2026年4月11日，华中农业大学园艺林学学院谭占明、崔履军，和植物科学技术学院Ashadu Nyande在Plant Stress在线发表了题为“Fe3O4 nanoparticles enhance saline-alkali tolerance in melon by modulating hormonal signaling and organic acid metabolism”的研究论文。该研究首次系统揭示了Fe3O4纳米材料通过调控激素信号与有机酸代谢协同增强甜瓜耐盐碱能力的分子生理机制，为盐碱地设施甜瓜绿色高效栽培提供了新的技术路径与理论支撑。
Nano-Fe3O4是兼具营养供给与信号调控功能的新型纳米材料，在提升作物抗逆性与养分利用效率方面具有重要应用潜力。全球土壤盐碱化面积持续扩大，高盐与高 pH 复合胁迫严重抑制植物生长、降低产量，已成为制约农业生产的关键逆境因子；甜瓜作为重要园艺经济作物，耐盐碱能力有限，盐碱胁迫显著影响其产量与品质，而现有改良措施存在成本高、见效慢等局限。目前利用Fe3O4纳米材料缓解甜瓜盐碱胁迫的研究尚处于探索阶段，其调控激素信号和有机酸代谢的协同机制仍不明确。本研究以甜瓜幼苗为材料，采用叶面喷施方式，解析了Fe3O4纳米材料在盐碱胁迫下对植株生长、内源激素及有机酸代谢的影响，并结合转录组挖掘关键调控通路与基因，阐明了Fe3O4纳米材料增强甜瓜幼苗耐盐碱性的生理与分子机制。
图1 纳米Fe3O4对盐碱胁迫下甜瓜幼苗生长及伤害指标的影响
研究团队探究了叶面喷施纳米Fe3O4对盐碱胁迫下甜瓜幼苗生长及生理的影响。结果表明，叶面喷施纳米Fe3O4可有效缓解盐碱胁迫的负面效应：在生长指标方面，处理组地上部干重较胁迫对照提升62.2%，根系干重提升71.8%，同时叶面积、总根长、根表面积及根体积均显著增加，表明纳米Fe3O4不仅促进地上部生长，更能优化根系构型以增强养分吸收能力。
图2 纳米Fe3O4对盐碱胁迫下甜瓜幼苗激素含量的影响
图3 纳米Fe3O4对盐碱胁迫下甜瓜幼苗中ABA与JA合成相关基因表达的影响
激素含量测定发现，纳米Fe3O4特异性上调叶片与根系ABA、JA含量，而IAA、GA、SA、6-BA无显著变化，表明其定向激活抗逆激素信号而不干扰生长平衡。转录组与qRT-PCR分析进一步证实，该处理显著上调ABA合成关键基因CmNCED3及JA合成基因CmOPR1的表达，且基因表达量与激素含量呈同步升高趋势。这说明纳米Fe3O4通过在转录层面精准激活激素合成基因，驱动ABA/JA信号通路启动。
图4 纳米Fe3O4对盐碱胁迫下甜瓜幼苗有机酸含量及相关合成基因表达的影响
进一步对有机酸进行分析发现，纳米Fe3O4处理显著提升了苹果酸合成酶与柠檬酸合成酶活性，促进根系苹果酸、柠檬酸大量累积，并上调CmNADP-ME1、CmNDH1、CmCSY3及CmPPC3等关键合成基因表达。这说明纳米Fe3O4还可以通过促进甜瓜幼苗有机酸代谢增强，从而针对性缓解盐碱胁迫中的高pH毒害。
华中农业大学博士生谭占明、崔履军和Ashadu Nyande为论文共同第一作者，华中农业大学园艺林学学院别之龙教授为通讯作者。华中农业大学植物科学技术学院吴洪洪教授和长江大学彭玉全副教授也为本研究提供了支持和帮助。
该研究得到了天山英才科技创新团队项目（项目编号：2024TSYCTD0019）；新疆生产建设兵团科技计划项目（项目编号：2023AB071）；新疆生产建设兵团第一师阿拉尔市科技计划项目（项目编号：2024NY04）；国家现代农业产业技术体系项目（项目编号：CARS-25）；南疆设施农业兵团重点实验室开放课题（项目编号：NJSS2024101）支持。
https://doi.org/10.1016/j.stress.2026.101369
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