非生物胁迫下纳米颗粒促进植物生长的作用机制

作者：JIPB报道 2024/4/12 10:46:55

近年来，极端天气的频发、全球人口的增长和粮食需求的激增凸显了对农业技术创新的需求。在这一背景下，纳米技术的出现为该挑战提供了重要且独特的解决方案。纳米颗粒凭借其特殊的物理化学性质，不仅可以在正常条件下促进植物的营养和生长，还可用于监测作物健康状况，增强植物抵御非生物胁迫（如盐度、干旱、重金属和极端温度等）的能力。应用纳米技术可以改善植物的抗逆性机制，最大限度地减少潜在的产量损失，在提高作物产量和品质方面具有突出的潜力。本综述强调了对纳米材料的环境影响和安全性进行全面探索的必要性，为研究人员、政策制定者和农业从业者提供了有价值的指导意见。在不断升级的环境挑战中，纳米技术在塑造环境可持续农业方面有着巨大的前景。

近日，中国农业科学院棉花研究所棉花生物育种与综合利用国家重点实验室阴祖军研究员在在JIPB发表了题为“Small particles, big effects: How nanoparticles can enhance plant growth in favorable and harsh conditions”的综述论文 (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.13652)。纳米颗粒的高表面积比、小体积以及独特的吸收和代谢特性使它们在可持续农业发展领域展现出巨大的应用潜力。纳米颗粒的农艺利用可能通过影响植物抗病性、非生物胁迫耐受性和养分利用效率等因素来改变传统的作物生产，通过增强植物的复原力和减轻受到逆境后的不利影响，增强植物的生长和繁殖能力，显著提高作物产量和质量。纳米农用化学品的应用可以加强对害虫的有效管理，恢复土壤肥力，减轻土壤毒性。本文结合近年来的最新研究进展，就纳米对植物的作用机理、在非生物胁迫（盐、干旱、极端温度等）条件下植物应用的途径和效果、纳米材料应用的监管等方面进行了综述，使读者在初涉该领域时能拥有较为全面清晰的认识。

图1. 纳米颗粒的作用方式及其在植物中的吸收和运输途径

(A) 纳米颗粒 (NPs) 相互作用和对植物的影响概述。(B) 植物细胞通过内吞作用和转运蛋白吸收NPs。(C) 纳米粒子通过质外体和同质体运输途径穿过植物叶片。(D) 在植物根系中，NP借助质外体或同质体运输途径被运送至整株植物并在体内积累。

中国农业科学院棉花研究所棉花生物育种与综合利用国家重点实验室王洁为该文的第一作者，阴祖军研究员和山东大学孔祥培教授为共同通讯作者，华中农业大学吴洪洪教授、澳大利亚悉尼大学王宜超研究员以及中国农业科学院棉花研究所叶武威研究员为共同作者。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和山东省泰山学者等项目的资助。

文章引用：

Wang, J., Wu, H., Wang, Y., Ye, W., Kong, X., and Yin, Z. (2024). Small particles, big effects: How nanoparticles can enhance plant growth in favorable and harsh conditions. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13652