褪黑素与二氧化钛纳米颗粒协同缓解蚕豆盐胁迫：解锁农业增产新密码

在农业生产中，盐胁迫严重影响蚕豆产量与品质。研究人员开展了 “Treatment with Melatonin and Titanium Oxide Nanoparticles Improves Limiting Sodium Uptake in Broad Beans Under Salt Stress” 的研究，发现褪黑素和 TiO2纳米颗粒能减少蚕豆钠吸收，提升多种生长指标。这为优化农业实践提供了新思路。

　　在广袤的农田里，蚕豆作为许多国家的主要粮食作物，本应茁壮成长，为人们提供丰富的营养。然而，无情的盐胁迫却如同一道枷锁，严重阻碍了蚕豆的生长。土壤盐渍化影响着全球约 20% 的耕地，导致蚕豆每年的生产力锐减 50%。盐胁迫不仅造成离子毒性、水分胁迫，还会干扰蚕豆的营养吸收、代谢循环，甚至引发氧化应激反应，让蚕豆的生长举步维艰。面对这些严峻的问题，科研人员决心寻找有效的解决办法，以保障蚕豆的产量和品质，这也正是开展此项研究的重要原因。

埃及的研究人员开展了一项关于蚕豆在盐胁迫下的研究。他们聚焦于褪黑素（N - 乙酰 - 5 - 甲氧基色胺）和二氧化钛纳米颗粒（TiO₂ NPs）对蚕豆的影响。研究结果表明，这两种物质能有效抑制蚕豆对钠（Na）的吸收，调节矿质营养平衡，促进蚕豆的生理和代谢功能，提升光合作用效率，减少氧化损伤和自由基生成，增强蚕豆对渗透胁迫的抵抗能力。该研究成果发表在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》上，为解决蚕豆盐胁迫问题提供了新的方向。

研究人员采用了多种关键技术方法。他们通过盆栽实验，模拟不同盐浓度环境，对蚕豆进行处理。利用透射电子显微镜（TEM）和 X 射线衍射（XRD）对 TiO₂纳米颗粒进行表征。运用分光光度计、叶绿素仪等仪器，测定蚕豆的各项生理指标，如叶绿素含量、抗氧化酶活性等。还通过定量实时聚合酶链式反应（qRT - PCR）分析相关基因的表达水平。

研究结果如下：

• 生长参数：NaCl 显著抑制蚕豆生长，降低株高、地上部分鲜重和干重、叶片数量等。而 50 μM、100 μM 的褪黑素和 40 mM、80 mM 的 TiO₂ NPs 处理可显著促进生长，其中 100 μM 褪黑素和 40 mM TiO₂ NPs 效果更明显。
• 光合特性：盐胁迫下，蚕豆的 SPAD 叶绿素值和光合特性显著下降，如气孔导度（gs）、净光合速率（PN）、蒸腾速率（Tr）和胞间 CO₂浓度（Ci）等。40 mM TiO₂ NPs 处理对缓解胁迫效果最佳，其次是 100 μM 褪黑素和 80 mM TiO₂ NPs 等处理。
• 相对含水量、膜稳定性指数和电解质渗漏率：NaCl 浓度升高会降低膜稳定性指数（MSI），增加电解质渗漏率（EL）。TiO₂ NPs 处理能减轻高 NaCl 的有害影响，40 mM TiO₂ NPs 处理效果最好。褪黑素和 TiO₂ NPs 均可提高相对含水量（RWC）。
• 脂质过氧化、脯氨酸、酚类和 ROS 水平：盐胁迫导致蚕豆脂质过氧化、H₂O₂、O₂^-和 OH 含量显著增加。40 mM TiO₂ NPs 处理可显著降低这些指标，并提高脯氨酸和酚类含量。
• 非酶抗氧化剂：盐胁迫下，蚕豆的谷胱甘肽（GSH）、抗坏血酸（ASA）和甘氨酸甜菜碱含量显著上升。褪黑素和 TiO₂ NPs 处理可进一步提高这些非酶抗氧化剂的水平，40 mM TiO₂ NPs 处理效果显著。
• 抗氧化酶：随着 NaCl 浓度增加，蚕豆抗氧化酶（POX、SOD、CAT、GR 和 APX）活性升高。40 mM TiO₂ NPs 处理可通过上调抗氧化酶活性，减轻高盐浓度的不利影响。
• 激素变化：盐胁迫导致蚕豆吲哚乙酸（IAA）和赤霉素（GA₃）水平显著降低，脱落酸（ABA）浓度显著上升。褪黑素和 TiO₂ NPs 处理可增加 IAA 和 GA₃浓度，降低 ABA 含量，40 mM TiO₂ NPs 处理效果最突出。
• 大量营养素浓度：盐胁迫使蚕豆地上部分磷（P）、氮（N）、钾（K⁺）浓度显著下降，钠（Na⁺）水平上升。褪黑素和 TiO₂ NPs 处理可增加 P、N、K 浓度，降低 Na 水平，40 mM TiO₂ NPs 处理效果显著。
• 基因表达：与盐胁迫植株相比，经褪黑素和 TiO₂ NPs 处理的蚕豆，其 CAT、GR、FeSOD 和 Cu - ZnSOD 基因的相对表达水平显著增加，40 mM TiO₂ NPs 处理对基因表达的提升作用明显。
• 热图皮尔逊相关性：生长参数与光合特性、矿质含量呈强正相关，与 ROS 产生、酚类、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸、非抗氧化剂和抗氧化酶呈强负相关。

研究结论和讨论部分指出，本研究表明褪黑素和 TiO₂纳米颗粒处理是缓解蚕豆盐胁迫的有效策略。它们通过多种机制发挥作用，如调节离子平衡、增强抗氧化防御系统、促进光合作用等。其中，40 mM TiO₂ NPs 处理在减轻盐胁迫负面影响、改善蚕豆生长和生理生化特性方面效果最佳，这为农业生产中合理利用低质量水灌溉提供了科学依据。该研究成果为优化蚕豆种植的农业实践提供了重要参考，有望在实际生产中提高蚕豆产量和品质，对保障粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。