全球人口快速增长、可耕地面积减少、极端天气频发，以及人类活动带来的污染等因素是现代农业面临的巨大挑战。作物在生长过程中，还容易受到多种逆境胁迫的影响，如病虫害侵袭、盐碱胁迫和重金属污染等。逆境胁迫条件下，会导致植物体内活性氧（Reactive oxygen species, ROS）的大量积累。尽管低浓度的ROS作为信号分子可以激活植物的防御系统，但如果ROS产生过量，便会导致DNA、蛋白质和脂质的氧化损伤，进而抑制植物生长、减少产量。此外，镉等重金属对土壤的污染，还会通过食物链对人类健康构成威胁。增强作物对多种胁迫的抗逆性，提高作物的产量和品质，已成为当前农业领域亟需解决的关键问题。
近日，上海大学李平副教授、冯炜教授、陈雨教授等基于模拟天然酶活，清除ROS和重金属离子交换的思路，设计并开发了一种高生物相容性的多功能纳米酶，即六氰高铁酸钙纳米颗粒（CaHCF NPs）。该材料能够同时模拟六种天然酶的活性，包括植物特有的抗坏血酸过氧化物酶；无论是在体内还是体外，都能高效清除超氧化物阴离子、过氧化氢和羟基自由基等ROS。CaHCF NPs 通过离子交换，减少了镉离子的吸收，在直接缓解植物生长中的胁迫源方面发挥着关键作用。同时，释放的钙离子也有助于增强植物抗逆性，促进生长。拟南芥体内实验和RNA 测序分析表明CaHCF NPs提高了植物中酶促和非酶促抗氧化物的表达水平；此外，植物体内与抗氧化、重金属解毒、营养转运和抗逆相关基因的表达也显著增强（图1）。![]()
多种植物的急性毒性实验和拟南芥根长安全性评价实验表明CaHCF NPs具有良好的生物安全性。该材料在经济作物上也表现出良好的生物学效应，无论采用根部浇灌，还是叶面喷洒，这两种不同的施用方法均能够有效提高番茄幼苗对镉的耐受性，促进植株的生长。相关研究成果发表在著名学术期刊《Advanced Materials》。该研究整合了植物学、纳米技术和生物技术的原理，建立了一个开创性的平台，旨在基于纳米酶的多功能协同机制，增强植物对氧化胁迫，以及重金属胁迫的抗性，最终达到调控氧化还原稳态，促进生长，提高品质的目的。这项创新工作有助于提高作物对多种逆境的耐受能力，推动纳米生物技术在植物抗逆领域中的更快发展。X. Shen, Z. Yang, X. Dai, W. Feng*, P. Li*, Y. Chen*, Calcium Hexacyanoferrate Nanozyme Enhances Plant Stress Resistance by Oxidative Stress Alleviation and Heavy Metal Removal, Advanced Materials, 2024, 10.1002/adma.202402745.https://doi.org/10.1002/adma.202402745
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