连发四篇！中国农大王钢组在纳米技术提升植物抵抗非生物胁迫研究领域取得重要进展

近期，中国农业大学土地科学与技术学院王钢教授的土壤与水生态系统生物物理研究组（Soil and Water Ecosystems Biophysics，简称SWEB）在纳米技术农业应用方面取得多项进展。

重金属作为非生物胁迫中最主要的限制因素，对全球植物生长和作物产量具有巨大危害。在过去的几十年里，研究者们已通过标记辅助育种、常规育种和基因工程方法来应对植物的非生物胁迫。近期，纳米技术凭借其在减弱气候变化影响、增加养分利用效率和对抗非生物胁迫等农业生产方面的潜在应用，而逐步成为一个独具吸引力的研究领域。作为纳米肥料，纳米颗粒由于其独特的特征和环境友好的性质已获得极大关注。王钢教授课题组的研究详细阐述了纳米材料在植物对抗非生物胁迫和促进生长方面的作用，将为未来农业的可持续发展提供一个具有经济实惠和环境友好的选择。

土壤盐渍化和重金属污染是农业生产和环境生态的主要威胁（或污染）之一，在全球范围内广泛存在。王钢教授SWEB课题组联合巴基斯坦费萨拉巴德政府学院大学Muhammad Shahid教授研究组等合作团队，通过微生物绿色合成技术，利用本土土壤细菌菌株Pantoea ananatis RNT4成功开发合成球形氧化铁纳米颗粒（iron oxide nanoparticles，FeO-NPs），并开展了系统的功能表征和应用研究，发现FeO-NPs能够通过减轻土壤中镉和盐分的非生物胁迫对小麦产生的不利影响，进而调节小麦形态生理性状和刺激小麦生长。同时，FeO-NPs还能够改善土壤养分（例如氮、磷和钾）状况。更有意义的是，FeO-NPs在镉污染土壤中的使用能够显著减少小麦对于镉的吸收。相关研究结果以“铁氧化物纳米颗粒缓解小麦镉和盐胁迫，并通过提升小麦光合色素抑制植株对土壤镉的吸收”（Iron oxide nanoparticles ameliorated the cadmium and salinity stresses in wheat plants， facilitating photosynthetic pigments and restricting cadmium uptake）为题发表在环境科学顶尖期刊《全环境科学》（Science of the Total Environment）。王钢教授课题组博士生Natasha Manzoor为论文唯一第一作者，王钢教授和巴基斯坦费萨拉巴德政府学院大学Muhammad Shahid教授为论文共同通讯作者（中国农大为论文第一单位）。

全文参见：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969721002874

同时，王钢教授和博士研究生Natasha Manzoor与相关联合研究团队进一步研究了氧化铁纳米颗粒材料在水稻干旱胁迫和镉毒性的耐受机制，发现这种氧化铁纳米材料（FeO-NPs）和水凝胶纳米颗粒（HG-NPs）能显著缓解水稻对土壤镉污染和干旱这两类最具破坏性的非生物胁迫；以上纳米材料处理后的水稻植株在镉污染土壤中的生物量、抗氧化酶含量、光合作用效率、营养物质获取方面均有所增加，而活性氧和镉的向顶运输有所减少。相关研究结果以“纳米颗粒通过激发水稻的耐胁迫基因和养分获取机制改善其对干旱胁迫和镉毒性耐受能力”（Nanoparticle-based amelioration of drought stress and cadmium toxicity in rice via triggering the stress responsive genetic mechanisms and nutrient acquisition）为题发表在环境毒理科学顶尖期刊《生物毒理学与环境安全》（Ecotoxicology and Environmental Safety）。

全文参见：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0147651320316651

王钢教授和博士研究生Natasha Manzoor继续深入探究纳米氧化硅颗粒（SiO-NPs）在修复土壤铬污染以及提高作物产量等方面的潜在功能，发现氧化硅纳米材料在协助小麦抵御铬胁迫诱导的植物毒性方面具有独到的功效，且在促进小麦生长和提升产量方面具有重大潜力，并进一步阐释了小麦对镉胁迫的（纳米材料）辅助耐受机理。相关研究结果以“氧化硅纳米颗粒材料缓解小麦的环境铬毒性”（Silicon oxide nanoparticles alleviate chromium toxicity in wheat （Triticum aestivum L.）为题发表在环境领域顶尖期刊《环境污染》（Environmental Pollution）（5年影响因子10.366）。王钢教授课题组博士生Natasha Manzoor为论文唯一第一作者，王钢教授为论文唯一通讯作者（中国农大为论文第一单位）。

全文参见：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0269749122016050

鉴于以上连续研究成果，王钢教授和Natasha Manzoor受邀为植物科学领域Top期刊《植物科学前沿》（Frontiers in Plant Science）（影响因子6.627）撰写关于纳米材料在作物耐受/抵抗非生物胁迫及农业生产方面的功能及应用方面的综述论文，发表题为“纳米农业技术提升植物非生物胁迫耐受性的前沿研究进展”（Recent advancements and development in nano-enabled agriculture for improving abiotic stress tolerance in plants）的重要综述论文（2022年第13期）。王钢教授课题组博士研究生Natasha Manzoor和巴基斯坦费萨拉巴德农业大学Liaqat Ali博士为论文共同第一作者，王钢教授和埃及米尼亚米尼亚大学Haitham E M Zaki教授为论文共同通讯作者（中国农大为论文第一单位）。

全文参见：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.951752/full

以上研究得到了中国农业大学2115人才培育发展支持计划、国家高层次青年人才项目、国家自然科学基金和国家重点研发专项等科研项目的支持。

王钢教授课题组（SWEB）网页：http://sweb.cau.edu.cn/

转自：“iPlants”微信公众号

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