研究背景
纳米技术已被广泛应用于农业中以促进植物生长和增强抗逆性。近年来相关研究表明，外源施用氧化钙纳米颗粒 (CaO NPs) 能提高植物对干旱胁迫的耐受性。然而，目前尚不清楚相关调控机理。
文章简介
近日，浙江大学周伟军教授和 M.Ahsan Farooq 博士带领研究团队通过生理组和代谢组分析相结合，揭示 CaO 纳米颗粒可通过调节养分吸收、初级和次级代谢途径增强油菜对干旱胁迫的耐受性。
研究发现，干旱胁迫减低了油菜的生长、二氧化碳同化率、气孔导度和光合色素含量。施用 CaO NPs 改善了干旱条件下油菜的生长。CaO NPs 的生长改善效果与光合速率、光系统 II 量子产量和光合色素含量呈正相关。生长与气体交换特性、PSII 活性和光合色素含量之间的正相关表明，CaO NPs 通过减少气孔和非气孔限制因素提高了光合速率。CaO NPs 处理还改善了干旱胁迫下矿物质营养的吸收，包括钙、钾、磷、镁、锰和硼。
此外，与未处理的干旱植物相比，CaO NPs 的施用使 28 种代谢产物的积累增加，18 种主要与氮代谢、氨基酸生物合成（如半胱氨酸/高半胱氨酸、赖氨酸、色氨酸、丙氨酸、谷氨酸和脯氨酸）相关的代谢物积累减少。在干旱条件下，施用 CaO NPs 还上调了CHS、CHI、F3'H、F3H 等上游基因以及PAL、C4H、4CL1、4CL5、DFR、ANS 等早期发育基因和UGT78D2、UGT79B1、MT、PAP1、PAP2 等参与类黄酮生物合成的晚期发育基因的表达。
这些研究结果表明，CaO NPs 通过调节气孔导度、光系统II活性、营养物质积累，以及重编程初级和次级代谢途径（如氮代谢、激素和类黄酮生物合成）来提高油菜在干旱胁迫下的光合能力，以增强耐旱性。
论文信息
Unravelling mechanisms of CaO nanoparticles-induced drought tolerance in Brassica napus: an analysis of metabolite and nutrient profiling Ahsan Ayyaz, Iram Batool, Kangni Zhang, Fakhir Hannan, Yongqi Sun, Tongjun Qin, Habib-ur-Rehman Athar, Zafar Ullah Zafar, Muhammad Ahsan Farooq* and Weijun Zhou* （周伟军，浙江大学） Environ. Sci.: Nano, 2024
https://doi.org/10.1039/D4EN00080C
作者简介
本文共同第一作者，Ahsan Ayyaz 博士，目前在浙江大学农业与生物技术学院从事博士后研究。研究领域包括植物、非生物胁迫和纳米材料的相互作用、农业生物技术等，也涉及油菜耐旱和耐重金属的生理和分子机制，主要侧重植物的抗氧化、矿物质营养、水分关系和光合作用活性等。
本文共同第一作者，Iram Batool，目前在浙江大学农业与生物技术学院攻读博士学位。在利用纳米技术（纳米农业）提高对非生物胁迫的耐受性和提高作物产量方面拥有丰富的专业知识，主要从事油菜耐旱和耐重金属的生理和分子机制方面研究。
本文通讯作者，周伟军博士，浙江大学二级教授、博导，设计育种创新团队油菜首席，浙江省“新世纪 151 人才工程”第一层次人员，钱江特聘专家。一直从事油菜遗传育种与种子工程、作物生理生态调控及安全农产品研究，育成了“浙大系列”优质高产抗逆油菜新品种及“浙大七彩油菜”，浙大 635、浙大 649 含油量再创新记录，分别高达 50.64%、50.89%，在全国油菜品种中名列前茅。主持了 863、中德合作、国家基金、浙江省重大专项等重点项目，历任浙江大学作物所副所长、农学系主任、农业试验站副站长，先后在英、以、瑞、德、日、美等多家研究机构研修及工作 6 年。2014 年以来均入选中国高被引学者榜单，欧盟-中国 Horizon 2020 农业与生物技术专家、科技部 2020-2035 农业技术预测工作组专家、农业部 2022-2024 年“科创中国”油菜高产高质产业服务团团长等。
期刊介绍
rsc.li/es-nano
Environ. Sci.: Nano
| 2-年影响因子* | 5.8分 |
| 5-年影响因子* | 6.7分 |
| JCR 分区* | Q1 环境科学 Q1 化学-跨学科 Q2 纳米科学与技术 |
| CiteScore 分† | 12.2分 |
| 中位一审周期‡ | 52 天 |
Environmental Science: Nano 全面报道具有环境用途的工程纳米材料的设计和应用研究，以及人工与天然纳米材料在生物和环境体系中的相互作用。发文范围包括但不限于：纳米材料在水、空气、土壤、食物和能源可持续性等领域的新应用；纳米材料在生物系统中的相互作用以及纳米毒理学研究；纳米尺度材料的环境宿命、反应性和转化；环境中的纳米尺度过程；可持续性纳米技术，包括纳米材料的合理设计、生命周期评价、风险／效益分析等。
Editor-in-Chief
Peter Vikesland
🇺🇸 弗吉尼亚理工大学
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