氣候變化對全球農(nóng)作物生產(chǎn)構成了日益嚴重的威脅。玉米是食物、飼料和生物燃料的重要來源，極易受到干旱、鹽堿和冷脅迫的影響。氣候變化引發(fā)的極端天氣事件將對玉米產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響。因此，增強玉米的抗逆能力對于減少產(chǎn)量損失和糧食安全問題至關重要。傳統(tǒng)的雜交育種和現(xiàn)代基因編輯方法已展現(xiàn)出開發(fā)抗逆玉米品種的希望，但這些策略時間長、效率低，并且成功率難以預測。因此，研究人員正在開發(fā)具有成本效益和可持續(xù)的種植抗逆逆性玉米的策略。

植物已經(jīng)進化出復雜的機制來應對脅迫，包括感知、信號傳導以及脅迫響應基因和代謝產(chǎn)物的激活。重要的是，這些分子變化可以以“記憶”的形式存儲，使植物能夠做出反應更快地應對隨后的脅迫。這種現(xiàn)象被稱為“脅迫記憶”，可用于設計抗脅迫作物。

一個初始刺激是啟動防御程序的的必要因素，一個理想的刺激將觸發(fā)廣譜防御反應，并賦予植物對于各種脅迫的抗性。活性氧(ROS)是植物快速響應不同非生物脅迫反應中的關鍵信號分子。ROS與許多不同的信號轉導途徑、網(wǎng)絡和激素有關，在不同的應激條件下都具有調節(jié)作用。同時，ROS通過同時激活多種信號通路，在多種應激反應中起著至關重要的作用。鑒于這些分子在防御網(wǎng)絡中都具備獨特作用，研究人員假設活性氧可能是植物防御啟動的理想刺激因素。

鑒于這些分子在防御網(wǎng)絡中發(fā)揮的獨特作用，研究人員假設ROS可能是防御啟動的理想刺激因素。

種子萌發(fā)是玉米生命周期的關鍵和基礎階段。玉米在萌發(fā)期間和萌發(fā)后對各種脅迫高度敏感。因此，本研究的目的是探索一種種子啟動方法，以提高玉米幼苗對種子萌發(fā)階段和生命周期后期發(fā)生的多種非生物脅迫的耐受性。銀納米顆粒(AgNPs)已被證明可以催化ROS的生成，并且銀不是植物生長的必需元素。因此，本研究中首先選擇AgNPs作為產(chǎn)生ROS的NMs(刺激)模型，以誘導玉米種子抵抗隨后的多種脅迫(干旱、鹽和低溫)和組合脅迫(干旱和低溫、干旱和鹽、鹽和低溫)。測定的終止指標包括發(fā)芽速度、發(fā)芽率、幼苗活力、根長和莖長。隨后，對低成本、環(huán)保的鐵基(Fe₂O₃和Fe₃O₄) NMs作為引種劑進行了試驗，以驗證其提高玉米抗逆性的能力。
 

▲ 水引發(fā)或 AgNPs 引發(fā)的玉米種子中 ROS 積累的全種子實時成像