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综述:纳米技术介导有益微生物缓解植物盐胁迫的机制及应用性
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年07月29日 来源:Plant Physiology and Biochemistry 6.1
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这篇综述系统阐述了纳米技术(NT)与植物根际促生菌(PGPR)、丛枝菌根真菌(AMF)等有益微生物协同缓解盐胁迫的创新策略,重点探讨了纳米载体(如AgNPs、SiNPs)通过调控离子平衡(Na+/K+)、激活抗氧化系统(ROS清除)和诱导渗透调节物质(如脯氨酸)合成等分子机制,为可持续农业提供新思路。
Osmotic adaptation
盐胁迫下土壤渗透梯度失衡导致植物水分吸收受阻,有益微生物通过合成渗透保护剂(如脯氨酸、甘氨酸甜菜碱)维持细胞水势。纳米材料如壳聚糖载体可增强微生物分泌胞外多糖(EPS),形成生物膜保护根际微环境,协同降低渗透胁迫对植物的损伤。
Nanocarriers induce microbial delivery
纳米载体(如二氧化硅纳米颗粒)通过表面功能化修饰显著提升PGPR在盐渍土壤中的存活率。研究显示,负载枯草芽孢杆菌的纳米复合材料可实现缓释效应,使微生物定殖效率提升40%,同时纳米载体本身可作为电子受体参与微生物能量代谢。
Metabolism and cellular-uptake
纳米颗粒(NPs)通过表面电荷(Zeta电位>+30mV)与微生物膜蛋白相互作用,调控Na+外排基因(如SOS1)表达。铁纳米颗粒(FeNPs)被证实可激活固氮菌的氢化酶活性,促进盐胁迫下植物的氮素吸收。
Silver nanoparticles (AgNPs)
AgNPs凭借其抗菌特性和高比表面积,在5-20nm粒径范围内表现最优。实验表明,10ppm AgNPs与ACC脱氨酶产生菌联用,可使小麦根系ABA含量降低35%,同时上调抗氧化酶(SOD、CAT)活性达2.3倍。
SWOT analysis
优势(Strengths):纳米-微生物协同体系可实现离子螯合与激素调控双重功能;劣势(Weaknesses):纳米材料环境持久性可能改变土壤微生物群落结构;机遇(Opportunities):可降解纳米载体(如木质素基)研发取得突破;威胁(Threats):监管框架尚未覆盖纳米农业应用。
Conclusion and Future Perspectives
需建立纳米材料生命周期评估(LCA)体系,重点研究长期暴露下纳米颗粒-微生物-植物的三级互作机制。开发具有pH响应特性的智能纳米载体,以及利用CRISPR技术改造耐盐微生物-纳米复合体,将成为未来突破方向。
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