10月28日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物栽培與生理創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)、濟(jì)南大學(xué)等單位合作研究，解析了功能化的納米碳材料，通過觸發(fā)植物細(xì)胞膜外的活性氧波，誘導(dǎo)植物的“系統(tǒng)獲得性抗性”和“系統(tǒng)獲得性適應(yīng)性”響應(yīng)，協(xié)調(diào)植物生長(zhǎng)與抗性平衡的機(jī)制。研究首次提出了調(diào)控作物高產(chǎn)與抗性平衡的“活性氧工程”策略，為有效調(diào)控逆境條件下作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成提供了一條新的途徑。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《今日納米（ Nano Today ）》。

 

　　活性氧是細(xì)胞內(nèi)重要的信號(hào)分子，在非生物和生物脅迫感知、不同環(huán)境信號(hào)的整合和脅迫響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的激活等方面發(fā)揮著重要作用，有助于植物建立防御機(jī)制和恢復(fù)生長(zhǎng)能力。細(xì)胞膜外的活性氧波是一個(gè)重要的信號(hào)事件，提醒植物注意即將到來的脅迫，并將植物從“正常”生長(zhǎng)狀態(tài)切換到“脅迫”狀態(tài)。利用人工合成的刺激物觸發(fā)細(xì)胞膜外活性氧波，可能是協(xié)調(diào)植物抗性和生長(zhǎng)、提高環(huán)境適應(yīng)性的有效途徑。

 

　　基于上述假設(shè)，本研究設(shè)計(jì)并用低電壓電解石墨的方法合成了sp2碳核表面富羧基化修飾的碳氧原子比為1:2.2的碳納米材料FCN。與具有相似碳核結(jié)構(gòu)，但表面修飾基團(tuán)種類或數(shù)量不同的其他碳納米材料如氧化石墨烯和納米碳管相比，F(xiàn)CN可以更加高效地觸發(fā)植物細(xì)胞膜外的活性氧波，起到模擬環(huán)境脅迫刺激的作用，但活性氧會(huì)被迅速清除到穩(wěn)態(tài)，而不會(huì)引起過度積累導(dǎo)致氧化應(yīng)激。轉(zhuǎn)錄組分析驗(yàn)證了FCN的觸發(fā)活性氧波可以進(jìn)一步誘導(dǎo)活性氧早期信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄重編程，導(dǎo)致植物產(chǎn)生系統(tǒng)獲得性適應(yīng)性和系統(tǒng)獲得性抗性。該材料作為肥料添加劑和種子包衣劑主要成分應(yīng)用于大田作物水稻和小麥，其籽粒產(chǎn)量比對(duì)照分別提高13.5%和9.6%，且作物耐鹽堿能力明顯增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了作物產(chǎn)量和植株抗性的協(xié)同提高。該研究為有效調(diào)控逆境條件下作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成提供了一條新的途徑。

 

　　浙江大學(xué)郭志江博士和濟(jì)南大學(xué)陳瓊博士為該論文共同第一作者，作科所丁在松助理研究員、浙江大學(xué)涂江平教授和王秀麗副教授為共同通訊作者。該研究得到了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

 

　　原文連接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013223002943