Adv Sci:青岛农业大学农学院博导韩磊团队双发射碳点纳米酶缓解盐胁迫并促进作物萌发与生长的光合作用

近日，青岛农业大学农学院博导韩磊教授团队在盐碱地作物抗逆与生长促进领域取得了突破性进展。该团队成功合成了一种新型碳点纳米酶，在不依赖基因编辑技术或有机农药的前提下，显著提升了作物的耐盐碱能力。这项重要成果已发表在国际顶尖SCI期刊Advanced Science上，该期刊位列中国科学院1区TOP行列，五年影响因子高达15.6。

当前，全球土壤盐渍化问题日趋严峻，已成为阻碍农业可持续发展的核心瓶颈。盐胁迫不仅会打破作物细胞内的离子平衡，还会诱发大量活性氧（ROS）的积聚，进而导致光合效率降低、氧化损伤加剧，严重抑制种子的萌发与幼苗的生长。面对这一挑战，韩磊教授团队独辟蹊径，设计并制备出一种集“光合增强”与“抗氧化”双功能于一体的碳点纳米酶。这种材料的独特之处在于，它既拥有与叶绿体吸收光谱精准匹配的双发射荧光特性，又具备模拟天然超氧化物歧化酶的抗氧化活性。具体而言，碳点释放的蓝光与红光能被叶绿体高效捕获，仿佛为光合作用系统定制了“特定光谱补充包”，从而大幅提升了光能转换与电子传递效率；同时，其类酶活性能高效清除盐胁迫下过剩的活性氧，直接减轻氧化损伤，使作物无需消耗过多能量进行应急防御，从而将更多资源集中于生长发育。

研究团队以玉米为模式作物，全方位验证了该碳点纳米酶的卓越效能。在种子萌发阶段，经碳点处理的玉米种子在盐胁迫下的氧化损伤得到显著缓解，发芽率、根长及生物量均大幅恢复；进入幼苗生长阶段后，碳点不仅有效提升了叶绿素含量和净光合速率等关键生理指标，更在200 mM NaCl的高盐胁迫环境下，显著改善了玉米幼苗的株高、鲜重、干重以及光合系统核心功能，使其生长状态接近于正常非胁迫水平。为了深入揭示其作用机理，团队进一步开展了转录组学分析，发现该碳点纳米酶并非简单地“头痛医头”，而是能够系统性调控玉米幼苗体内的多条关键代谢通路，帮助作物构建起一个多层次、立体化的耐盐防御网络，实现了从“被动抵抗”到“主动适应”的根本性转变。

该项研究成功将纳米酶的理性设计与农业抗逆的实际需求紧密结合，开发出一种性能优异的双功能碳点纳米酶。这不仅为理解纳米材料与植物之间的互作机制提供了全新案例，更为开发环境友好、高效协同的盐碱地改良纳米制剂开辟了崭新的思路，提供了切实可行的技术方案。

论文由青岛农业大学农学院作为第一通讯单位完成，农学院苏成付副教授、硕士生彭欣以及化药学院硕士生谭婧盈担任共同第一作者，韩磊教授作为农学院博导及化药学院生物纳米与分子识别团队、国创中心纳米农业工程团队的负责人，领衔担任第一通讯作者，许晓凯教授则为共同通讯作者。