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    中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉所無土栽培課題組發(fā)現(xiàn)噴施納米溶液可以顯著提升生菜產(chǎn)量

    放大字體  縮小字體 時間:2023-11-20 08:54 來源:中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所 原文:
    核心提示: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。
      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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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
    日期:2023-11-20
     
     地區(qū): 中國
     行業(yè): 果蔬
     標簽: 蔬菜 生菜
     科普: 蔬菜 生菜
     
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