氮掺杂功能性碳纳米点对干旱胁迫下番茄生长和抗逆能力的影响

摘要

碳纳米点是一种能够调控植物生长发育的新型纳米材料,其植物生长调控机制及环境应用是一项研究热点.为揭示干旱条件下作物对碳纳米点的响应变化与机制,将氮掺杂功能性碳纳米点(nitrogen-doped functional carbon nanodots,N-FCNs)添加进土壤中,研究其对干旱胁迫下番茄生长发育、抗逆能力及土壤性质的影响.结果显示,3 mg/kg和10mg/kg的N-FCNs均能够积极调控干旱条件下番茄的生长、抗逆及土壤性质,且3mg/kgFCNs的作用效果更为显著.仅3 mg/kg的N-FCNs即能够将干旱条件下单株番茄果实数量和产量分别提高58.3%和30.6%,并且显著提高了水分利用效率(39.3%)、组织含水量(5.2%)、根系活力(15.3%)、脯氨酸水平(9.2%)、总叶绿素含量(26.9%)及谷胱甘肽水平(69.6%).3 mg/kg的N-FCNs还增强了植物抗氧化酶的活性,因而降低了36.0%的丙二醛产量.同时土壤含水量、有机质含量、有效氮含量和阳离子交换量分别被显著提高了62.6%、34.3%、6.6%和11.5%,土壤容重降低了4.6%.本研究表明:一方面,N-FCNs能够上调植物体内的酶催化、光合作用和养分吸收过程,缓解细胞过氧化损伤,从而增强番茄的抗旱能力;另一方面,N-FCNs能够通过改善土壤性质来有效缓解干旱胁迫对番茄生长发育和产量造成的抑制.因此,N-FCNs具有作为土壤添加剂提高干旱地区作物耐受性和生产力的潜力.