钾纳米粒子通过增强抗氧化防御减轻纳米塑料对番茄毒性的研究

《Scientific Reports》：Climate-resilient tomato production: potassium nanoparticles regulate carbohydrate metabolism and oxidative defense under nanoplastic stress

　　

摘要

纳米塑料是一种新兴的环境污染物，它们通过破坏矿物质营养平衡、干扰植物生理过程以及诱发活性氧（ROS）介导的氧化应激，威胁着可持续的农作物生产和食品安全。基于纳米粒子的干预措施已成为减轻纳米塑料毒性并提高植物抗逆能力的有希望的策略。在本研究中，采用随机完全区组设计（每个处理组有五个生物学重复），研究了钾纳米粒子（K-NPs；浓度为10 mmol L?1）对Solanum lycopersicum（番茄）在纳米塑料胁迫（土壤中纳米塑料浓度为4 mg kg?1）下的保护作用。纳米塑料被施用于土壤中，而K-NPs则于播种后30天通过叶面喷施的方式添加。与对照组相比，纳米塑料暴露显著抑制了植物的生长和生理表现，导致根长（减少68.81%）、地上部分干重（减少20.53%）、SPAD叶绿素值（减少70.85%）、净光合速率（减少46.67%）、蛋白质含量（减少13.82%）和Ca2?含量（减少41.01%）。相反，K-NPs的叶面施用有效缓解了这些不利影响，显著增加了地上部分长度（增加17.25%）、叶面积（增加10.89%）和葡萄糖含量（增加18.62%）。此外，纳米塑料暴露还显著加剧了氧化损伤，表现为丙二醛（增加40.47%）、过氧化氢（增加26.87%）和超氧阴离子（增加42.35%）水平的升高，这表明膜脂质发生了严重的过氧化，并积累了过多的ROS。K-NP处理显著抑制了这些氧化应激标志物的积累，同时增强了关键抗氧化酶（包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶）的活性，从而加强了细胞的抗氧化防御系统。此外，K-NPs还恢复了矿物质营养平衡，并改善了植物在纳米塑料胁迫下的生理和生化表现。总的来说，这些发现表明，K-NPs的叶面施用通过增强抗氧化能力、维持营养平衡和保护生理功能，有效减轻了纳米塑料引起的植物毒性，凸显了其作为一种可持续纳米技术策略在应对新兴纳米塑料污染问题中的潜力。