近日，中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所蔬菜栽培與生理創(chuàng)新團隊在國際知名學術(shù)期刊《Journal of Nanobiotechnology》（IF: 10.2）上發(fā)表了題為“Enhancing lettuce yield via Cu/Fe-layered double hydroxide nanoparticles spraying”的研究性論文。該研究成功合成了一種基于銅和鐵元素的納米材料CuFe-LDHs，揭示了其對生菜葉片的物理吸附機制，確定了其噴施生菜葉片的最佳使用濃度。在此基礎(chǔ)上，以最佳使用濃度的CuFe-LDHs噴施生菜葉片，通過植物生理學、多組學聯(lián)合分析等手段，深入探討了其促進生菜生長的生理和分子機制。

 

　　層狀雙氫氧化物（Layered double hydroxides，LDHs）是一種廣泛應用的二維納米材料。LDHs具有成本低、易合成、結(jié)構(gòu)成分易調(diào)節(jié)、細胞相容性好、pH可控釋放等特點，LDHs在生命科學領(lǐng)域有著廣泛的應用，如藥物緩釋、疫苗佐劑等。在植物工程領(lǐng)域，LDHs作為一種新型納米基因載體，被應用于DNA/RNA轉(zhuǎn)化和植物抗病害研究。然而，目前關(guān)于LDHs納米材料本身對植物的生物學效應以及其作為潛在植物納米肥料的相關(guān)研究仍然較少見報道。

 

　　本研究評估了CuFe-LDHs在不同蔬菜中的吸附能力，結(jié)果表明CuFe-LDHs在生菜等葉菜類蔬菜中的滯留量較高，并且這種吸附能力是源于LDHs結(jié)構(gòu)中的羥基（-OH）與葉片表面形成氫鍵。表型分析表明，噴施10-100 μg/mL CuFe-LDHs后，生菜產(chǎn)量顯著增加。然而使用同等濃度的合成原料（銅鐵重金屬鹽）噴施葉片，卻會顯著抑制生菜生長，證明納米晶化可以減低重金屬離子的毒性。本研究使用最佳使用濃度為10 μg/mL的CuFe-LDHs進行進一步實驗，以闡明其促進生菜生長的機制。研究結(jié)果表明，CuFe-LDHs對生菜的生長有顯著影響，誘導了生理指標、轉(zhuǎn)錄組和代謝組的變化，包括增加葉綠素b含量、凈光合速率和胞間二氧化碳濃度，以及改變基因表達模式和代謝物譜。本研究證明CuFe-LDHs可以通過氫鍵高效地吸附在生菜葉片表面，促進生菜生長，與相同濃度的原材料相比減輕了重金屬離子（Cu2+，F(xiàn)e3+）的毒性，并從CuFe-LDHs結(jié)構(gòu)本身對植物的物理效應以及植物生理學和分子生物學的角度探討了CuFe-LDHs促生長的機制。本研究加深了對LDHs促生長機制的理解，并為開發(fā)基于LDHs的納米肥料以提高蔬菜產(chǎn)量提供了堅實的實驗基礎(chǔ)。

 

　　本研究以中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所為第一和通訊作者單位，蔣衛(wèi)杰研究員和余宏軍研究員為共同通訊作者，博士后吳鴻洋和在讀碩士生萬瀟陽為論文共同第一作者。德國亥姆霍茲慕尼黑研究中心牛婕斐博士，中國農(nóng)業(yè)大學生物學院許會敏實驗師，昆明理工大學環(huán)境科學與工程學院張玉博士，河南科技大學農(nóng)學院薛嫻博士等參與研究。該研究受到國家自然科學基金和國家重點研發(fā)項目資助。

 

　　原文鏈接： https://doi.org/10.1186/s12951-023-02178-6