碘纳米柠檬酸盐对冷胁迫和病原感染下小麦幼苗氧化应激及光合作用的调控机制

为解决全球气候变化下作物受病原微生物侵染和温度骤降的双重胁迫问题，研究人员开展了碘纳米颗粒(INcit)对小麦(Triticum aestivum L.)氧化还原平衡及光合功能调控的研究。通过模拟冷胁迫(25→15°C)和人工接种病原菌(Pseudomonas syringae pv. atrofaciens和Acholeplasma laidlawii var. granulum)，发现INcit预处理能显著降低H2O2积累，缓解叶绿素降解，并通过提高类胡萝卜素含量增强光保护能力。该研究为纳米生物强化技术在作物抗逆栽培中的应用提供了新思路。

　　

气候变化正给农业生产带来前所未有的挑战，温度骤降和病原微生物的协同作用导致小麦等主粮作物减产高达40%。更棘手的是，传统农药在防治病害的同时加剧了环境污染，而常规碘肥又存在土壤固定率高的问题。在这个背景下，纳米技术为农业可持续发展提供了新可能——碘纳米颗粒(INcit)因其独特的抗氧化性和生物利用度，被视为"绿色农业"的潜在解决方案。

乌克兰国家科学院微生物与病毒研究所的研究人员在《Plant Nano Biology》发表重要成果，系统研究了碘纳米柠檬酸盐(INcit)如何调控小麦幼苗应对冷胁迫和病原感染的分子机制。研究人员通过透射电镜(TEM)确认INcit为21.04±4.69 nm的椭圆形纳米颗粒，采用人工接种法建立小麦-病原菌(Psa B-1016细菌和A. laidlawii 118植原体)互作体系，结合温度骤降实验(25→15°C)，运用分光光度法测定H₂O₂含量和光合色素组成，并通过超微结构观察揭示叶绿体损伤特征。

实验条件优化
研究选用冬春兼用型小麦品种Zymoyarka，通过种子浸泡(1.69 μg/mL INcit)实现纳米生物强化。独创性地采用"侵蚀-爆炸法"制备的INcit溶液，其表面柠檬酸修饰显著提升了纳米颗粒的稳定性。

生长促进效应
INcit处理使7天龄幼苗根长和叶长分别增加11.5%和12.8%，鲜重提高12.6%。在4周龄植株中，单独INcit处理使叶长增加32.1%，而INcit+Psa B-1016组合仍保持10.7%的增长。这表明纳米碘能有效缓解病原体对植物生长的抑制。

氧化应激调控
在25°C基础温度下，INcit使叶片H₂O₂含量降低12.6%，但病原感染导致H₂O₂激增41.4%(A. laidlawii)和29.7%(Psa)。温度骤降后，对照组的H₂O₂增加30.2%，而INcit预处理组仅增加12.3%，显示其显著的抗氧化应激能力。

光合装置保护
冷胁迫3天后，INcit处理组的类胡萝卜素含量激增80%，Car/Chl(a+b)比值提高97.6%，有效缓解了光氧化损伤。值得注意的是，INcit+A. laidlawii组合的叶绿素总量比单独病原感染高23%，表明纳米碘能部分修复植原体造成的光合损伤。

超微结构证据
TEM显示病原感染导致叶绿体膜波浪状变形和类囊体堆叠紊乱，而INcit处理减轻了这些损伤。特别在冷胁迫下，INcit维持了类囊体的有序排列，淀粉粒形态也更规则。

这项研究首次阐明碘纳米颗粒通过"双重防护机制"发挥作用：一方面作为无机抗氧化剂直接清除ROS，另一方面通过上调类胡萝卜素合成等途径激活植物的内源防御系统。该成果不仅为开发环境友好型纳米农药提供了理论依据，也为应对气候变化下的作物稳产开辟了新思路。值得注意的是，研究揭示的H₂O₂动态平衡规律，为理解植物交叉抗性(cross-tolerance)的分子机制提供了重要线索。未来研究可进一步探索INcit与植物激素信号的互作关系，以及在不同作物品种中的普适性应用。