氧化锌纳米颗粒联合芽孢杆菌提高萨布拉娜草莓对碱性胁迫的耐受性研究

《Scientific Reports》：Strategies for enhancing alkaline stress tolerance in strawberry (Fragaria × ananassa cv. Sabrina) using zinc oxide nanoparticles and plant biostimulants

　　

摘要

草莓（Fragaria × ananassa）是一种全球广泛种植的水果作物，以其优良的营养品质和中短的生产周期而备受重视。然而，由高土壤pH值和碳酸钠/碳酸氢钠积累所引起的碱性胁迫显著抑制了植物生长、光合作用和养分吸收。本研究旨在通过使用氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）和植物生长促进根际细菌（PGPR）来提高萨布拉娜草莓对碱性胁迫的耐受性。研究采用完全随机区组设计的 factorial 试验，设置三次重复，包括两个pH水平（6.5和8.0）、三个ZnO NPs浓度（0、100和200 mg L?1）以及Bacillus velezensis接种处理。结果表明，碱性胁迫（pH 8.0）显著降低了地上部和根系生物量、光合速率、水分利用效率以及色素含量。然而，ZnO NPs与B. velezensis联合施用有效缓解了碱性胁迫的不利影响。在碱性条件下（pH 8.0），200 mg L?1 ZnO NPs配合B. velezensis接种显著改善了形态性状，提高了相对含水量（RWC）和气交换参数，同时降低了电解质渗漏率（EL）。与对照处理（pH 8.0，0 mg L?1 ZnO NPs且未接种细菌）相比，该处理使RWC提高14.92%，光合速率增加47.43%，类胡萝卜素含量上升44.44%，电解质渗漏率降低4.8%。在pH 8.0条件下，未添加纳米颗粒和细菌时，过氧化氢（H?O?）含量最高，达到51.29 μmol L?1，丙二醛（MDA）含量也最高，达到135.00 μmol g^?1鲜重。相反，在碱性胁迫下，添加ZnO NPs和B. velezensis显著降低了H?O?和MDA的含量。在pH 8.0条件下，细菌与ZnO联合施用显著提高了渗透保护物质（脯氨酸、淀粉）的含量以及抗氧化酶（过氧化物酶、超氧化物歧化酶）的活性。在碱性胁迫下，分别施以100和200 mg L?1 ZnO NPs配合B. velezensis接种的植物，其过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性最高。此外，在未接种细菌的条件下，过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）的最大酶活性分别在ZnO NPs浓度为200和100 mg L?1时达到。这些结果表明，ZnO纳米颗粒和B. velezensis可能通过增强抗氧化防御体系来提高植物对碱性胁迫的耐受性。