高温胁迫下纳米钼酸盐增强小扁豆抗病性及光合适应机制研究

　　本研究针对全球气候变化背景下高温胁迫与病原微生物侵染对小扁豆（Lens culinaris）生长的复合影响，通过预播种纳米钼酸盐（Mo Ncit）处理种子，系统评估了其在调节光合作用、抗氧化酶活性（SOD、POD、CAT）及酚类物质代谢中的关键作用。结果表明，Mo Ncit处理显著缓解了病原体（A. laidlawii phytoplasma和P. savastanoi细菌）引起的PSII光化学效率下降和叶绿素降解，并增强植株在高温干旱条件下的适应性与产量，为纳米材料在农业抗逆中的应用提供了理论依据。

　　

随着全球气候变暖加剧，高温胁迫与病原微生物的协同作用对农作物生产构成严重威胁。小扁豆（Lens culinaris Medik.）作为一种重要的豆科作物，虽具备较强的抗旱性，但在高温和病原体（如细菌和植原体）复合胁迫下，其光合效率、抗氧化防御系统及生长代谢常受到显著抑制。目前，针对高温与病原互作下植物适应性机制的研究仍较缺乏，尤其是如何通过纳米材料调控植物生理响应以增强抗逆性，成为农业可持续发展中的关键科学问题。

为此，乌克兰国家科学院微生物与病毒学研究所的Hanna Huliaieva团队在《Advanced Agrochem》发表了研究论文，系统探讨了预播种纳米钼酸盐（Mo nanocitrates, Mo Ncit）处理对小扁豆在高温胁迫及病原感染条件下的生理生化调节作用。该研究通过田间试验结合分子生理学手段，揭示了Mo Ncit通过稳定光合机构、增强抗氧化酶活性和调节酚类代谢，显著提升植株对复合胁迫的适应能力。

研究主要采用了以下关键技术方法：

1. 1.

   透射电子显微镜（TEM）表征Mo Ncit纳米颗粒的形态与尺寸（平均3.66 ± 0.47 nm）；

2. 2.

   叶绿素荧光诱导（CFI）技术测定光系统II（PSII）的最大量子产率（F_v/F_m）和光合量子效率（R_Fd）；

3. 3.

   生化分析检测超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性及总酚含量（TPC）；

4. 4.

   分光光度法测定叶绿素a、b含量；

5. 5.

   田间病原人工接种（植原体A. laidlawii var. granulum 118和细菌Pseudomonas savastanoi pv. glycinea B-1150）与气象数据实时监测。

3.1. 病害症状可视化

人工接种植原体与细菌后，小扁豆叶片出现显著 chlorosis（褪绿）、生长迟滞和叶片畸形（图2）。而经Mo Ncit预处理的植株症状明显减轻，表明纳米钼酸盐对病原侵染具有缓解作用。

3.2. 叶片抗氧化活性

在高温（32–34°C）与低湿（40–45%）条件下，病原感染导致SOD和POD活性显著升高，但CAT活性下降，表明氧化应激加剧。Mo Ncit处理则平衡了抗氧化酶响应，在高温时降低POD活性、提升CAT活性，有效减轻自由基损伤。此外，总酚含量在感染植株中上升，而Mo Ncit进一步强化了这一响应，增强了植物的化学防御能力（图4, 图5）。

3.3. 叶片光化学活性

高温胁迫（34°C）下，对照植株的F_v/F_m和R_Fd显著下降，表明PSII光化学效率受损。病原感染加剧了这种抑制，尤其细菌接种导致PSII核心复合体降解。然而，Mo Ncit处理不仅缓解了高温下的光抑制，还在感染背景下提升了R_Fd值，说明其通过保护色素-蛋白复合体增强了光合机构的适应性（图6）。

3.4. 叶绿素含量

病原感染导致叶绿素a、b含量大幅下降（植原体感染分别降低52.2%和64.6%），Chl a/b比值升高，表明光捕获复合体（LHCs）降解。Mo Ncit单独处理增加了Chl a含量，但在感染背景下未直接提升色素水平，可能因生物量“稀释效应”所致。尽管如此，Mo Ncit仍通过维持光合功能间接支持了生长（图7）。

3.5. 植株重量分析

病原感染显著降低生物量（细菌感染减少24.8%）、豆荚数量和株高。Mo Ncit处理则使完整植株生物量提高2.2倍，豆荚数增加28.6%。在感染背景下，Mo Ncit仍使植株质量和豆荚数显著高于未处理组，证实其兼具促生长与抗病功能（图8）。

结论与意义

本研究阐明，高温胁迫下病原感染通过破坏自由基平衡、抑制PSII光化学活性和降解叶绿素，削弱小扁豆的适应性。预播种Mo Ncit处理通过多重机制增强抗逆性：①调节抗氧化酶（SOD、POD、CAT）与酚类代谢以缓解氧化损伤；②保护光合机构（尤其PSII）维持光能转化效率；③在感染背景下仍显著提升生物量与产量。该研究不仅为纳米材料在农业抗逆中的应用提供了实证，还强调了在自然田间条件下研究复合胁迫的重要性。Mo Ncit作为一种环境友好的植物免疫增强剂，对应对气候变化下的作物安全生产具有重要实践价值。