丹参衍生碳点的钙动员特性增强植物的环境适应性

植物纳米生物学技术是国际上新兴的一个前沿交叉学科。本研究以生物质丹参作为碳源，通过调控合成工艺合成表面含有丰富官能团和较强抗氧化能力的水溶性生物质衍生碳点（CDs）。随后，以农作物甘薯作为植物材料，发现CDs根部施用导致ROS水平降低、细胞膜超极化和显著的Ca2+ 内流。机理探究发现，CDs表面官能团-OH和-COOH能够激活植物Ca2+通道CNGCs ，引起植物不依赖ROS的Ca2+动员。在盐、低钾、低铁胁迫下，CDs促进甘薯根细胞质Ca2+ 浓度升高，显著增强SOS信号调控的Na+/H+逆向运输活性、HAK5 介导的高亲和性K+ 吸收活性和IRT1介导的Fe2+吸收活性，最终提高甘薯植株在多种环境胁迫下的适应性。该研究成果为纳米材料在农业上的应用提供了理论依据，对提高植物环境胁迫适应性具有重要意义。

本研究制备了含有丰富官能团和较强抗氧化能力的水溶性生物质衍生碳点（CDs），明确了CDs表面功能团与其生物学效应之间的关系，揭示合成的CDs提高植物抗逆性的作用机制，即CDs表面官能基团-OH和-COOH能够被植物凝集素受体激酶LecRKs感知并促进cAMP/cGMP积累以激活CNGCs ，引起不依赖ROS的Ca2+动员，从而提高了甘薯植株在盐、低钾、低铁胁迫的适应性。纳米材料在农业中的应用日益增加，正缓慢地推动着农业生产上的变革。本研究合成的CDs以生物质为原材料具有价格低廉、原材料来源广、绿色环保、生物学效应优异和合成方法简单等优点，可以实现低成本 和大规模合成，具有广泛推广应用的潜力。