Functionalized Silica Nanoparticles Mitigate Salt Stress in Soybean: Comprehensive Insights of Physiological, Metabolomic, and Microbiome Responses

代谢组学 微生物群 盐(化学) 化学 纳米颗粒 环境化学 计算生物学 生物 纳米技术 生物信息学 色谱法 材料科学 有机化学
作者
Zhidi Chen,Pan Wang,Simin Zhao,Yu Sun,Yidan Liu,Sanfeng Chen,Wen Feng Chen,Gangyong Zhao,Gehong Wei,Chun Chen
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:73 (18): 10814-10825 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c00194
摘要

Silica nanoparticles (SiO2 NPs) have potential for mitigating salt stress in crops; however, the effects of surface modifications in enhancing their effectiveness remain unclear. This study investigated the effects of pristine and functionalized SiO2 NPs (SiO2-NH2 and SiO2-COOH) on soybean growth, root metabolism, and microbiome dynamics under 200 mM NaCl stress. All SiO2 NPs treatments significantly reduced Na+/K+, with SiO2-COOH NPs showing the greatest efficacy, reducing by 46.6%. Enhanced salt tolerance correlated with altered root metabolism, including increased l-tyrosine, uridine, and indole-3-acetamide levels and enrichment of stress-response pathways. Furthermore, SiO2-COOH NPs enhanced microbial diversity, increasing the abundance of beneficial genera Variovorax and Pseudomonas in the endosphere, and Haliangium and Arthrobacter in the rhizosphere. Microbe-metabolite correlations suggest that altered root exudation under functionalized SiO2 NPs treatments selectively recruits beneficial bacteria, enhancing salt tolerance. These findings highlight the potential of functionalized SiO2 NPs, particularly SiO2-COOH, as nanoenabled biostimulants for sustainable agriculture.
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