《Plant Nano Biology》：Stomatal geometric remodeling and stress alleviation in grapevines treated with chitosan–arginine nanoparticles under Salinity
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本研究针对盐渍化土壤严重影响葡萄生长和产量的农业难题，探讨了壳聚糖-精氨酸纳米颗粒(CTS-Arg NPs)作为新型纳米增效策略的应用潜力。研究人员通过在盐胁迫条件下（0、50、100 mM NaCl）应用CTS-Arg NPs等处理，发现1 mM CTS-Arg NPs能显著改善葡萄藤的生理特性，减轻盐害损伤，并诱导气孔形态从圆形向椭圆形转变，重塑气孔几何结构以提升生理效率。该研究为利用纳米技术增强葡萄耐盐性提供了有效策略，具有重要的理论和应用价值。
土壤盐渍化是全球农业面临的严峻挑战，它能显著降低作物生产力，损害其生理功能、营养平衡和细胞完整性。葡萄作为一种在世界范围内拥有超过10,000个品种的重要经济作物，其生长和产量也深受盐害困扰。为了应对这一难题，科学家们不断探索新的缓解策略。传统的壳聚糖和精氨酸在缓解非生物胁迫方面展现出有益特性，但如何进一步提升其效果？农业纳米技术为此提供了新思路。通过将精氨酸锚定在壳聚糖纳米颗粒上，能否构建一种更高效的纳米递送系统，从而增强葡萄对盐胁迫的耐受性呢？一项发表在《Plant Nano Biology》上的研究，为我们揭晓了答案。
该研究主要运用了纳米材料合成与表征技术（包括SEM、TEM、XRD、DLS和EDX分析以确认CTS-Arg NPs的成功合成与理化性质）、植物生理生化指标测定（如叶绿素、荧光参数、SPAD值、电解质渗漏、丙二醛、过氧化氢、脯氨酸、抗氧化酶活性及离子含量分析）以及先进的生物成像与几何形态计量学方法（利用荧光显微镜、Z-stack成像和ImageJ、TpsDig、PAST等软件进行气孔密度测定和几何形态分析），对来自伊朗西北部认证苗圃的三年生‘苏丹娜’葡萄幼苗进行了系统研究。
3.1. CTS-Arg NPs的表征
通过EDX、SEM、XRD和DLS分析证实，成功合成了精氨酸均匀整合的壳聚糖纳米颗粒(CTS-Arg NPs)。该纳米颗粒呈聚集的球状，表面粗糙多孔，平均流体动力学直径约为105 nm，且结晶度降低，呈无定形特征，为其增强的生理性能提供了理化基础。
3.2. 叶绿素a、b、总叶绿素和类胡萝卜素含量
盐胁迫显著降低了葡萄叶片的光合色素含量。而CTS-Arg NPs处理，特别是在1 mM浓度下，能有效缓解这种下降，在盐胁迫和对照条件下均表现最佳，其作用归因于纳米尺寸增强了精氨酸作为氮源和壳聚糖载体效应的协同。
3.3. 叶绿素荧光参数
盐胁迫使反映光系统II效率的Fv/Fm和Fv/Fo比值显著降低。CTS-Arg NPs处理提高了这些参数，表明其改善了光系统II的光化学活性和电子传递效率，可能通过提升光能利用效率来介导。
3.4. SPAD值
盐胁迫降低了叶片SPAD值（叶绿素相对含量）。在对照条件下，CTS-Arg NPs处理显著提高了SPAD值，可能通过激活叶绿素生物合成途径并抑制其降解酶活性来实现。
3.5. 电解质渗漏(EL)
盐胁迫导致细胞膜损伤，EL值增加。CTS-Arg NPs处理，尤其是1 mM浓度，能显著降低盐胁迫下的EL值，效果优于其他处理，表明其能有效维持细胞膜完整性。
