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我校在植物纳米生物学抗逆中取得新进展

核心提示: 近日,我校植物科学技术学院吴洪洪教授课题组与合作者在国际学术期刊Nano Letters和Journal of Agricultural and Food Chemistry上分别在线发表研究论文和长综述论文,报道了新开发的基于碳纳米管的感应元件在植物胁迫信号检测中的应用,并总结了纳米材料在促进植物生长和作物抗逆方面的应用和前景。

南湖新闻网讯(通讯员 吴洪洪)近日,我校植物科学技术学院吴洪洪教授课题组与合作者在国际学术期刊Nano Letters和Journal of Agricultural and Food Chemistry上分别在线发表研究论文和长综述论文,报道了新开发的基于碳纳米管的感应元件在植物胁迫信号检测中的应用,并总结了纳米材料在促进植物生长和作物抗逆方面的应用和前景。

在研究论文“Monitoring plant health with near infrared fluorescent H2O2 nanosensors”中,研究人员开发了一种对H2O2敏感的氯化血红素aptamer DNA修饰的单层碳纳米管感应元件 (Hemin complexed aptamer DNA functionalized SWCNT, HeAptDNA-SWCNT)。

活性氧 (Reactive Oxygen Species,ROS) 是植物体内重要的信号分子,且胁迫下ROS过量累积是植物胁迫的一个标志性进程之一。而目前,对非模式植物体内H2O2水平无损实时的长程监测仍进展缓慢。现有的遗传编码感应元件如Hyper sensor主要局限于模式植物,而荧光染料探针则具有易发生光淬灭以及信噪比不高等不足之处。碳纳米管具有不易光淬灭且荧光发射峰在近红外区域,不受植物色素自发荧光干扰等优点,可以被开发成响应H2O2的纳米感应元件.然而,早期开发的碳纳米管H2O2感应元件对H2O2的敏感度不高 (100 μM),无法对胁迫下植物体内ROS爆发事件和时间点实现有效的实时监测,灵敏度不够。

该研究开发的新型HeAptDNA-SWCNT感应元件不仅能够实现对植物体内10 μM H2O2的实时监测,并且能够通过感应元件荧光的强弱变化实时反映植物体内H2O2含量的升高与下降。同时,研究人员进一步实现了该新型HeAptDNA-SWCNT感应元件对植物在紫外、强光以及Flg22病害胁迫中的实时监测和早期诊断。

HeAptDNA-SWCNT感应元件实时长程无损监测植物体内H2O2水平

HeAptDNA-SWCNT感应元件实时长程无损监测植物体内H2O2水平

在综述文章“Nano-biotechnology in agriculture: Use of nanomaterials to promote plant growth and stress tolerance”中,研究人员系统地总结了纳米材料在农业生产中的应用和机理研究进展。

研究人员从nanoregulator, nanopesticide以及nanofertilizer三大主要类型的植物纳米材料入手,介绍了金属氧化物纳米拟酶,基于植物营养元素开发的纳米材料,以及含有Cu、Ag纳米材料的纳米农药在促进植物生长或提高抗逆抗逆方面的应用,并分析探讨了其机理。针对一些新开发的尚未在植物中进行应用的纳米材料的特性,研究人员对其可能在植物抗逆方面的广泛应用前景进行了评估和推断。此外,研究人员还呼吁了从以往的简单应用纳米材料向主动根据农业生产需要来修饰改造纳米材料,以进一步促进纳米材料在农业可持续发展中的融合和应用。

纳米材料在农业上应用

纳米材料在农业上的应用

植科学院吴洪洪教授和德国哥廷根大学博士生Robert Nißler为研究论文共同第一作者,美国加州大学河滨分校Juan Pablo Giraldo教授与德国哥廷根大学Sebastain Kruss教授为通讯作者。吴洪洪教授与南京大学环境学院赵丽娟教授为长综述文章的共同通讯作者,赵丽娟教授为第一作者。上述研究得到国家自然科学基金 (21876081,21906081,21661132004,31901464),美国NSF (1817363),德国Volkswagen Foundation以及华中农业大学高层次人才引进经费等项目的资助。

审核人:朱龙付

论文链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b05159

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jafc.9b06615

责任编辑:郭文娟
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