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本文发表于《Plant Growth Regulation》期刊，探讨了利用内生真菌（Aspergillus terreus）与蛋氨酸功能化羟基磷灰石纳米颗粒（Met-HANPs）协同作用，有效缓解由聚乙二醇（PEG）模拟的干旱胁迫对玉米（Zea mays L.）的影响。研究发现，该联合处理能显著改善玉米种子最终萌发率（FGP）、种子活力指数（SVI）、相对生长率（RGR）等农艺性状，并提升叶绿素、类胡萝卜素含量，同时增强超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APOX）等抗氧化酶活性及脯氨酸等渗透调节物质积累，为开发纳米-生物协同的作物抗旱技术提供了新策略。
本研究探讨了整合纳米技术与微生物共生以增强作物抗旱性的创新策略。干旱是限制全球玉米（Zea mays L.）生产力的主要非生物胁迫因素，尤其在干旱和半干旱地区。为应对这一挑战，研究团队合成并表征了蛋氨酸功能化羟基磷灰石纳米颗粒（Met-HANPs），并将其与从马铃薯（Solanum tuberosum L.）块茎中分离的内生真菌联合使用，评估其在聚乙二醇（PEG）诱导的渗透胁迫（0, -0.2, -0.4, -0.6 MPa）下对玉米的缓解效果。
材料与方法
实验于2024年2月在巴基斯坦白沙瓦大学植物学系的温室中进行。研究采用了完全随机区组设计，评估了不同渗透胁迫水平下，单独或联合施用蛋氨酸、羟基磷灰石（HAP）、Met-HANPs及内生真菌对玉米的影响。内生真菌通过ITS测序被鉴定为土曲霉（Aspergillus terreus）。Met-HANPs通过共沉淀法合成，并经X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDX）表征，证实其具有六方晶相，粒径在104–377 nm之间。实验测量了包括最终萌发率（FGP）、种子活力指数（SVI）、绝对生长率（AGR）、相对生长率（RGR）、作物生长率（CGR）在内的农艺性状，以及叶绿素、类胡萝卜素、脯氨酸含量和抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APOX）活性等生理生化指标。
结果
在纳米颗粒表征方面，XRD分析确认Met-HANPs保持了纯净的单相六方晶体结构，FTIR光谱显示羟基磷灰石的特征磷酸盐峰以及蛋氨酸相关的C=O和C-H基团，。SEM图像显示颗粒呈均匀的颗粒状，EDX光谱检测到钙、磷、氧等羟基磷灰石特征元素以及蛋氨酸带来的微量碳峰，。
在农艺性状方面，Met-HANPs，特别是与内生真菌联合使用时，显著提升了玉米在干旱胁迫下的表现。最终萌发率从胁迫对照（-0.6 MPa）的53%提高到Met-HANPs处理的96%，而Met-HANPs与内生真菌联合处理则达到98%。种子活力指数从480大幅提升至2295。生长指标如AGR、RGR和CGR在处理组中也显著更高。这表明纳米-生物协同处理有效改善了水分关系、萌发动力学和生长效率。
在生理生化响应方面，处理显著增强了光合色素含量。在-0.6 MPa胁迫下，叶绿素a含量在Met-HANPs与内生真菌联合处理中达到3.02 mg/g鲜重（FW），而对照仅为1.06 mg/g FW。作为关键胁迫标志物的脯氨酸含量从1.75 μmol/g FW上升到7.29 μmol/g FW。更重要的是，抗氧化酶系统被显著激活。在Met-HANPs与内生真菌联合处理下，SOD、POD、CAT和APOX的活性均显著高于胁迫对照组，。这共同表明，联合处理有效增强了玉米的氧化胁迫防御能力，维持了细胞氧化还原稳态。
讨论
研究结果与多项前人研究相互印证。干旱胁迫通过限制种子吸胀、扰乱脱落酸（ABA）与赤霉素（GA）的信号平衡、产生过量活性氧（ROS）导致膜脂过氧化等方式，严重抑制种子萌发和早期生长。本研究中，蛋氨酸作为外源氨基酸，可能通过提供碳氮源、促进蛋白质和酶（如α-淀粉酶）合成、增强抗氧化防御以及作为信号分子激活TOR等生长通路，来缓解胁迫并加速萌发。羟基磷灰石纳米颗粒（nHA）则作为缓释的磷（P）和钙（Ca）源，在根-土界面提高磷有效性，为ATP合成、能量代谢和细胞分裂提供支持；同时，钙离子有助于稳定细胞膜和细胞壁，并作为第二信使参与胁迫信号转导。
内生真菌（如土曲霉）的作用机制则更为多元。它们可能通过菌丝网络扩展根系吸收面积，直接协助水分吸收；通过调节宿主水通道蛋白表达和根系水力导度来改善水分关系；通过改变植物激素（如ABA）平衡来优化气孔调节；并通过诱导合成渗透调节物质（如脯氨酸）和增强抗氧化酶系统（SOD, CAT, POD, APOX）的活性来共同应对氧化损伤。
本研究的关键创新在于揭示了Met-HANPs与内生真菌的协同效应。纳米颗粒与真菌的结合可能产生了“1+1>2”的效果：纳米材料改善了营养供应和物理结构，而真菌则提供了生物刺激和系统抗性诱导。这种协同作用最终体现在种子萌发率、幼苗活力、光合能力、渗透调节和抗氧化防御系统的全面增强上，为玉米在干旱条件下的稳健生长提供了多重保障。
结论
总而言之，本研究证实，干旱胁迫严重阻碍了玉米的萌发和营养生长。单独使用蛋氨酸在轻度胁迫下有一定缓解作用，但在严重干旱下效果有限。相比之下，内生真菌的应用，特别是与蛋氨酸及Met-HANPs结合时，能显著改善水分胁迫下的萌发指标，维持植株水分含量，并促进更健康的根冠发育。这些处理不仅提升了水分保持能力，还通过增加叶绿素、类胡萝卜素含量和关键抗氧化酶活性，增强了植物的内在防御系统。这些发现强调，将有益真菌与纳米材料整合，可以显著增强玉米在水分胁迫下的恢复力。这种环境友好的协同策略，对于在气候多变性增加的背景下维持作物健康和稳定产量具有广阔前景。
