叶面TiO2-NPs预处理对UV-B胁迫下小麦幼苗生长抑制的缓解效应

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2025.04.011

摘要/Abstract

摘要：

为了揭示叶面TiO₂-NPs（二氧化钛纳米颗粒）预处理对UV-B胁迫下小麦幼苗生长抑制的缓解效应，以小麦（Triticum aestivum）为研究材料，在细胞水平、生理生化水平和基因水平综合研究UV-B胁迫和叶面TiO₂-NPs预处理下小麦幼苗有丝分裂、DNA损伤、抗氧化酶系统和抗氧化相关基因表达特征。结果表明：叶面10 mg∙L^-1 TiO₂-NPs预处理可以显著缓解低剂量（5.04 kJ∙m^-2）和高剂量（10.08 kJ∙m^-2）UV-B胁迫对小麦幼苗生长的抑制作用。低剂量和高剂量UV-B胁迫下，叶面TiO₂-NPs预处理小麦幼苗的株高比对照分别增加44.71%和127.43%，根长分别增加38.92%和159.10%，植株鲜质量分别增加50.03%和78.67%，干质量分别增加37.33%和126.84%。在低剂量和高剂量UV-B胁迫下，叶面TiO₂-NPs预处理的小麦根尖细胞有丝分裂异常比例仅为对照的39.57%和28.63%，细胞内部嘧啶二聚体（CPDs）含量也较对照组分别降低了60.43%和48.81%。抗氧化系统相关试验结果显示，在低剂量和高剂量UV-B胁迫下，叶面TiO₂-NPs预处理小麦叶片黄酮醇含量分别是对照的1.44倍和1.53倍，黄酮醇合成基因（CHS和CHI）和超氧化物歧化酶基因SOD的表达显著上调，提高了植物活性氧（ROS）清除能力。综上，叶面10 mg∙L^-1 TiO₂-NPs预处理可以显著增强小麦幼苗抗氧化系统活性，减少ROS对植物的损伤效应，提高植物对UV-B胁迫的耐受性。

关键词: 小麦, UV-B胁迫, 二氧化钛纳米颗粒, 抗氧化酶活性, 抗逆性

Abstract:

The aim of this study was to reveal the alleviating effect of foliar pretreatment with TiO₂-NPs （titanium dioxide nanoparticles） on the growth of wheat seedlings under UV-B stress. Using T.aestivum as material， the effects of leaf TiO₂-NPs pretreatment on mitosis， DNA damage， antioxidant enzyme system， and antioxidant-related genes in the alleviation of UV-B stress were comprehensively studied at the cellular， physiological， biochemical， and genetic levels. The results showed that 10 mg⋅L^-1 TiO₂-NPs foliar pretreatment significantly alleviated the inhibition of wheat seedling growth under low-（5.04 kJ⋅m^-2） and high-dose（10.08 kJ⋅m^-2） UV-B stress conditions. After UV-B stress， plant height of TiO₂-NPs-treated wheat seedlings increased by 44.71% and 127.43%， root length increased by 38.92% and 159.10%， fresh weight increased by 50.03% and 78.67%， and dry weight increased by 37.33% and 126.84%， respectively. The proportion of mitotic abnormalities in root tip cells of TiO₂-NPs pre-treated wheat seedlings was only 39.57% and 28.63% under low and high doses of UV-B stress， respectively， and the CPDs content in cells decreased by 60.43% and 48.81%， respectively， compared with the control group. TiO₂-NPs foliar pretreatment increased the flavonol content by 1.44 times and 1.53 times under low- and high-dose UV-B stress， respectively， significantly increased the expression of flavonol synthesis genes（CHS and CHI） and SOD， and improved the ROS scavenging ability of wheat seedlings. In conclusion， foliar pretreatment with 10 mg⋅L^-1 TiO₂-NPs significantly improved the activity of plant antioxidant system， reduced the ROS-caused damage on wheat plants， and improved the tolerance of plants to UV-B stress.

Key words: Triticum aestivum, UV-B stress, TiO₂-NPs, antioxidant enzyme activity, stress resistance

中图分类号:

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基因 Gene	正向引物 Forward primer	反向引物 Reverse primer
查尔酮合成酶 CHS	AAGATCACCAAGAGCGACCACAT	AGGATCTCCTCHGTNAGGTGC
查尔酮异构酶 CHI	CGGCGAGTTCGAGAAGTTCAC	TTCCAGTAGGCGACGCAGTT
超氧化物歧化酶 SOD	CAGGACCCTCTTGTGACCAAAG	CCAGTTCACCACCTTCCAGATG
过氧化物酶 POD	ACTTCCACGACTGCTTTGTCCA	CATATACTCTCCAGCTGGGTCTTG
肌动蛋白 ACTIN	GCCAACAGGGAGAAGATGACA	CATAGATTGGGACTGTGTGACTGAC

处理组 Treatment	细胞总数 Total number of cells observed	分裂期细胞总数 Total number of dividing cells	异常分裂细胞总数 Total number of aberration cells	异常分裂比例 Aberration percentage/%
T	2 730	121	0	0^e
C	3 215	147	0	0^e
LT	2 964	134	7	5.31±1.23^d
L	2 430	128	16	13.42±2.35^b
HT	2 624	137	14	9.84±1.62^c
H	2 507	118	27	34.37±5.28^a

叶面TiO₂-NPs预处理对UV-B胁迫下小麦幼苗生长抑制的缓解效应

Alleviative Effects of Foliar TiO₂-NPs Pretreatment on Wheat Seedling Growth under UV-B Stress

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