3.6. MDA和H2O2含量
盐胁迫增加了氧化应激标志物丙二醛(MDA)和过氧化氢(H2O2)的含量。CTS-Arg NPs处理显著降低了盐胁迫下这两种物质的积累，表明其能有效减轻脂质过氧化和氧化损伤，可能与激活多胺和NO信号通路以增强ROS清除有关。
3.7. 脯氨酸含量
盐胁迫诱导了渗透调节物质脯氨酸的积累。所有处理，尤其是CTS-Arg NPs，进一步提高了脯氨酸含量，这有助于细胞渗透调节和保护，是其胁迫耐受机制的一部分。
3.8. 甘氨酸甜菜碱(GB)含量
盐胁迫增加了GB含量，但各处理对其无显著影响。GB作为一种渗透保护剂，其积累是植物应对盐胁迫的自发反应。
3.9. 苯丙氨酸解氨酶(PAL)、总酚、花青素和类黄酮含量
盐胁迫提高了PAL活性及酚类、花青素、类黄酮等抗氧化物质的含量。CTS-Arg NPs处理进一步增强了这些指标，特别是在1 mM浓度下，表明其能有效激发植物的苯丙烷代谢途径，强化非酶促抗氧化防御系统。
3.10. 总蛋白含量
盐胁迫降低了叶片总蛋白含量。CTS-Arg NPs处理逆转了这一趋势，提高了蛋白质水平，可能通过上调胁迫响应基因和改善抗氧化酶活性来实现。
3.11. 总抗氧化能力
盐胁迫提高了植株的总抗氧化能力(DPPH法)。CTS-Arg NPs处理进一步增强了这种能力，凸显了其在提升植株整体抗氧化状态方面的卓越效果。
3.12. 超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、愈创木酚过氧化物酶(GPX)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性
盐胁迫激活了SOD、CAT、GPX、APX等关键抗氧化酶的活性。CTS-Arg NPs处理，尤其是1 mM浓度，能进一步显著提升这些酶的活性，表明其通过增强酶促抗氧化系统来有效清除活性氧。
3.13. Na、K、P含量
盐胁迫导致叶片钠(Na)离子积累，钾(K)和磷(P)含量下降，离子平衡被打破。CTS-Arg NPs处理能有效降低Na含量，提高K含量，有助于维持较高的K+/Na+比，这对植物耐盐性至关重要。
3.14. CTS-Arg NPs对气孔密度的影响
盐胁迫增加了气孔密度。CTS-Arg NPs处理进一步提高了气孔密度，尤其在50 mM盐度并施用1 mM CTS-Arg NPs时达到最高，这可能与纳米颗粒调节气孔发育有关。
3.15. 气孔的几何形态特征
几何形态计量学分析揭示了关键发现：盐胁迫促使气孔形态趋向圆形，而CTS-Arg NPs处理则诱导气孔形态向椭圆形显著转变。这种从“圆形”到“椭圆形”的气孔几何重塑，与改善的生理效率（如更高的光合色素含量和抗氧化能力）相关联，表明CTS-Arg NPs不仅能缓解胁迫损伤，还能主动优化气孔形态以增强功能。
本研究得出结论，精氨酸锚定的壳聚糖纳米颗粒(CTS-Arg NPs)在缓解葡萄盐胁迫方面表现出卓越功效。与单纯的壳聚糖、精氨酸及其非纳米混合物相比，CTS-Arg NPs能更有效地改善光合作用、增强抗氧化防御、调节离子稳态、并诱导气孔发生从圆形到椭圆形的有益几何重塑。这种形态变化与生理功能的提升直接相关，揭示了气孔形态可塑性在胁迫适应中的重要作用。该研究首次报道了利用CTS-Arg NPs通过气孔几何学方法缓解葡萄盐胁迫，为开发新型纳米增效农业投入品、提高作物在非生物胁迫环境下的生产力提供了创新思路和坚实的实验依据。
