近日，華中農業大學植物科學技術學院吳洪洪教授課題組在氧化鈰納米顆粒提高棉花耐鹽性的機理研究上取得新進展，並綜述了如何應用納米生物技術提高植物效能。
鹽脅迫是影響農作物高效生產的主要限制因素之一。棉花是重要的經濟作物，然而鹽脅迫嚴重影響了棉花的產量與品質。納米農業是現時的熱點研究領域。已有報導表明，使用具有活性氧清除能力的納米顆粒，如氧化鈰納米顆粒（PNC），可以有效提高植物耐鹽能力。但是，PNC提高棉花耐鹽能力的作用機理仍有待研究。
氧化鈰納米顆粒通過促進葉片K+滯留和Na+外排，而不是Na+液泡存儲，維持了鈉鉀穩態，從而提高了棉花耐鹽性
在研究論文“Cerium oxide nanoparticles improve cotton salt tolerance by enabling better ability to maintain cytosolic K+/Na+ratio”中，葉片施用PNC後，與對照組相比，棉花耐鹽性顯著提高，表現為更高的葉綠素含量（68%），幹物質累積（38%）和更强的光合速率（144%）。鹽脅迫下，PNC處理過的葉片具有更低的過氧化氫（77%）和超氧陰離子含量（51%），同時具有更低的Na+含量（77%）和更高的K+含量（84%）。
qPCR結果顯示，HKT1（上調）和KOR（下調）分別是提高鹽脅迫下PNC處理的棉花葉片Na+外流和K+滯留的關鍵基因。然而，與對照組相比，鹽脅迫下PNC處理的棉花葉片NHX1的表達沒有顯著差异。雷射共聚焦結果也表明，與對照組相比，鹽脅迫下PNC處理的棉花葉肉細胞的液泡鈉離子螢光强度沒有顯著差异。這些結果表明，葉面施用PNC通過促進K+滯留和Na+外排，而不是Na+液泡存儲，維持了葉片鈉鉀穩態、提高了棉花耐鹽性。本研究進一步充實了PNC與植物互作提高植物耐鹽性的理論依據。
應用納米感應元件助力作物脅迫早期診斷和自我管理
在綜述文章“Recent advances in nano-enable agriculture for improving plant performance”中，較系統地從納米材料提高作物抗逆、納米感應元件與脅迫早期診斷、納米材料的靶向運輸和緩控釋、奈米科技介導的非模式作物轉基因、奈米科技介導的種子引發、以及光轉換納米材料和電子捕獲納米材料提高植物光合作用等方面介紹了如何應用納米生物技術提高植物效能，以期能助力研究人員更好地瞭解納米農業及其未來的可能發展方向。在文中，研究人員較系統地討論了一些領域內的共性問題，明確了一些有待突破的研究熱點，並探討了一些可能的新研究方向。該論文將有助於進一步夯實納米生物技術在農業生產應用方面的理論基礎，有利於為推介納米農業提供相關素材。
相關文章分別以研究論文和綜述論文發佈在學術期刊Journal of Nanobiotechnology和Crop Journal上。華中農業大學植物科學技術學院博士生劉家浩為研究論文第一作者，植物科學技術學院李召虎教授、吳洪洪教授共同指導該工作，吳洪洪教授為通訊作者。吳洪洪教授與李召虎教授為綜述論文的共同通訊作者。上述研究得到國家自然科學基金（3190146432071971），華中農業大學高層次人才引進經費、校自主基金優秀人才培育項目（2662020ZKPY001）和華中農業大學-中國農業科學院深圳農業基因組研究所合作基金（華中農業大學-中國農業科學院深圳農業基因組研究所合作基金）等專案資助。
論文連結：
https://jnanobiotechnology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12951-021-00892-7
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214514121001240