【综述】如何有效递送纳米材料到植物体内
2022/6/21 11:21:59 阅读：480 发布者：
纳米技术在作物高效生产和农业应用上有着巨大的潜力，是目前的一个热点研究领域。将目标纳米材料高效的递送到植物体内或者作用部位是实现其生物学效应的第一步。然而，植物自身有许多屏障如细胞壁、细胞膜、根系分泌物等限制了纳米材料的高效转运。因此加深理解这些植物屏障及其相应的生理过程与纳米材料及其转运之间的互作，对于更好地实现纳米材料在植物体内的高效递送和转运有着重要意义。2022年6月9日，华中农业大学吴洪洪课题组在Plant Communications在线发表了题为“Nano-enabled agriculture: how nanoparticles cross barriers in plants”的综述论文，较系统地从整体植株水平和单个细胞水平上论述了影响纳米材料在植物体内高效递送和转运的屏障或因素。https://doi.org/10.1016/j.xplc.2022.100346论文首先从叶面喷施和根部施用纳米材料出发，讨论了其所面临的植物屏障及异同之处（图1），提出了：1）在叶面喷施中，除了前人关注的气孔、蜡质层、细胞壁孔隙等因素外，还应该关注所施用纳米材料溶液的表面张力以及植物所生长环境中的光照因素；2）在根部施用中，着重讨论了根系分泌物、根系表皮、凯氏带和蒸腾拉力等因素如何影响纳米材料转运，并提出了除了侧根裂隙外，根尖分生区可能也是根部施用的纳米材料有效进入植物体内的通路之一。
其次，论文从细胞壁和细胞质膜及器膜水平上讨论了这些细胞屏障对纳米材料有效递送和转运的影响，并着重讨论了细胞壁电位和膜电位对于带电纳米材料转运的影响，以及已知的纳米材料跨越这些屏障的可能机理。
最后，论文从设计并控制纳米材料特性以服务于纳米农业的角度出发，提出了如下建议：1）特异性地从头设计特性可控的环境友好型农业纳米材料，2）师法自然，以开发环境友好型农业纳米材料。同时论文通过分析目前关于正电还是负电纳米材料能更有效进入植物体内的争论，来进一步阐明设计并控制纳米材料特性对于纳米农业的重要性；并提出了在设计农业纳米材料时，需要统筹考虑并控制好纳米材料的粒径、电位、可溶性、分散性、稳定性、形貌、表面修饰、不含毒性元素、光学特性等一些特征。本文通讯作者是吴洪洪教授和李召虎教授。该研究得到国家自然科学基金（32071971, 31901464），国家海外高层次人才计划青年项目，华中农业大学校自主基金（2662020ZKPY001）以及华中农业大学深圳食品营养与健康研究院与中国农业科学院深圳农业基因组所联合项目（SZYJY2021008）等项目的资助。吴洪洪课题组主要聚焦于：1）植物纳米生物学抗逆应用及机理研究，2）纳米智能作物构建及优化，3）纳米技术介导的作物转基因等方面的研究，相关工作已在Nature Nanotechnology, Nano Letters, ACS Nano, Nature Communications, Plant Physiology, Plant Journal, Plant Communications等领域内知名期刊上发表。
来源：MP植物科学
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