CuO@SiO2种子处理可增强玉米的耐旱性和磷吸收效率

《Environmental Science & Technology》：CuO@SiO2 Seed Priming Enhances Drought Tolerance and Phosphorus Acquisition Efficiency of Maize

　　理性设计的CuO@SiO?纳米粒子作为种子预处理剂，显著提升玉米抗旱能力（产量增加9.3%-16.6%）和磷吸收效率，机制涉及ROS增强的根系可塑性（根毛密度、主根深度、侧根分支增加）及基因表达调控（RSA相关基因PLA2、PG、EXP激活），同时代谢组学显示ATP、氨基酸、糖类等物质富集，证实纳米预处理通过激活呼吸和储备物质动员实现作物适应性增强，成本效益显著（每英亩$0.62-1.15）。

　　

可持续农业要求在最大化产出的同时最小化资源投入。在这里，我们发现经过合理设计的类似芬顿反应的CuO@SiO₂纳米颗粒（NPs）作为种子处理剂（浓度为20 mg/L，作用时间为24小时）能够显著提高玉米（一种易受气候影响的主粮作物）的耐旱性和磷（P）吸收效率。重要的是，生命周期田间试验表明，在正常和干旱条件下，CuO@SiO₂纳米颗粒处理后的种子使玉米产量分别增加了9.3%和16.6%，优于仅进行水处理的对照组。这种增强的耐旱性和产量提升归因于活性氧（ROS）诱导的根系结构可塑性变化，具体表现为根毛密度增加、主根生长加深以及侧根分枝增多。RNA测序分析显示，CuO@SiO₂纳米颗粒处理后的种子中与根系结构调节（PLA2、PG和EXP基因）、磷/氮/硫的吸收与同化（PHT、NRT、NR、NiR和SULTR基因）以及耐旱性相关（ELIP、LEA和DRP基因）的活性增强。此外，种子处理还改变了种子的代谢物组成，显著提高了三磷酸腺苷（ATP）（24.1%）、氨基酸（7.6–105%）、糖类（20–24%）、有机酸（49–121%）、酚酸（47–315%）和脂肪酸（4.2–39%）的含量，表明种子储存的养分得到了更有效的利用和快速释放。总体而言，这种简单且成本低廉（每英亩0.62–1.15美元）的种子处理方法有效提升了玉米对水分和养分胁迫的抵抗力，为实现可持续粮食安全提供了有益途径。