由Lantana camara介导的生物生成氧化镁纳米粒子在Spirodela polyrhiza受到Zn胁迫时能够保护PSII的功能和氧化还原稳态

《Scientific Reports》：Lantana camara-mediated biogenic magnesium oxide nanoparticles protect PSII function and redox homeostasis under Zn stress in Spirodela polyrhiza

　　

摘要

锌（Zn）的毒性会通过破坏镁离子（Mg2?）的稳态、扰乱光系统II（PSII）的功能以及引发氧化应激，极大地影响水生植物的生产力。本研究探讨了从马缨丹（Lantana camara）中合成的氧化镁纳米颗粒（MgO NPs）对多毛茛（Spirodela polyrhiza）在锌胁迫下的保护作用。我们假设，补充MgO NPs可以通过支持依赖镁的生理过程、稳定光合作用功能以及增强抗氧化防御机制来减轻锌引起的植物毒性。生物合成的MgO NPs（粒径30–70纳米，主要为圆柱形，略有聚集）显著缓解了锌引起的植物毒性，其中10 μg/mL的浓度具有最高的防护效果。过量的锌离子可能破坏了依赖镁的生理过程和代谢过程，导致叶绿素合成减少、光系统II的光化学性能下降（?P₀, ?E₀）、活性反应中心密度降低（RC/CS_m）以及能量耗散增加（?D₀, DI₀/CS_m）。锌胁迫还加剧了电子传输链的过度还原反应，从而导致活性氧（ROS）的产生和脂质过氧化。MgO NPs的应用减少了锌的积累，并在锌胁迫条件下改善了植物的光合作用性能并降低了氧化损伤。补充MgO NPs不仅增强了激发能量的捕获能力以及电子传输效率（TR₀/CS_m, ET₀/CS_m），还减少了过多的能量耗散。同时，MgO NPs还增强了植物的抗氧化反应，降低了H?O?的积累和脂质过氧化的程度。总体而言，这种绿色合成的MgO NPs有效减轻了多毛茛在锌胁迫下的生理和氧化应激，其中10 μg/mL的浓度在测试条件下提供了最佳的防护效果。光合作用性能的提升、抗氧化反应的增强以及锌积累的减少表明，MgO NPs通过维持光合作用功能并限制氧化损伤来减轻锌的植物毒性。