10月28日，中國農業(yè)科學院作物科學研究所作物栽培與生理創(chuàng)新團隊與浙江大學、濟南大學等單位合作研究，解析了功能化的納米碳材料，通過觸發(fā)植物細胞膜外的活性氧波，誘導植物的“系統(tǒng)獲得性抗性”和“系統(tǒng)獲得性適應性”響應，協(xié)調植物生長與抗性平衡的機制。研究首次提出了調控作物高產與抗性平衡的“活性氧工程”策略，為有效調控逆境條件下作物的生長發(fā)育和產量形成提供了一條新的途徑。相關研究成果在線發(fā)表于《今日納米（ Nano Today ）》。

 

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

 

　　基于上述假設，本研究設計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。與具有相似碳核結構，但表面修飾基團種類或數(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，但活性氧會被迅速清除到穩(wěn)態(tài)，而不會引起過度積累導致氧化應激。轉錄組分析驗證了FCN的觸發(fā)活性氧波可以進一步誘導活性氧早期信號轉導及轉錄重編程，導致植物產生系統(tǒng)獲得性適應性和系統(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用于大田作物水稻和小麥，其籽粒產量比對照分別提高13.5%和9.6%，且作物耐鹽堿能力明顯增強，實現(xiàn)了作物產量和植株抗性的協(xié)同提高。該研究為有效調控逆境條件下作物的生長發(fā)育和產量形成提供了一條新的途徑。

 

　　浙江大學郭志江博士和濟南大學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。該研究得到了中國農業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程、國家自然科學基金等項目的資助。

 

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