土壤盐渍化是当前制约农业生产和粮食安全的重要环境问题。高浓度盐分和Na+积累会破坏植物的渗透平衡和离子稳态，进一步影响光合作用、营养吸收和正常生长。相比之下，许多传统作物对盐碱胁迫较为敏感，苋属植物具有较强的环境适应能力，是极具开发潜力的孤儿作物。纳米氧化铈（CeNP）和纳米氧化锌（ZnONP）凭借其独特的理化性质和多功能生物活性，在植物营养调控、抗氧化防御和非生物胁迫缓解等方面展现出较大潜力。然而，CeNP和ZnONP如何调控籽粒苋对盐碱胁迫的响应，以及盐与碱胁迫之间是否存在不同的调控机制，目前仍不清楚。

该研究以新疆盐碱地筛选获得的核心籽粒苋品系老鸦谷（Amaranthus cruentus）“中科苋1号”为材料，系统探究了叶面喷施CeNP和ZnONP对盐胁迫（NaCl）和碱胁迫（Na2CO3，pH 8.5）下籽粒苋生长及胁迫响应的调控作用。结果表明：（1）籽粒苋对盐、碱胁迫的响应存在差异。盐和碱胁迫均显著抑制籽粒苋幼苗生长，但碱胁迫造成的生长抑制、ROS积累和代谢扰动更为明显。CeNP和ZnONP处理能够不同程度缓解胁迫造成的生长抑制，改善K+/Na+平衡、抗氧化能力、水分状态和激素稳态。（2）CeNP和ZnONP介导籽粒苋多层次转录调控特征。转录组分析表明盐、碱胁迫诱导广泛的基因表达重编程，主要涉及离子稳态、ROS清除、细胞壁重塑和渗透调节等过程。CeNP和ZnONP进一步重塑胁迫响应网络，并表现出一定的调控差异。加权基因共表达网络分析（WGCNA）进一步鉴定了与植株生长性状密切相关的基因模块及核心基因，转录因子、抗氧化系统及代谢调控共同参与纳米颗粒介导的胁迫适应。（3）籽粒苋盐、碱胁迫响应存在共同与特异性调控机制。转录组与代谢组联合分析表明，盐、碱胁迫具有不同的基因–代谢物协同调控模式。CeNP和ZnONP通过调节离子稳态、氧化还原平衡、碳和氨基酸代谢以及物质转运等过程，进一步重塑植物的胁迫响应网络。

该研究深化了对纳米颗粒—植物互作及盐、碱胁迫响应机制的认识，加深了对纳米颗粒介导植物盐碱胁迫响应机制的认识，为将纳米生物技术应用于在盐碱环境中维持作物生产力提供了有益的参考。相关研究成果以Multi-omics dissection of CeO₂ and ZnO nanoparticle-mediated saline and alkaline stress tolerance in grain amaranth为题，发表于Plant Nano Biology期刊上。中国科学院西双版纳热带植物园热带稻种资源挖掘与利用团队已毕业硕士研究生蓝诗霞为第一作者，李云芳、Biru Alemu Chali为共同第一作者，徐鹏研究员、万金鹏副研究员为通讯作者。该研究得到中国科学院专项计划、云南省“兴滇英才支持计划”青年人才等项目资助。

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图1. CeNP和ZnONP增强籽粒苋对盐碱胁迫耐受性的工作模型。 

图2. 新疆盐碱地适生的籽粒苋生长情况。