二氧化硅纳米颗粒与茉莉酸甲酯的联合应用改善干旱胁迫下瓜尔豆的光合作用、元素含量和豆荚品质

《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Integrated application of silica nanoparticles and methyl jasmonate improves photosynthesis, element content and pod quality of guar under drought stress

　　• 硅纳米颗粒和茉莉酸甲酯提高了蔬菜用瓜尔豆的耐旱性。• 硅纳米颗粒与茉莉酸甲酯联合施用增强了水分亏缺条件下的光合作用和水分利用效率。• 硅纳米颗粒和茉莉酸甲酯在干旱胁迫下增加了可溶性碳水化合物并维持了叶绿素含量。• 硅纳米颗粒促进了矿物质营养元素的积累，尤其是氮、镁、铁和锌。• 硅纳米颗粒与茉莉酸甲酯综合处理通过提高蛋白质和单宁含量改善了豆荚的营养品质。引言瓜尔豆（*Cyamopsis tetragonoloba*）是一种有价值的豆科作物，在世界各地多个国家均有种植，如印度、巴基斯坦、美国、西班牙、意大利、摩洛哥、希腊和德国1。尽管其种子胚乳中含有大量半乳甘露聚糖成分（瓜尔胶），这为大多数人所熟知，但其未成熟豆荚在世界许多地区（包括南亚）也被广泛食用2。瓜尔豆的新鲜豆荚是该植物可食用的重要部分，具有营养价值和多种用途。尽管瓜尔胶具有重要的工业价值，但有关瓜尔豆荚营养潜力和品质特性的科学研究却十分有限3。瓜尔豆不仅营养丰富，而且是一种优良的耐旱豆科植物，有助于生物固氮，并能改善土壤肥力，促进农业系统的可持续发展?。瓜尔豆对干旱和半干旱地区的适应性使其成为在气候变化和水资源短缺情况下保障粮食安全的最佳作物之一?。然而，干旱等环境胁迫会影响其产量，改变豆荚的发育方式，改变豆荚的化学成分，并影响植株所产豆荚的整体品质特性?。干旱胁迫是全球蔬菜作物生产力和品质面临的主要非生物胁迫因素之一，对产量造成负面影响?。水分亏缺对食用豆类的影响涉及多种形态和生理参数（豆荚形态/质地、蛋白质积累、碳水化合物/脂质含量、纤维组成以及次生代谢产物的积累），最终影响其营养价值和作为食物的可接受性?。已知瓜尔豆植株能够耐受一定程度的水分供应限制。然而，关于长期暴露于干旱环境对其可食用豆荚生化和营养品质的影响，目前尚知之甚少?。本研究考察了干旱胁迫对瓜尔豆植株生理生化特性及其未成熟豆荚营养品质的影响。叶片测定指标包括叶绿素含量、可溶性糖、总碳水化合物和气体交换参数，而豆荚分析则侧重于粗蛋白、单宁和矿物质浓度。尽管已有若干研究考察了硅纳米颗粒（SiNPs）和茉莉酸甲酯（MeJA）单独施用对植物干旱及其他非生物胁迫响应的影响，但关于二者联合施用在水亏缺条件下对蔬菜用瓜尔豆（*Cyamopsis tetragonoloba*）的影响，现有信息十分有限。基于纳米颗粒的方法作为潜在的纳米生物刺激剂策略，在农业生物技术领域日益受到关注，用于改善植物在限水条件下的表现，已有研究报道其对植物生长、水分状况、光合性能及胁迫相关生化响应的影响1?。特别地，硅纳米颗粒施用与植物对非生物胁迫的生理和生化响应改善相关，包括光合色素增强、脯氨酸积累和抗氧化酶活性提高11。近期研究进一步证明了将纳米材料与植物信号化合物结合以调节环境胁迫下生理和生化响应的潜力，支持了纳米生物刺激剂策略在农业生物技术中日益重要的作用12。尽管硅纳米颗粒和茉莉酸甲酯已在多种植物物种中单独研究了其在非生物胁迫下的作用，但二者在蔬菜用瓜尔豆中的联合效应仍未得到充分表征，尤其是在将叶片生理响应与未成熟豆荚的营养和矿物质组成结合评估时。因此，本研究考察了这些处理在三种水分供应水平下的单独和联合效应，重点关注叶片光合和生化特性以及豆荚蛋白质、单宁和矿物质浓度。通过考察这些响应，本研究对水分亏缺以及硅纳米颗粒和茉莉酸甲酯施用对蔬菜用瓜尔豆生理生化表现及其可食用豆荚营养品质的影响提供了针对性的评估。章节片段实验设计与处理田间试验于2024年在伊拉克摩苏尔大学园艺与林业科学系的研究农场进行。试验采用随机完全区组设计布置于田间小区中。通过为每个试验小区单独进行灌溉管理，维持指定的土壤水分处理来控制水分供应。研究农场的热量-降水趋势图如图S1所示。瓜尔豆种子结果与讨论表2显示了硅纳米颗粒和茉莉酸甲酯在减轻干旱胁迫对瓜尔豆植株性状影响方面的简单效应和联合效应的方差分析（S1）。结论本研究提供了初步证据，表明硅纳米颗粒（SiNPs）和茉莉酸甲酯（MeJA）单独或联合施用可改变瓜尔豆（*Cyamopsis tetragonoloba*）在水亏缺条件下的生理、生化和营养响应。在严重干旱胁迫（25%田间持水量）下，50 ppm硅纳米颗粒与20 μM茉莉酸甲酯联合施用与光合性能和水分利用效率的改善相关，而100 ppm硅纳米颗粒CRediT作者贡献声明**Ragheed Mohammed Hamza Alsultan：** 项目管理，方法学，概念化。**Safwan Mohammed Hajem Al-Khashab：** 可视化，项目管理，调查，概念化。**Hayder Bahjat Nasih：** 资源，项目管理，数据管理。**Mustafa Jabbar Abdulkarem：** 验证，项目管理，方法学，概念化。**Suzan Salahaddin Abdulla：** 项目管理，方法学，概念化。**Mohammed Khalid Jalal Ali：** 项目管理，伦理批准与参与同意本研究非临床试验，研究过程中无人参与。出版同意作者声明同意发表本文。数据可用性本研究期间生成的数据已呈现在正文和补充/附加文件中，包括统计分析输出。其他原始数据可向通讯作者合理索取。利益冲突作者声明与本研究、作者身份和文章发表无潜在利益冲突。资助无财务支持。利益冲突声明? 作者声明，不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。Ragheed Mohammed Hamza Alsultan|Safwan Mohammed Hajem Al-Khashab|Hayder Bahjat Nasih|Mustafa Jabbar Abdulkarem|Suzan Salahaddin Abdulla|Mohammed Khalid Jalal Ali|Ahmed Fatkhan Zabar Al-Dulaimy|Heidar Meftahizade