《Plant Physiology and Biochemistry》：Combined application of zinc oxide nanoparticles and melatonin improves growth, photosynthesis and redox homeostasis of cotton seedlings under salt stress
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本研究针对盐胁迫严重制约棉花生产的全球性问题，创新性地探讨了叶面喷施氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）和褪黑素（MT）的协同效应。研究人员通过系统实验发现，100 mg L-1ZnO NPs与50 mg L-1MT联合应用能显著缓解200 mM NaCl胁迫对棉花幼苗生长的抑制，通过增强渗透调节（脯氨酸、可溶性糖积累）、改善光合性能（提高Pn、Gs、Tr）、优化抗氧化系统（提升SOD、CAT活性）及调控细胞壁组分（降低果胶含量）等多维度生理响应，重建植株生理韧性，为盐碱地作物稳产提供了高效策略。
随着全球土壤盐渍化日益加剧，至2050年近一半耕地可能面临盐碱化威胁，这对农业生产可持续性构成了严峻挑战。棉花作为重要经济作物，虽然具有一定耐盐性，但高浓度盐分仍会显著抑制其生长和产量。在盐胁迫环境下，棉花幼苗面临着一系列生理挑战：细胞失水导致叶片萎蔫，光合作用受阻造成能量短缺，活性氧爆发引发氧化损伤，细胞壁硬化限制叶片扩张。传统单一缓解措施往往难以全方位解决这些复合型生理障碍。
为解决这一难题，中国农业大学的研究团队在《Plant Physiology and Biochemistry》上发表了一项创新性研究，探讨了氧化锌纳米颗粒与褪黑素联合应用对棉花幼苗盐胁迫的协同缓解效应。研究人员设计了三阶段实验：首先通过发芽试验筛选出最佳浓度组合（100 mg L-1ZnO NPs + 50 mg L-1MT），随后在验证实验中证实该组合能显著促进盐胁迫下第三片真叶的萌发，最后通过系统的生理生化分析阐明其作用机制。
关键技术方法包括：使用便携式光合仪测定气体交换参数，通过压力室法测定叶片水势，采用比色法测定渗透调节物质、抗氧化酶活性和细胞壁组分，以及标准化生物量测定方法。
3.1. ZnO NPs和MT对盐胁迫下生长和形态发育的影响
盐胁迫显著抑制了棉花幼苗的生长，表现为叶片面积、鲜重和干重降低，第三片真叶萌发受阻。而ZnO NPs+MT处理使第一片真叶的叶面积、鲜重和干重分别增加1.60、1.61和1.63倍，第二片真叶的这些参数增加更为显著。同时，该处理还促进了根、茎生物量和株高的恢复，成功诱导了第三片真叶的萌发。
3.2. ZnO NPs和MT协同调控渗透调节和叶片水分状况
盐胁迫下，棉花幼苗通过积累脯氨酸（PRO）、可溶性糖（SS）和可溶性蛋白（SP）进行渗透调节，但叶片水势和相对含水量仍显著下降。ZnO NPs+MT处理进一步提高了PRO和SS含量，显著恢复中午叶片水势和相对含水量，表明其通过增强渗透调节能力改善了植株水分状况。
3.3. 气体交换和光合色素对ZnO NPs和MT联合应用的响应
盐胁迫导致蒸腾速率、净光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度显著降低，叶绿素含量下降。ZnO NPs+MT处理使这些气体交换参数大幅恢复，叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量显著增加，说明其通过缓解气孔限制和保护光合色素维持了光合功能。
3.4. 氧化应激的缓解和抗氧化防御系统的调节
盐胁迫诱导超氧阴离子、过氧化氢和丙二醛积累，表明氧化损伤加剧。ZnO NPs+MT处理显著降低了这些氧化指标，同时上调了超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性，维持了谷胱甘肽水平，通过协同调节酶性和非酶性抗氧化系统实现了氧化还原稳态的重建。
3.5. ZnO NPs和MT对细胞壁组分的调节和结构适应
盐胁迫增加了果胶和纤维素含量，降低了半纤维素含量，导致细胞壁刚性增强。ZnO NPs+MT处理显著降低了果胶含量，提高了半纤维素含量，优化了细胞壁柔韧性，为叶片扩张提供了物理支持。
研究结论表明，ZnO NPs和MT通过多维度协同作用重建了棉花幼苗的生理韧性：渗透调节方面通过诱导脯氨酸和可溶性糖积累维持细胞膨压；光合保护方面通过稳定叶绿素水平和缓解气孔限制提高碳同化效率；抗氧化防御方面通过整合酶性和非酶性系统实现活性氧高效清除；细胞壁重塑方面通过下调果胶含量增强细胞壁柔韧性。这种多靶点调控策略为作物盐胁迫管理提供了新思路，特别是在盐碱地农业可持续发展方面具有重要应用价值。值得注意的是，该研究首次系统揭示了ZnO NPs与MT在调节棉花细胞壁动力学方面的协同效应，为理解植物盐适应机制提供了新视角。未来需通过田间试验进一步验证该策略的环境安全性和经济可行性，以推动其实际应用。
