。

显示处理组幼苗形态显著优于对照。

纳米颗粒吸收与ROS清除机制

SP-ICP-MS证实MCNPs以纳米颗粒形式进入种子，其特有的氧空位使CAT样活性达112.87 U mg^-1 min^-1，较纯CeO₂提高3.8倍。协同激活内源Mn-SOD(提升23.5%)和CAT(26.6%)，使低温下ROS水平降低4%。

清晰展示了这一调控过程。

激素代谢网络重编程

LC-MS/MS分析显示MCNPs使促萌发激素GA7和乙烯前体ACC分别增加27.2%和25.5%，同时抑制胁迫激素JA-Ile(44.5%)和ABA信号通路关键基因TaABI5(下调98%)。

显示GA信号转导因子TaGAMYB表达显著上调。

淀粉水解的分子启动

激素信号通过激活TaGAMYB转录因子，使β-淀粉酶基因TaBAM3表达提升27.2%，酶活性增加18.5%，加速淀粉转化为还原糖。

完整呈现了从纳米酶到萌发表型的调控链条。

该研究首次阐明纳米酶通过多级调控网络增强作物抗逆性的分子机制，为解决气候变化下的粮食安全问题提供了新思路。特别值得注意的是，MCNPs在维持"氧化窗口"方面的精准调控，既避免了ROS过度清除对信号转导的干扰，又有效缓解了氧化损伤，这种智能特性使其在农业应用中具有独特优势。未来研究需关注纳米颗粒在作物体内的转运转化规律，为其田间应用提供理论基础。