近日，来自中国南开大学环科院胡献刚教授团队和美国马萨诸塞大学邢宝山教授合作发现，向水稻植株喷洒氧化锌纳米颗粒溶液有助于它们更好地应对热浪带来的胁迫。他们的这项研究发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，题为Zinc oxide nanoparticles cooperate with the phyllosphere to promote grain yield and nutritional quality of rice under heatwave stress的研究论文，实验中涉及对温室中的水稻植株进行喷洒。
先前的研究表明，热浪可以减少水稻产量或直接导致植株死亡，这取决于热浪的严重程度。因此，植物科学家们一直在寻找帮助植物生存的方法，以应对由于全球变暖而预期增加的热浪数量和强度。研究团队发现，氧化锌纳米颗粒可能是这样的一种工具。
锌在植物代谢中扮演着重要的角色。这种矿物质的盐形式通常被添加到土壤中或喷洒在叶子上作为肥料，但这并不是非常高效。另一种方法是以小于100纳米的颗粒形式输送锌，这些颗粒可以穿过叶子上的微观孔隙并在植物体内积累。研究人员已经探索了这类纳米颗粒作为一种向植物提供更多营养的方式，帮助保持作物产量的同时减少因过度使用肥料造成的环境破坏。研究团队想知道，氧化锌是否也能帮助水稻植株在热浪期间维持其产量。
为了验证这一点，研究人员在气候控制的温室内种植了水稻。一旦植株生长到一定阶段，研究团队将温度提高至37°C并持续六天。在这次人为引发的热浪期间，他们向部分植株喷洒了氧化锌纳米颗粒溶液，而其他植株仅被浇水。
收获水稻后，研究团队发现，那些被喷洒了氧化锌纳米颗粒的植株产量比仅被浇水的植株高出了22.1%。进一步观察水稻籽粒，研究团队还发现它们含有更多的营养成分。
在进行另一项类似的实验时，研究人员发现，即使没有热浪的情况下，向水稻植株喷洒氧化锌纳米颗粒，与未喷洒的植株相比，也能够导致产量的增加。
基于对叶片中营养物质的详细测量，研究人员得出结论，锌通过增强参与光合作用的酶以及对抗有害分子活性氧的抗氧化剂来提高产量。纳米尺度的微量元素通过与活性氧相关的多种独特机制，具有显著提升作物气候适应性的潜力。
示意图展示了氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）在水稻叶片表面及内部的累积和转运过程，以及在热浪（HW）条件下氧化锌纳米颗粒的叶际多功能性
研究人员还发现，经过氧化锌纳米颗粒处理的水稻维持了叶际微生物群落的更多样性，这可能促进了更好的生长。对南瓜和苜蓿等植物进行的氧化锌纳米颗粒测试也显示了产量的增加。但还需要更多的研究来验证这种方法是否能惠及小麦等其他作物。
