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提升抗逆能力 纳米生物技术给作物“强身健体”

来源:科技日报2021-10-27 10:09

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  记者10月25日从华中农业大学获悉,该校植物科学技术学院吴洪洪教授课题组在《纳米生物技术杂志》发表论文称,他们找到纳米颗粒提升油菜耐盐能力的机理。这是该团队继研究氧化铈纳米颗粒提高棉花抗盐能力的机理之后,再次证明纳米生物技术能给作物“强身健体”,提升农作物抗逆能力。

  干旱、盐碱、高温等逆境胁迫是制约农作物高产的主要因素。传统的遗传育种、水肥运筹及田间管理等措施均有不足之处,为此,植物纳米生物技术应运而生。作为新兴前沿交叉领域,它源自纳米技术与农业科学的深度融合。

  吴洪洪说,植物纳米生物技术领域涵盖作物纳米抗逆生物学(包括纳米材料种子引发技术)、纳米智能作物构建、作物纳米仿生学和作物纳米毒理学等。该技术可用来提高作物抗盐、抗旱、抗高低温、抗病虫害等能力。

  “在提高作物抗逆能力中,纳米生物技术有多种作用方式。”吴洪洪介绍,其中以纳米材料自身特性提高作物抗逆能力是研究较多的方向,涉及机理也多,清除逆境下作物体内过量累积的活性氧,是其中较普遍的一个机理。

  活性氧过量累积是作物遭受逆境胁迫的重要特征之一。过量累积的活性氧不仅会攻击作物细胞膜造成氧化损伤,也能导致蛋白质、核酸等生物大分子结构和功能破坏。因此,利用可清除活性氧的纳米材料来改造作物,理论上可以提高作物的抗逆能力。

  吴洪洪告诉记者,纳米材料种子引发技术是在可控条件下,使种子缓慢吸胀提前进入萌发状态的技术。其目的是促进种子萌发、齐苗壮苗和增强抗逆性。目前,氧化铁纳米颗粒、氧化锌纳米颗粒、银纳米颗粒、氧化铈纳米颗粒、金纳米颗粒等纳米材料均可用于种子引发,并已在小麦、水稻、高粱、油菜、棉花、洋葱、蚕豆、黄瓜、花生、西瓜等作物上成功应用。

  论文共同通讯作者、华中农业大学教授李召虎介绍,与叶面喷施纳米材料相比,纳米材料种子引发技术不仅能显著减少纳米材料使用量,从而降低投入,还可降低环境残留风险。

  吴洪洪坦言,纳米生物技术在提高作物抗逆能力上有很大的应用潜力,但不可控风险依然存在。为此,科研人员正在开发环境友好型的农业纳米材料、靶向性纳米材料、纳米材料种子引发等,以降低或规避纳米材料在植物和环境中的残留风险。他们课题组的研究结果表明,氧化铈纳米颗粒不仅能提高盐胁迫下水稻产量,且其不在水稻籽粒中累积,对籽粒品质也无明显影响。

  吴洪洪认为,在提高作物抗逆能力以及未来农业高效生产中,纳米生物技术应用潜力巨大,值得进一步加大对这一领域的支持力度。(记者 吴纯新 通讯员 蒋朝常)

[ 责编:赵宇豪 ]
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