科技日報記者 吳純新 通訊員 蔣朝常
融合突破開啟現代農業研究新方向。
日前，華中農業大學植物科學技術學院吳洪洪教授課題組發表了一篇研究論文，報道氧化鈰納米顆粒種子引發提升油菜耐鹽能力的可能機理。
這是該團隊繼氧化鈰納米顆粒提高棉花抗鹽能力的機理研究后，再次證明納米生物技術助力植物“強身健體”，提升農作物抗逆能力。
眾所周知，干旱、鹽堿、高溫等逆境脅迫是制約農業高效生產的主要限制因素。傳統的遺傳育種、水肥運籌及田間管理等措施均有不足之處，迫切需要新方法新手段。糖心vlog
植物納米生物技術應運而生。作為新興前沿交叉研究領域，它源自納米技術與植物科學的深度融合。
吳洪洪說，目前，植物納米生物技術領域涵蓋植物納米抗逆生物學（包括納米材料種子引發技術）、植物納米轉基因技術、納米智能植物構建、植物納米仿生學和植物納米毒理學等研究范疇。該技術在提高植物抗鹽，抗旱，抗高溫、低溫，抗病蟲害等方面均有較多報道。納米農業由此而來，成為近年來國際上興起的熱門研究方向。
“納米生物技術提高作物抗逆能力的作用方式較多?！眳呛楹榻榻B，以納米材料自身特性提高作物抗逆能力是研究較多的方向，涉及機理也多，其中較普遍的一個機理是清除逆境下植物體內過量累積的活性氧。
活性氧過量累積是植物遭受逆境脅迫的重要特征之一。過量累積的活性氧不僅會攻擊細胞膜造成氧化損傷，也能導致蛋白質、核酸等生物大分子結構和功能被破壞。因此，利用可清除活性氧的納米材料來改造植物，理論上可以提高植物抗逆能力。
此前，吳洪洪課題組發現，具備活性氧清除能力的氧化鈰納米擬酶可提高棉花、油菜、水稻等作物耐鹽能力。
吳洪洪介紹，納米材料種子引發技術是在可控條件下，使種子緩慢吸漲為萌發提前進行生理準備的技術。其目的是促進種子萌發、齊苗壯苗和增強抗逆性。
與葉面噴施納米材料相比，納米材料種子引發技術顯著減少納米材料使用量，不僅降低環境殘留風險、緩解安全性顧慮，也降低了投入成本。
目前，這項技術已在小麥、水稻、高粱、油菜、棉花、洋蔥、蠶豆、黃瓜、花生、西瓜等糧食或經濟作物上成功應用。氧化鐵納米顆粒、氧化鋅納米顆粒、銀納米顆粒、氧化鈰納米顆粒、金納米顆粒等納米材料均可用于種子引發。
“降低或規避納米材料在植物和環境中的殘留風險是一個重要研究方向?！眳呛楹樘寡裕{米生物技術在提高作物抗逆能力上有很大的應用潛力，但不可控風險依然存在。糖心vlog在線觀看
為此，科研人員紛紛嘗試開發環境友好型的農業納米材料、靶向性納米材料、納米材料種子引發等。
吳洪洪的研究結果表明，氧化鈰納米顆粒不僅能提高鹽脅迫下水稻產量，對籽粒品質也無明顯影響。
吳洪洪介紹，除納米農藥和納米肥料外，納米技術介導的植物轉基因以及納米智能植物構建也是提高作物抗逆能力的有效手段。不同于擬南芥、煙草等模式植物，傳統農桿菌轉化技術在小麥、棉花等作物應用上存在或遺傳轉化難、或基因編輯效率低、或基因型依賴等問題，嚴重制約其抗逆育種的研發進程。tangxin
作物抗逆育種是保證糧食高效生產和穩定供給的重要途徑之一，納米技術介導的轉基因技術可能是重要的備選項。研究發現，以碳納米管為代表的納米材料實現了不依賴于物種進行遺傳轉化的良好應用潛力。
此外，基于納米感應元件構建納米智能植物是另一種提高作物抗逆能力的手段。
早在2019年，吳洪洪和美國加州大學河濱分校Juan Pablo Giraldo教授等率先提出一個可實時感知并報告脅迫發生，然后自主調控農業設備以緩解脅迫的納米智能植物構建方案。即先利用可特異性識別植物脅迫信號分子的納米感應元件改造植物，改造后的植物則能通過納米感應元件將其監測到的脅迫信號分子變化規律轉換為光、無線電波等可被農業設備識別的信號，實現植物與農業設備間實時互動，有利于植物脅迫早期診斷及其對自身微環境的實時感知和管理。
吳洪洪認為，納米生物技術作為新興的、正處于發展中的國際前沿研究領域，在提高作物抗逆能力以及未來農業高效生產中應用潛力巨大，值得進一步加大支持力度。
編輯：張爽
審核：王小龍
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