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在全球范围内，干旱胁迫严重影响作物生长与产量。为探究纳米技术缓解苹果干旱胁迫的效果，研究人员以苹果‘红富士’/M9 为材料，研究CeO2 NPs 的作用。结果表明，CeO2 NPs 可改善苹果多项生理指标。这为提升苹果耐旱性提供了新途径。
在植物的生长旅程中，干旱就像一个可怕的 “拦路虎”，严重阻碍着全球农作物的茁壮成长和高产丰收。干旱会让植物的光合作用 “失灵”，碳固定和代谢过程也被打乱，能量产出大幅减少，产量自然也跟着下降。同时，干旱还会促使植物体内产生大量活性氧物种（ROS），这些 “捣乱分子” 会破坏细胞的正常功能，使植物面临氧化应激的威胁。在这样的困境下，如何帮助植物抵御干旱胁迫，成为了科研人员亟待攻克的难题。
为了解决这一棘手问题，来自伊朗伊斯兰阿扎德大学阿布尔分校和马拉盖赫大学的研究人员展开了深入研究。他们将目光聚焦在氧化铈纳米颗粒（CeO2 NPs）上，致力于探究其对苹果‘红富士’在 M9 砧木上干旱胁迫的缓解作用。经过一系列严谨的实验和分析，研究人员发现，CeO2 NPs 就像是植物的 “保护神”，在干旱胁迫下，能显著提升苹果幼苗的多项生理指标，增强其对干旱的抵抗能力。这一研究成果发表在《Scientific Reports》上，为农业生产中应对干旱胁迫提供了新的思路和方法。
在本次研究中，研究人员运用了多种技术方法。首先，他们精心培育苹果幼苗，为后续实验提供稳定材料。在测定各项指标时，利用了多种精确的测量技术，如用氟 ometer 测量叶绿素荧光参数，通过湿消化法结合原子吸收分光光度计等测定元素浓度。同时，采用实时荧光定量 PCR（RT-qPCR）技术来分析基因表达情况，以此全面探究CeO2 NPs 的作用机制。
研究结果如下：
- 叶绿素荧光：干旱胁迫降低了 Fm、Fv、Fv/Fm 和 ETR，增加了 Y (II)、Y (NO) 和 F0，而CeO2 NPs 的应用改善了这些荧光参数。在无胁迫且CeO2 NPs 浓度为 100 mg/L 时，Fv 含量最高；在 25% FC（田间持水量）胁迫且无CeO2 NPs 处理时，Fv 含量最低。这表明CeO2 NPs 有助于维持植物的光合作用效率，减少干旱对光合系统的损害。
- 叶绿素和类胡萝卜素：干旱胁迫导致光合色素减少，而CeO2 NPs 的使用使其得到改善。在严重干旱胁迫（FC 25%）下，叶绿素 a、b、总量和类胡萝卜素含量分别下降了 19.84%、19.97%、19.9% 和 59.78%。在对照和严重干旱胁迫下，CeO2 NPs 分别提高了总叶绿素和类胡萝卜素的含量。说明CeO2 NPs 能够保护光合色素，维持植物的光合能力。
- 叶片相对水分关系：CeO2 NPs 改善了不同胁迫水平下的相对水分关系。在最高胁迫水平下，50 和 100 mg/L 的CeO2 NPs 分别使相对含水量（RWC）提高了 51% 和 31%。这表明CeO2 NPs 有助于植物保持水分，增强其对干旱的耐受性。
- 元素含量：随着干旱胁迫增加，钾、镁、锰、锌和铁的浓度降低，而CeO2 NPs 的应用提高了这些元素的浓度。例如，在无胁迫下，100 mg/LCeO2 NPs 处理使根和茎中的钾含量达到最大值；在 25% FC 胁迫且无CeO2 NPs 处理时，钾含量最低。说明CeO2 NPs 能够调节植物体内的离子平衡，为植物生长提供必要的营养元素。
- 渗透调节物质和电解质渗漏：干旱胁迫下，脯氨酸含量增加，总可溶性蛋白浓度降低，电解质渗漏上升。CeO2 NPs 增强了细胞的稳定性，减少了电解质渗漏。在 25% FC 胁迫下，CeO2 NPs 使电解质渗漏降低了 53%。这表明CeO2 NPs 能够调节植物的渗透平衡，减轻干旱对细胞的损伤。
- 酚类和黄酮类物质：干旱胁迫下，CeO2 NPs 的应用增加了总酚和黄酮类物质的含量。在 50% FC 且 100 mg/LCeO2 NPs 处理下，酚类物质含量最高；在 25% FC 且 100 mg/LCeO2 NPs 处理下，黄酮类物质含量最高。这些物质在植物应对环境压力中发挥着重要作用。
- 抗氧化系统：干旱胁迫提高了抗氧化酶（CAT、APX、GPX 和 SOD）的活性，CeO2 NPs 进一步增强了这些酶的活性。在 25% FC 且 100 mg/LCeO2 NPs 处理下，CAT、APX、GPX 的活性达到峰值，SOD 活性在特定条件下也显著提高。说明CeO2 NPs 能够激活植物的抗氧化防御系统，帮助植物清除 ROS，减轻氧化应激。
- 脱落酸（ABA）、吲哚 - 3 - 乙酸（IAA）和赤霉素（GA3）含量：干旱胁迫下，ABA 和 IAA 含量增加，GA3 含量减少。CeO2 NPs 处理进一步提高了 ABA 和 IAA 的浓度。在 25% FC 且 100 mg/LCeO2 NPs 处理下，ABA 和 IAA 浓度达到最大值。这些植物激素在调节植物生长发育和应对干旱胁迫中起着关键作用。
- 基因表达：干旱胁迫下，DREB1A 和 DREB1E 基因的表达增加，CeO2 NPs 处理增强了这些基因的表达。在 25% FC 且 100 mg/LCeO2 NPs 处理下，DREB1A 和 DREB1E 基因的表达达到峰值。这些基因参与调节植物对干旱胁迫的响应，CeO2 NPs 可能通过调节这些基因的表达来增强植物的耐旱性。
研究结论和讨论部分指出，干旱胁迫对苹果‘红富士’/M9 植株产生了多方面的负面影响，如破坏离子稳态、降低光合色素含量、影响植物激素平衡等。而CeO2 NPs 在缓解干旱胁迫方面表现出显著的积极作用，它可以改善植物的生理特性，提高营养元素水平，调节基因表达和植物激素平衡。这一研究成果为苹果种植应对干旱胁迫提供了创新的方法，有望在农业生产中得到广泛应用。然而，目前的研究仅在温室条件下对苹果进行，未来还需要在更多植物物种以及田间条件下进行验证，以进一步评估CeO2 NPs 在实际农业生产中的有效性和安全性，为全球农业可持续发展提供更坚实的理论支持和实践指导。
