以南京林业大学为第一单位的论文《Application of oxide nanoparticles mitigates the salt-induced effects on photosynthesis and reduces salt injury in Cyclocarya paliurus》在线发表于国际知名期刊《Science of the Total Environment》。南京林业大学张子洁博士为第一作者，南京林业大学方升佐教授（青钱柳国家创新联盟理事长）为通讯作者。《Science of the Total Environment》为SCI收录期刊，2023-2024年影响因子8.5，中科院一区TOP。该论文受到国家自然科学基金项目(32071750)和江苏省重点研发计划项目(BE2019388)的资助。

一、文章亮点

1. 纳米颗粒调节盐胁迫下青钱柳的生长和光合作用；

2. 纳米颗粒通过调节光合相关基因的表达来缓解盐胁迫引起的损伤；

3. 纳米颗粒对青钱柳耐盐性的影响具有类型和剂量依赖性；

4. 纳米二氧化硅和二氧化锰在增强青钱柳耐盐性方面具有巨大潜力。

二、文章内容

青钱柳(Cyclocarya paliurus)常见于海拔420-2500 m的中国亚热带山区，是一种珍贵的多功能树种，其木材品质可与黑胡桃相媲美，叶片更是千百年来被广泛用作中药和保健茶，具有显著的降血糖、降血脂功效。自2013年青钱柳叶被列为国家新资源食品以来，其市场需求激增，导致天然林遭到过度采伐，而大力发展青钱柳人工林是缓解天然林破坏和满足叶片生产需求的最佳途径。然而，由于我国林地面积的限制，人工林往往需要在盐碱化、干旱等贫瘠土壤建立。因此，寻找一种高效、环保的方法来提高青钱柳的耐盐性，对于提高青钱柳人工林生产力和实现产业化发展至关重要。

纳米颗粒（NPs）作为一种新型材料被认为是潜在的植物生长促进剂。大量研究表明外源施用纳米肥料已被证明在提升农作物抗逆性方面展现出很大潜力。然而，不同纳米颗粒如何影响木本植物的耐盐性及其调控分子机制仍不清楚。本研究通过叶面喷施盆栽实验，设置一种盐浓度（0.4%）和三种不同浓度的氧化物纳米颗粒，包括氧化锌纳米颗粒（ZnO-NPs；0、50和100 mg L^-1)、二氧化硅纳米颗粒 (SiO₂-NPs；0、300和500 mg L^-1) 和二氧化锰纳米颗粒 (MnO₂-NPs；0、30和50 mg L^-1)，以探究其对盐胁迫下青钱柳生长、光合作用和基因表达的影响。我们假设：1）纳米颗粒对青钱柳耐盐性的影响具有类型和剂量依赖性；2）纳米颗粒的施用可能通过调节盐胁迫下相关基因的表达来缓解盐害损伤。据我们所知，这是首次比较氧化锌、二氧化硅和二氧化锰纳米颗粒对木本植物耐盐性影响的研究，也是首次揭示其在木本植物中的分子调控机制。本研究结果将有助于深入理解氧化锌、二氧化硅和二氧化锰纳米颗粒对缓解植物耐盐性的机制，并为氧化锌、二氧化硅和二氧化锰纳米颗粒作为青钱柳栽培肥料的潜在应用提供理论支持。

注：图形摘要。DW, S, SZ1, SZ2, SM1, SM2, SS1 and SS2分别代表对照, 0.4% NaCl, 0.4% NaCl+50 mg L^-1 ZnO-NPs, 0.4% NaCl+100 mg L^-1 ZnO-NPs, 0.4% NaCl+300 mg L^-1 SiO₂-NPs, 0.4% NaCl+500 mg L^-1 SiO₂-NPs, 0.4% NaCl+30 mg L^-1 MnO₂-NPs 和 0.4% NaCl+50 mg L^-1 MnO₂-NPs。

三、研究结果

结果表明，氧化物纳米颗粒的施用可以改变青钱柳的耐盐性，但缓解效果因纳米颗粒的类型和施用剂量而异。叶面喷施较高浓度的SiO₂-NPs和MnO₂-NPs显著提高了青钱柳植株高度和光合作用速率，分别提高了52.0-59.5%，同时降低了盐害指数52.0-59.5%。转录组分析表明，与光合作用途径相关的基因对盐胁迫和纳米粒子施用均有明显的响应，而较高浓度的SiO₂-NPs和MnO₂-NPs的施用上调了50个与光合作用相关的基因的表达。加权基因共表达网络分析（WGCNA）表明，生理参数与基因表达模式之间存在密切关系，并鉴定了纳米粒子应用后与参与缓解盐胁迫的9个关键基因。我们的研究结果表明，纳米粒子对缓解青钱柳盐诱导损伤的影响取决于纳米粒子的类型和施用剂量。适当剂量的SiO₂-NPs和MnO₂-NPs的应用通过调节相关关键基因，对缓解盐胁迫下青钱柳的生长和光合系统的损伤具有巨大潜力。这些发现不仅为纳米颗粒对青钱柳耐盐性的调控机制提供了见解，而且为这些纳米颗粒在木本植物中的潜在应用提供了参考。

注：加权基因共表达网络分析（WGCNA）。（A）鉴定出的模块（上）和表达基因的聚类模式（下）；（B）每个模块的基因数量；（C） 热图可视化了生理指标与模块特征基因之间的相关系数。其中，SH、SII、Chl、Pn 和 ETR 分别代表苗高、盐伤指数、总叶绿素含量、净光合速率和电子传递速率；（D）显示了九个关键基因与每个模块之间的相关系数。红色和蓝色块分别表示正相关和负相关。

DOI：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.176333