Selenium nanoparticles synthesized using the native Saudi Arabian succulent Aizoon canariense enhance salinity tolerance in maize and soybean
本研究表明，利用沙特阿拉伯本土肉质植物 *Aizoon canariense* 绿色合成的硒纳米颗粒通过协同渗透调节、离子调节、抗氧化防御和光合作用恢复，显著增强了玉米和大豆的耐盐性，其中 1.0 mg Se L⁻¹ 的浓度被证明最为有效。
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在世界的干旱和半干旱地区，土壤往往盐分过高。这不仅仅是土壤干燥的问题，而是一种化学失衡，使得植物难以饮水。当土壤中的水分过于咸涩时，植物很难将水分吸入根部，就像一个人试图饮用海水一样。随着盐分的积累，它会破坏植物精细的内部化学结构，用有毒离子取代必需的营养素，并破坏细胞内负责将阳光转化为食物的微小结构。对于像玉米和大豆这样对盐分耐受度仅为中等、但对全球粮食供应至关重要的作物而言，这种压力会导致生长迟缓、歉收，并使农田荒芜。长期以来，科学家们一直在寻找帮助这些植物在如此恶劣的条件下生存的方法，而不必诉诸昂贵的土壤处理或基因工程。
沙特阿拉伯的一个研究小组最近探索了一种不同的方法，转向自然界寻求解决方案。他们专注于一种特定类型的硒——这是一种植物可以利用极少量来增强防御能力的矿物质，但如果剂量过高则会变得有害。研究人员想知道，他们是否可以使用一种当地沙漠植物——一种名为 Aizoon canariense 的多肉植物——来创造一种特殊的、超细版本的这种矿物质。这种该地区的本土多肉植物以含有强大的天然抗氧化化合物而闻名。通过使用这种植物的提取物将一种常见的硒盐转化为纳米颗粒（极其微小的颗粒，其大小以十亿分之一米计），该团队希望创造出一种比标准化学形式更安全且更有效的处理方法。他们将这一想法应用于正在盐碱条件下生长的玉米和大豆，旨在观察这种“绿色制造”的处理方法是否能帮助作物更好地饮水、保持营养，并在压力下继续生长。
研究人员首先收集这种沙漠多肉植物，并将其叶片和茎部煮沸以制成液体提取物。他们将这种提取物与亚硒酸钠溶液（一种常见的硒形式）混合，并观察到混合物从淡黄色变为深砖红色。这种颜色的转变标志着植物提取物已成功将硒转化为纳米颗粒。随后，团队对这些新颗粒进行了仔细表征，确认它们尺寸均匀，并由植物的天然化合物包裹。准备好这种新处理剂后，他们在温室中设置了一个大型实验。他们在花盆中种植了玉米和大豆，并使它们承受不同程度的盐胁迫。一些植物未受盐胁服，一些受到中度盐胁迫，另一些则受到严重盐胁迫。在每个盐水平内，植物接受了不同剂量的这种新型硒纳米颗粒处理，范围从无到特定的 1.0 毫克/升。为了确保结果确实是由纳米颗粒而非仅仅是植物提取物或原始硒盐引起的，团队还包含了仅用植物提取物或用标准亚硒酸钠盐处理的对照组。
结果显示，盐胁迫确实对作物造成了毁灭性的打击。暴露在高盐水平下的植物生长得更矮，叶片更少，且与健康植物相比，损失了超过一半的总干重。它们的内部含水量下降，细胞膜变得具有渗透性，并积累了大量的钠，同时失去了钾等必需营养素。植物还遭受了氧化损伤，这是一个有害分子在细胞内积聚并开始破坏其组织的生理过程。然而，施用硒纳米颗粒显著改变了结果。该处理呈现出剂量依赖性的特征，这意味着施用的量至关重要。最有效的剂量是 1.0 毫克/升。在此浓度下，纳米颗粒帮助植物恢复得非常好。在受到严重胁迫的玉米中，总干重比未经处理的盐渍植物增加了 46.0%，而在大豆中增加了 45.3%。这些植物不仅是在生存，而且是在茁壮成长。
除了长得更大之外，经过处理的植物还表现出了显著的生理改善。纳米颗粒帮助作物更有效地保持水分，即使在土壤含盐量较高的情况下，也能保持叶片饱满且健康。它们还增强了细胞膜，防止了重要液体的泄漏并减少了有毒离子造成的损伤。在植物内部，这种处理充当了对抗氧化应激的盾牌。它增强了植物天然抗氧化酶的活性（这是植物清除有害分子的天然方式），并降低了氢过氧化物和丙二醛等破坏性化合物的水平。这种保护作用使植物能够维持其光合作用机制。经过处理的植物保留了更多的绿色叶绿素（捕捉阳光的关键色素），并且能够比未经处理的对照组更高效地与大气进行气体交换。因此，尽管环境恶劣，它们仍能继续生产食物和能量。
研究还表明，纳米颗粒优于其他处理方法。虽然植物提取物本身和标准亚硒酸钠盐提供了一些保护，但它们远不如纳米颗粒配方有效。在严重胁迫下，单独使用提取物仅能提高约 12% 的生长，而标准盐盐处理则提高了约 28%，而纳米颗粒实现的增长则超过了 45%。这表明，纳米颗粒的独特属性（可能归功于其极小的尺寸以及植物提取物对其进行的特定包裹方式）使其能够比原材料本身更有效地与作物发生相互作用。研究人员发现，纳米颗粒帮助植物调节其内部化学平衡，将有毒的钠阻挡在叶片之外，并确保钾、钙和镁等必需营养素保持可用。这种平衡对于植物维持其结构和功能至关重要。
有趣的是，研究人员观察到，施用过量的硒并不会带来更好的效果。当他们将剂量增加到 1.5 毫克/升时，益处并未进一步提升，在某些情况下甚至略低于 1.0 毫克/升的水平。这证实了虽然硒可以作为增强抗逆性的强大工具，但必须精准使用，因为过量则会产生危害。研究结论认为，利用这种沙特阿拉伯本土多肉植物绿色合成的硒纳米颗粒，为增强主要作物的耐盐性提供了一种极具前景且具有浓度依赖性的方法。通过协调植物的水分保持、营养平衡和抗氧化防御，这些纳米颗粒帮助玉米和大豆克服了盐分的破坏性影响。虽然这些发现在受控的温室环境中表现稳健，但作者指出，仍需进一步研究以确认这些纳米颗粒在开放田间的行为，并理解它们在植物组织中的精确移动方式。目前，这项工作清晰地展示了受自然启发的纳米技术可以在日益盐碱化的土壤中发挥重要作用，从而保障粮食生产。
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