关于干旱胁迫下水稻（Oryza sativa）生理、生化及代谢物特征的机制性研究：二氧化硅纳米颗粒处理的战略应对机制

《Journal of Plant Growth Regulation》：Mechanistic Insights on Physiological, Biochemical, and Metabolite Profiling of Oryza Sativa Grown Under Drought Stress: A Strategic Coping Mechanism of Silicon Oxide Nanoparticles Treatment

本研究通过施加不同浓度的二氧化硅纳米颗粒（SiO?-NPs）处理水稻，探讨其在干旱胁迫下的生理响应机制，结果表明SiO?-NPs可显著提升水稻生长指标、抗氧化酶活性及营养元素含量，降低氧化损伤标志物水平，为水稻抗旱提供了新策略。

　　

摘要

气候变化导致干旱发生的频率增加，对农作物产量构成了严重威胁，尤其是对像水稻（Oryza sativa）这样的耐旱性较差的物种。干旱胁迫会不利地影响植物的生理和生化功能，最终导致产量下降。本研究旨在填补关于有效缓解干旱损害和提高水稻产量的方法的知识空白。我们假设施用二氧化硅纳米颗粒（SiO₂-NPs）可以通过影响水稻的生理和生化反应来增强其耐旱性。为了验证这一假设，采用完全随机设计（CRD）并在四个重复实验中，将水稻植株分别培养在水分充足和干旱条件下（干旱条件为20%的聚乙二醇（PEG；MW 6000）中。研究结果表明，施用不同浓度的SiO₂-NPs（50 mg/L、100 mg/L和200 mg/L）显著促进了水稻的生长，并改善了关键的生理和生化指标，如蛋白质含量、光合速率、气孔导度、叶绿素含量和抗氧化活性。此外，50 mg/L、100 mg/L和200 mg/L浓度的SiO₂-NPs分别使Fv/Fm比值提高了29%、22%和16%。在干旱胁迫下，几种关键抗氧化酶的活性也得到了显著提升：超氧化物歧化酶（SOD）提高了41%、35%和33%，过氧化氢酶（CAT）提高了38%、33%和31%，过氧化物酶（POD）提高了47%、41%和37%，脯氨酸含量分别提高了29%、26%和24%。此外，与对照组相比，SiO₂-NPs（50 mg/L、100 mg/L和200 mg/L）通过降低过氧化氢（H₂O₂）水平28%、21%和15%，以及丙二醛（MDA）水平31%、23%和18%，减轻了干旱引起的氧化应激。同时，SiO₂-NPs还增加了总游离氨基酸（TFAA）和总可溶性糖（TSS）的含量，以及氮（N）、磷（P）和钾（K）的含量。研究结果表明，不同浓度的SiO₂-NPs（50 mg/L、100 mg/L和200 mg/L）能够提高植物的抗旱性并减轻干旱胁迫的负面影响。关于施用SiO₂-NPs后的水稻在收获后的表现及其生殖阶段的特性，还需要进一步研究。

气候变化导致干旱发生的频率增加，对农作物产量构成了严重威胁，尤其是对像水稻（Oryza sativa）这样的耐旱性较差的物种。干旱胁迫会不利地影响植物的生理和生化功能，最终导致产量下降。本研究旨在填补关于有效缓解干旱损害和提高水稻产量的方法的知识空白。我们假设施用二氧化硅纳米颗粒（SiO₂-NPs）可以通过影响水稻的生理和生化反应来增强其耐旱性。为了验证这一假设，采用完全随机设计（CRD）并在四个重复实验中，将水稻植株分别培养在水分充足和干旱条件下（干旱条件为20%的聚乙二醇（PEG；MW 6000）中。研究结果表明，施用不同浓度的SiO₂-NPs（50 mg/L、100 mg/L和200 mg/L）显著促进了水稻的生长，并改善了关键的生理和生化指标，如蛋白质含量、光合速率、气孔导度、叶绿素含量和抗氧化活性。此外，50 mg/L、100 mg/L和200 mg/L浓度的SiO₂-NPs分别使Fv/Fm比值提高了29%、22%和16%。在干旱胁迫下，几种关键抗氧化酶的活性也得到了显著提升：超氧化物歧化酶（SOD）提高了41%、35%和33%，过氧化氢酶（CAT）提高了38%、33%和31%，过氧化物酶（POD）提高了47%、41%和37%，脯氨酸含量分别提高了29%、26%和24%。此外，SiO₂-NPs（50 mg/L、100 mg/L和200 mg/L）通过降低过氧化氢（H₂O₂）水平28%、21%和15%，以及丙二醛（MDA）水平31%、23%和18%，减轻了干旱引起的氧化应激。同时，SiO₂-NPs还增加了总游离氨基酸（TFAA）和总可溶性糖（TSS）的含量，以及氮（N）、磷（P）和钾（K）的含量。研究结果表明，不同浓度的SiO₂-NPs（50 mg/L、100 mg/L和200 mg/L）能够提高植物的抗旱性并减轻干旱胁迫的负面影响。关于施用SiO₂-NPs后的水稻在收获后的表现及其生殖阶段的特性，还需要进一步研究。