纳米粒子引发种子：Ghaf微绿叶菜作为新型功能食品的营养强化与可持续生产策略

本研究针对Ghaf种子休眠和发芽率低的问题，通过ZnO纳米粒子(ZnO-NPs)引发处理显著提升发芽率至93%，并增强微绿叶菜中锌含量(9-10倍)、酚类物质(774.81 mgGAE/100 gDW)及抗氧化活性，为干旱地区功能性食品开发提供创新方案。

　　

在阿拉伯联合酋长国的干旱 landscapes 中，Ghaf树（Prosopis cineraria）作为 resilience 和适应性的象征，不仅承载着 cultural heritage，还扮演着关键的 ecological role。然而，尽管其 leaves 在传统上被用作沙拉 dish（当地称为“Almagiga”），但 Ghaf 种子的 endodormancy（内生休眠）和 irregular germination rate（不规则发芽率）严重限制了其大规模 cultivation 和作为 microgreens（微绿叶菜）的 potential。Microgreens 作为 immature delicate greens，以其 extraordinary nutritional density 而闻名，富含 essential minerals、vitamins 和 phytonutrients，是 antioxidant 和 nourishment 的 potent source。在全球 nutrition 的背景下，biofortified microgreens 已成为解决 hidden malnutrition 和 hunger 的 promising solution。

为了克服 Ghaf 种子休眠的 obstacle，并探索其作为可持续 future food source 的潜力，研究人员 leveraging nanotechnology， specifically zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs)，来 enhance seed germination、promote plant growth 和 increase nutrient accumulation。ZnO-NPs 因其 exceptional physicochemical characteristics 而在 agricultural research 中备受关注，广泛应用于 seed priming、stress mitigation、plant growth promotion 和 nutrient uptake enhancement。

本研究发表在《Future Foods》上，旨在 investigate the potential of ZnO-NPs applications in addressing the challenges of ghaf seed dormancy and improving the nutritional composition of produced ghaf microgreens。研究人员从 United Arab Emirates University farm 获取 Ghaf 种子，通过 sodium hypochlorite solution 消毒后，用不同 concentrations 的 ZnO-NPs（125、250、500、1000 ng/mL）进行 priming treatment，最终确定 500 ng/mL 为 optimal concentration。Germination experiment 在 polycarbonate greenhouse 中进行，每日记录 germination progress，并在第12天 harvest microgreens 以评估 growth parameters、mineral content、protein estimation、phytochemical analysis 和 antioxidant activities。Mineral analysis 使用 ICP-MS instrument，protein estimation 采用 Bradford method，phytochemical analysis 包括 total phenolic content (TPC)、total tannin content (TTC) 和 total flavonoid content (TFC) 的测量，antioxidant activities 通过 DPPH 和 ABTS assays 评估，phenolic compounds 通过 HPLC analysis 鉴定。

3.1. Seed Germination

研究结果显示，ZnO-NPs 处理显著提高了 Ghaf 种子的 germination rate。在 500 ng/mL 浓度下，germination rate 达到93%，而 control group 仅为22%。Germination 从第1天开始，并在第5天达到峰值，表明 ZnO-NPs 具有 dose-dependent effect on seed germination。

3.2. Growth Parameters of the Ghaf Microgreens

ZnO-NPs 处理显著改善了 microgreens 的 growth parameters。Plant height、root length、shoot length、fresh weight、chlorophyll content 和 dry weight 均显著增加，例如 plant height 从3.31 cm 增加到5.51 cm，chlorophyll content 从3.44 mg/g FW 增加到5.11 mg/g FW，表明 ZnO-NPs 促进了 physiological processes crucial for plant growth and vigor。

3.3. Total Protein Contents in Ghaf Seed and Microgreens

Protein estimation 显示，ZnO-NPs 处理提高了 seeds 和 plants 的 protein content。在 seeds 中，protein content 从3.18 mg/mL 增加到3.43 mg/mL；在 plants 中，从2.21 mg/mL 增加到2.83 mg/mL，表明 ZnO-NPs 可能 stimulated protein synthesis through improved amino acid metabolism and enhanced nitrate reductase activity。

3.4. Essential Minerals of Ghaf seed and Microgreens

ICP-MS analysis 显示，ZnO-NPs 处理显著增加了 zinc content 在 seeds 和 plants 中。在 seeds 中，zinc content 从57.05 mg/kg 增加到183.80 mg/kg；在 plants 中，从147.52 mg/kg 增加到1749.09 mg/kg。此外，其他 minerals 如 potassium、phosphorus 和 sulfur 也有所增加，表明 ZnO-NPs 增强了 nutrient uptake 和 retention。

3.5. Phytochemicals of Ghaf Seed and Microgreens

Phytochemical analysis 显示，ZnO-NPs 处理提高了 TPC、TTC 和 TFC。在 microgreens 中，TPC 从501.43 mgGAE/100 gDW 增加到774.81 mgGAE/100 gDW，TFC 从241.02 mg CE/100 gDW 增加到450.23 mg CE/100 gDW。HPLC analysis 进一步揭示了 individual phenolic compounds 的变化，如 sinapic acid 在 microgreens 中从16.35 mg/100 gDW 增加到49.35 mg/100 gDW，表明 ZnO-NPs 可能 induced mild oxidative stress，从而 upregulating flavonoid biosynthesis。

3.6. Antioxidant Activity in Ghaf Seed and Microgreens

Antioxidant activities 通过 DPPH 和 ABTS assays 评估，显示 ZnO-NPs 处理降低了 IC₅₀ values，表明 antioxidant properties 增强。在 microgreens 中，DPPH IC₅₀ 从263.14 ng/mL 降低到211.48 ng/mL，ABTS IC₅₀ 从209.90 ng/mL 降低到121.98 ng/mL。Pearson correlation analysis 显示 antioxidant activity 与 phenolic and flavonoid contents 呈负相关，表明这些 compounds 在 neutralizing free radicals 中发挥关键作用。

本研究通过 ZnO-NPs seed priming 成功克服了 Ghaf 种子休眠问题，显著提高了 germination rate 和 microgreens 的 nutritional quality。ZnO-NPs 处理增强了 mineral content（特别是 zinc）、protein synthesis、phytochemical accumulation（如 phenolics 和 flavonoids）和 antioxidant activities。这些发现表明，ZnO-NPs 可作为有效的 elicitor 来 enhance the nutritional and functional properties of microgreens，为开发 sustainable food systems 和 addressing nutritional challenges in arid environments 提供了 valuable insights。Ghaf microgreens 因此成为一种具有 high-value 的 functional food，具有 potential health benefits 和 commercial applications。