资环所农业环境纳米材料创新团队在纳米酶的作物抗逆增产机制研究方面取得系列进展

资环所农业环境纳米材料创新团队在纳米酶的作物抗逆增产机制研究方面取得系列进展

自然环境以及人类活动引起的非生物胁迫易造成植物细胞发生氧化应激，产生过量活性氧，严重降低农作物产量。近年来，江苏省农业科学院农业资源与环境研究所农业环境纳米材料创新团队开发了系列具有高效抗氧化酶活性农业纳米酶，可增强盐碱胁迫、秸秆还田酚酸胁迫等逆境下的作物耐性，在作物抗逆增产机制研究领域取得系列进展。

Zn掺杂纳米普鲁士蓝（ZnPB）纳米酶提高小麦耐盐性

具有高类过氧化物酶（POD）活性的Zn掺杂纳米普鲁士蓝（ZnPB）纳米酶可在2‰轻度盐碱地下提高小麦耐盐性（图1）。ZnPB尺寸小（< 20 nm），易被农作物吸收。通过对作物的生理生化指标进行考察，证实了小麦经具有类POD酶活性的ZnPB处理后，有利于缓解小麦细胞脂膜降解率。ZnPB处理可使小麦体内富集Ca2+，同时提高K+/Na+比例，利于Na+的外排。同时，小麦体内α-淀粉酶活性得到上调，促使淀粉转化为可溶性糖，为小麦生长提供养分，促进小麦在盐碱地上的生长发育。此外，纳米酶处理的小麦可进一步提高地块土壤中的有机质含量，降低盐碱土盐分，起到改良盐碱地的作用。上述成果以Peroxidase like Zn doped Prussian blue facilitates salinity tolerance in winter wheat through seed dressing为题发表在爱思唯尔出版社旗下生物类期刊International Journal of Biological Macromolecules上（中科院一区TOP，IF=8.2）。该论文第一署名单位为江苏省农业科学院农业资源与环境研究所，论文第一作者为徐文龙博士和硕士生冯迎辰，第一通讯作者为张志杨博士。该研究获得江苏省农业科学院资环所青年联合创新项目（ZCX(2022)11）支持。

图1 锌掺杂铁基纳米酶材料ZnPB提高小麦耐盐性，促进小麦生长

高量子产率碳基纳米酶（CDs）提高玉米产量与品质

具有高类过氧化氢酶（CAT）活性和转光性能的CDs可用于提升酸性土壤下玉米产量和品质（图2）。所得材料尺寸小（< 10 nm），表面富有含氧官能团，易被农作物吸收。通过玉米的生理生化指标研究，证实了具有高类CAT酶活性的CDs纳米酶处理可显著提高玉米体内抗氧化酶活性，降低活性氧含量，提高抗氧化代谢物活性。CDs可进入细胞内，显著改善小麦体内抗氧化系统。与传统页面喷施肥ZnO相比，CDs可显著提高玉米生长发育，亩产提高近19.8%，蛋白质含量提高近6.5%、Fe含量提高近11.2%。上述成果以Carbon Dot Nanozyme for Enhancement of Yield and Quality in Maize through Multimechanism Joint Effects为题发表在美国化学会旗下农业类期刊ACS Agricultural Science & Technology上（SCI新刊）。该论文第一署名单位为江苏省农业科学院农业资源与环境研究所，论文第一作者为张志杨博士和硕士生丁子萱，通讯作者为肖清波副研究员和徐文龙博士。研究获得国家自然科学基金（2078136），江苏省农业自主创新基金（CX(20)3079）和江苏省农科院颠覆性探索性项目（ZX(21)1222）支持。

图2 碳基纳米酶材料CDs提高玉米耐酸性，促进玉米生长

此外，农业环境纳米材料创新团队受江苏农业学报杂志社邀请，以“无机纳米酶在增强作物抗非生物胁迫中的应用研究进展”为题发表一篇综述于江苏农业学报。该综述第一署名单位为江苏省农业科学院农业资源与环境研究所，论文第一作者为徐文龙博士，通讯作者为肖清波副研究员。

农业环境纳米材料创新团队长期从事农业环境纳米材料的开发与应用。近年来，团队重点围绕作物逆境生长调节剂以及农业污水蒸发材料等方面进行了机制研究和瓶颈技术攻关，并开发了系列纳米酶抗逆促进剂制品。研究成果已在ACS Energy Letters、ChemicalEngineeringJournal、International Journal of Biological Macromolecules等国际权威期刊上发表。农业纳米酶抗逆调节剂授权中国发明专利5件。研究成果可广泛应用于盐碱地、酸性土壤、干旱、低温和冻害等多种场景需求，并与相关企业合作进行新型纳米酶微肥的生产与产品推广，先后获得产学研合作项目、市级农业技术创新基金项目等研究资助。

图3 农业环境纳米材料创新团队

图4 农业纳米酶微肥产品及应用