季铵化亚氨基富勒烯通过 ASA-GSH 循环调节根系氧化还原稳态和 ROS 介导的根毛伸长改善氧化应激玉米的根系生长

摘要 背景 多种环境因素均可诱发氧化应激，从而限制植物发育和农业生产。基于富勒烯的碳纳米材料能够清除自由基并积极调控植物生长。即便如此，迄今为止，关于富勒烯基碳纳米材料对植物生长和氧化应激响应机制的认识仍不明确。结果 20 或 50 mg/L 季铵化亚氨基富勒烯（IFQA）挽救了在 3-amino-1,2,4-triazole 或外源 H 2 O 2 处理下内源过氧化氢（H 2 O 2 ）积累所诱导的拟南芥和玉米根长、根毛密度和长度的减少，以及外源 H 2 O 2 处理下根系活跃吸收面积和根系活力的降低。同时，抗坏血酸（ASA）和谷胱甘肽（GSH）含量的下调，以及脱氢抗坏血酸（DHA）、氧化型谷胱甘肽（GSSG）、丙二醛（MDA）和 H 2 O 2 含量的上调表明，外源 H 2 O 2 处理诱导了玉米的氧化应激。尽管如此，施用 IFQA 可提高 ASA/DHA 和 GSH/GSSG 的比值，以及谷胱甘肽还原酶和抗坏血酸过氧化物酶的活性，并降低 H 2 O 2 和 MDA 的含量。此外，GSH 生物合成特异性抑制剂丁硫氨酸亚砜胺抑制了根长，随后添加 IFQA 可使其恢复。结果表明，IFQA 可通过调节 ASA-GSH 循环减轻外源 H 2 O 2 诱导的玉米氧化应激。此外，IFQA 降低了根毛中 ROS 的过量积累，并降低了 H 2 O 2 处理下的 NADPH 氧化酶活性。影响 ROS 介导的根毛发育的基因（如 RBOH B、RBOH C、PFT1 和 PRX59）的转录水平受到 H 2 O 2 处理的显著诱导，随后在添加 IFQA 后降低。结论 发现了富勒烯基碳纳米材料在诱导氧化应激下对玉米根毛生长的积极作用。施用 IFQA 可通过降低 NADPH 氧化酶活性、提高 ASA-GSH 循环对 ROS 的清除能力以及调控影响玉米根毛发育的基因表达来改善氧化应激，从而促进玉米根系生长。这将丰富对基于富勒烯的纳米激发子促进植物生长和防御氧化应激实际机制的理解。图文摘要