稻壳生物炭与纳米氧化铁协同提升干旱胁迫下荞麦生理生化特性及产量

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【字体：大中小】 时间：2025年03月07日 来源：Scientific Reports 3.8

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　　为缓解干旱对荞麦的损害，研究人员探究 NPs 和稻壳生物炭的作用，发现二者可提升产量及相关特性。

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　　# 稻壳生物炭与纳米氧化铁协同助力荞麦抗旱增产
在全球气候变化的大背景下，干旱成为了农业生产的一大劲敌，频繁发生的干旱天气对农作物的产量造成了严重影响。荞麦作为一种具有丰富营养价值、经济价值和药用价值的作物，却对干旱十分敏感。普通荞麦（Fagopyrum esculentum）在干旱胁迫下，其生理和生化过程会受到负面影响，导致产量大幅下降。如何减轻干旱对荞麦的伤害，提高其在干旱环境中的产量，成为了亟待解决的问题。

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为了找到有效的应对策略，来自孟加拉国 Gazipur 农业大学、美国怀俄明大学、巴基斯坦伊斯兰堡大学等多个研究机构的研究人员展开了一项深入研究。他们将研究成果发表在了《Scientific Reports》上，为荞麦种植在干旱环境下的发展带来了新的希望。

研究人员采用了一系列关键技术方法来开展研究。实验在半控制乙烯基温室中进行，土壤为 pH 值 6.31 的砂壤土。实验设置了两个因素，因素 A 为水的供应情况，分为充分浇水（80% 的田间持水量，FC）和干旱（40% 的 FC）两种条件；因素 B 为四种处理方式，分别是对照组（不做处理）、施加 50g/kg 稻壳生物炭（BC）、叶面喷施 400ppm 浓度的纳米粒子（ NPs）以及二者结合（ NPs），实验采用完全随机设计（CRD），并设置 3 次重复。研究过程中，对荞麦的多项生理生化参数及产量相关数据进行测定，如相对含水量（RWC）、光合速率、气孔导度等，并运用方差分析（ANOVA）和主成分分析（PCA）等统计方法对数据进行分析。

研究结果

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水分关系特性：研究发现，干旱胁迫显著降低了荞麦叶片的相对含水量，同时增加了水分饱和亏缺和水分利用效率。而施加 BC、 NPs 以及二者结合的处理，均显著改善了水分关系特性。与未处理的干旱植株相比， NPs 处理使相对含水量提高了 22.37%，水分饱和亏缺降低了 47.09%，水分利用效率降低了 22.85%，表明该处理在改善水分关系方面效果最佳。
光合作用相关指标：干旱胁迫导致荞麦的光合速率、蒸腾速率和气孔导度下降，胞间浓度升高。但单独或组合施加 NPs 和稻壳生物炭后，这些指标均有所改善。其中， NPs 处理使光合速率比未处理的干旱植株提高了 17.11%，气孔导度和蒸腾速率也有显著增加，分别提高了 38.89% 和 51.63%。
叶绿素含量：干旱会破坏荞麦的光合机构，降低叶绿素含量。而 NPs 和生物炭的应用显著提高了叶绿素 a、叶绿素 b 和总叶绿素的含量。与未处理的干旱植株相比， NPs 处理使总叶绿素含量提高了 43.05%，表明二者结合能有效促进叶绿素的合成，增强光合作用。
膜稳定性、丙二醛和脯氨酸含量：干旱胁迫降低了荞麦的膜稳定性，增加了丙二醛（MDA）含量，而施加 NPs 和生物炭可提高膜稳定性，降低 MDA 含量。同时，干旱胁迫下脯氨酸积累增加， NPs 和生物炭的处理进一步促进了脯氨酸的积累。其中， NPs 处理使膜稳定性指数提高了 16.07%，MDA 含量降低了 38.19%，脯氨酸含量增加了 43.75% 。
总糖含量、过氧化氢含量和总抗氧化含量：干旱使荞麦叶片的总糖含量降低，而 NPs 和生物炭的处理使其增加， NPs 处理效果最为显著，比对照组增加了 68%。此外， NPs 和生物炭的应用还降低了过氧化氢（）含量，提高了总抗氧化含量， NPs 处理分别使含量降低了 31.09%，总抗氧化含量提高了 8.59%。
产量及产量构成因素：干旱显著降低了荞麦的产量，而 NPs 和稻壳生物炭单独或组合处理均显著提高了荞麦的产量及产量构成部分。 NPs 处理效果最佳，与未处理的干旱植株相比，该处理使每株粒数增加了 11.99%，千粒重增加了 43.44%，单株产量增加了 50.87%。
相关性分析和主成分分析：通过皮尔逊相关系数分析和主成分分析（PCA）发现，相对含水量、光合速率等多个指标与产量呈正相关，而胞间、MDA 等与产量呈负相关。PCA 结果显示， NPs 处理在改善荞麦生理生化特性和提高产量方面具有显著的积极作用。

研究结论与意义

综合以上研究结果，稻壳生物炭和 NPs 的应用显著提高了普通荞麦的生理生化过程、籽粒产量和干旱胁迫耐受性。在干旱胁迫下，经 400ppm 的 NPs 和稻壳生物炭处理的荞麦植株，展现出更优的生理和生化特性，二者产生了协同效应，最终提高了荞麦产量。其中，土壤添加稻壳生物炭并结合 400ppm 的 NPs 处理，是减轻干旱胁迫对荞麦影响的最有效方法。这一研究为在水资源有限的环境中提高荞麦产量提供了可行的策略，在气候变化背景下，对于实现可持续农业实践具有重要意义。同时，研究人员也指出，未来还需进一步探究生物炭和 NPs 在荞麦栽培中发挥有益互补作用的分子机制，为荞麦种植的发展提供更深入的理论支持。