南湖新闻网讯（通讯员 戚杰 赵怡帆）近日，我校植物科学技术学院、湖北洪山实验室吴洪洪教授领衔的作物纳米生物学团队在国际学术期刊《ACS Nano》发表了题为“Leaf Cuticle and Plasma Membrane Are Critical for a Better Increase of Cotton Salinity Stress Tolerance by L- than D‑Gold Nanoclusters”的研究论文。该研究首次系统阐明了纳米材料的手性特征在作物耐盐性调控中的核心作用，揭示了叶片蜡质层中的二十八烷烃和细胞质膜关键组分磷脂酰肌醇和磷脂酰甘油能更有效的结合右旋纳米金簇，导致作物更偏好吸收左旋纳米金簇，从而表现为左旋纳米金簇比右旋纳米金簇能更好地提高棉花耐盐性，为作物纳米调节剂的精准设计与定向优化提供了理论依据和研究范式。

由于气候变化、人工灌溉等因素，土壤盐渍化情况加剧。盐胁迫严重制约作物产量与品质。纳米调节剂提高作物耐盐性已被广泛报道，是一个可行的技术。然而此前关于纳米调节剂的手性特征对作物耐逆性的调控作用及内在机制尚未明确，极大限制了农业纳米材料的功能优化与应用拓展。

研究团队制备了除手性外具备相同理化特征的纳米金簇应用于棉花耐盐研究中。结果表明，左旋和右旋纳米金簇均能显著提升棉花耐盐性，显著降低盐胁迫造成的氧化应激损伤，且左旋纳米金簇处理组表现出更优的生理指标和更好的光合性能。此外，盆栽试验结果表明，盐胁迫下左旋金簇处理组可持续提高棉花幼苗期、蕾期、铃期等关键发育阶段的耐盐性，最终使籽棉产量较对照组显著提升。结合共聚焦成像、电感耦合等离子体质谱等技术手段，该团队证实左旋纳米金簇在棉花叶肉细胞中的递送效率显著高于右旋纳米金簇。通过对棉花叶片的表皮、细胞壁和细胞膜等结构与手性金簇相互作用的研究表明，蜡质层和细胞膜是调控手性纳米金簇递送效率的关键屏障，其中右旋纳米金簇与叶角质层中的二十八烷存在更强的特异性相互作用，同时与质膜中的磷脂酰肌醇和磷脂酰甘油结合亲和力更高，导致其难以穿透生物屏障进入叶肉细胞，而左旋纳米金簇与上述生物组分的相互作用相对较弱，从而能更高效地递送到细胞中。

不同手性纳米金簇提高棉花耐盐性的机制

该研究的创新性突破在于首次明确了手性作为作物纳米调节剂的核心特征之一，打破了传统仅关注纳米材料尺寸、电位等参数的设计思路。同时，通过鉴定蜡质层和质膜中影响手性纳米簇递送的关键生物组分，建立了手性纳米调节剂与植物细胞屏障的特异性相互作用模型，为后续作物纳米调节剂的定向修饰提供了精准靶点。

华中农业大学植物科学技术学院吴洪洪教授和湖北洪山实验室李召虎教授（现为北京林业大学校长）为该论文的通讯作者，植物科学技术学院博士生戚杰、化学学院顾江江老师、植物科学技术学院硕士生徐雯颖为共同第一作者，植物科学技术学院谢周丽副教授参与了指导，研究生李燕辉、许贵英和本科生席啸薇也参与了该研究。本研究得到湖北省重点研发计划（2024BBB065）、国家自然科学基金（No. 32120103008）、国家重点研发计划（2023YFD19101700-3）等项目资助。

此外，除作物纳米调节剂的可控创制外，其高效递送和抗逆机制解析也是作物纳米抗逆研究中的重要方向。围绕上述方向，近五年来吴洪洪教授领衔的作物纳米生物学团队系统开展了一系列原创性工作，1）发现细胞壁果胶是植物更偏好吸收负电纳米调节剂的一个关键因素 （Zhu et al., 2023 ACS Nano），同时还进一步阐明了负电纳米调节剂更高效体内转运的原因是其能同时调用共质体和质外体途径，而正电纳米调节剂则主要通过质外体途径转运（Chen et al., 2024 ACS Nano）。2）明确了纳米调节剂通过直接清除活性氧和间接调控植物抗氧化系统维持活性氧稳态（Liu et al., 2021 Journal of Nanobiotechnology）、调控排钠保钾维持钠钾比（Liu et al., 2023 Plant Biotechnology Journal）和微丝骨架稳定性（Sun et al., 2025 Crop Journal）等机制提高棉花耐盐性。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c18784

英文摘要：

Use of nanoparticles is an emerging approach to improve crop salt tolerance. However, the role of the chirality of nanoparticles in improving crop salt tolerance is still unknown. In this study, chiral gold nanoclusters (l-AuNCs, 1.62 nm, −20 mV; d-AuNCs, 1.60 nm, −19 mV) with strong/stable fluorescence and similar ROS (reactive oxygen species) scavenging ability were synthesized. Our results showed that foliar-applied chiral AuNCs significantly improved cotton salt tolerance, showing an increase in dry weight (0.38 g for l-AuNCs and 0.28 g for d-AuNCs vs 0.21 g for control), chlorophyll content index (25.3 for l-AuNCs and 22.1 for d-AuNCs vs 20.6 for control), and carbon assimilation rate (5.45 μmol m–2 s–1 for l-AuNCs and 3.06 μmol m–2 s–1 for d-AuNCs vs 2.03 μmol m–2 s–1 for control). The reason behind the superior ability of l-AuNCs over d-AuNCs in improving cotton salt tolerance was attributed to its differential delivery efficiency into cotton leaf cells (73% higher fluorescence intensity of l-AuNCs than d-AuNCs). Further studies confirmed that d-AuNCs have stronger interactions with leaf cuticles, especially octacosane, and lipid membranes, i.e., PIs (phosphatidylinositols) and PGs (phosphatidylglycerols), than l-AuNCs. Confocal imaging analysis, histochemical staining, and ROS content measurements further validated that l-AuNCs-treated cotton seedlings showed significantly less ROS in cotton leaf cells than the d-AuNCs group under salinity. Overall, our results confirmed that the chirality of nanomaterials can affect their capacity to improve salt tolerance due to differential interactions between chiral nanoparticles and leaf cuticles or lipid membranes, showing that chirality is an important property in designing agricultural nanoparticles.

审核人：吴洪洪