纳米硅外源处理增强番茄幼苗低温耐受性的机制研究

低温胁迫严重影响番茄等喜温作物的生长发育，研究人员通过比较离子硅(Ion-Si)和纳米硅颗粒(SiNPs)处理对番茄幼苗低温耐受性的影响，发现SiNPs能更有效降低MDA和ROS水平，提高叶绿素含量、净光合速率及生物量，并通过调控糖代谢关键酶(SS/SPS)活性和激活抗氧化基因(SOD/POD/CAT)表达增强植物抗寒性，为利用纳米材料提高作物抗逆性提供了新策略。

　　

全球气候变化导致的低温灾害频发，严重威胁着番茄等喜温作物的生产。低温(LT)会引发叶片紫化、光合抑制、膜系统损伤等一系列生理紊乱，造成作物减产。传统离子硅(Ion-Si)处理虽能缓解部分低温伤害，但效果有限。山西农业大学园艺学院的研究团队在《Plant Nano Biology》发表创新性研究，通过系统比较纳米硅颗粒(SiNPs)与离子硅对番茄幼苗低温耐受性的调控差异，揭示了纳米材料在农业抗逆领域的独特优势。

研究采用生理生化测定结合转录组分析技术，对"中杂9号"番茄幼苗进行15/6℃低温处理，测定生长指标、光合参数、抗氧化酶活性及矿质元素含量，并通过RNA-seq解析关键基因表达模式。

3.1 纳米硅促进低温下番茄幼苗生长

表型分析显示SiNPs处理使低温胁迫下的番茄幼苗生物量提升26.5%，显著优于离子硅。根系Evans blue染色证实SiNPs能更好维持膜完整性，根活性吸收面积增加102%。

3.2 光合系统的纳米级保护

SiNPs处理使低温胁迫下的叶绿素(a+b)含量提高46.7%，净光合速率(Pn)提升21%。荧光参数显示其通过上调LHCA4等光捕获蛋白基因，将PSII量子效率(ΦPSII)提高11.3%。

3.3 氧化应激的纳米级防御

SiNPs使超氧阴离子(O₂^·-)含量降低35%，MDA减少28.5%。转录组发现其特异性激活Cu/Zn-SOD和POD58基因，CAT活性比离子硅处理高18.8%。

3.5 营养吸收的纳米级增效

SiNPs使植株硅积累量提升265%，并促进N、P、K等元素吸收，其中根部Zn²⁺含量增加32.8%，K⁺/Na⁺比提高41%。

3.6 糖代谢重编程

SiNPs通过上调SPS活性55.7%促进蔗糖合成，同时抑制酸性转化酶(AI)活性，使叶片淀粉含量增加13.2%。

3.7 分子机制解析

KEGG分析揭示SiNPs独特激活维生素B6合成通路，并显著调控POR(叶绿素合成酶)和CBF3(冷响应转录因子)等关键基因。

该研究首次阐明SiNPs通过"物理防护-生理调控-基因激活"三级网络增强番茄低温耐受性：纳米颗粒表面硅化层直接保护细胞膜；增强光合电子传递链(ETC)稳定性；协同激活抗氧化酶系统和糖代谢通路。相比传统离子硅，SiNPs具有更强的组织渗透性和持续释放特性，为发展新型纳米农业制剂提供了理论依据，对保障设施农业安全生产具有重要意义。