合作文章丨华南农业大学雷炳富团队解析碳点在生菜和番茄发育过程中的调控机制

为了全面研究CDs对蔬菜生长发育的影响，采用水热法合成了CDs（图1a）。CDs的HRTEM图像（图1b和c）显示，CDs的尺寸在1.5-2.7nm之间，晶格间距为0.21nm。CDs的紫外−可见吸收光谱显示以289nm为中心的吸收峰（图1d），可归类为N=O在sp³杂化区的吸收或C=O的n−π^*跃迁。光致发光（PL）发射峰（图1d）位于410nm处，在水中的激发波长为340nm。图1e表明，当使用紫外灯（365nm）照射时，CDs的水溶液可以发出明亮的蓝光。CDs的FTIR谱（图1f）显示了3050-3700cm⁻¹处的宽吸收带，与O−H和N−H的振动相对应，2930处的峰值与C−H键有关。在1650cm⁻¹处的波数更像是C=O的最佳峰值。位于大约1620、1633和1629cm⁻¹处的峰值可能是为了对应于C=O键的拉伸，同样的FTIR结果确实表明在大约1630cm⁻¹处有一个峰值，是C=O峰。而位于1390cm⁻¹处的峰值被指定为C−N或N−H。此外，利用XPS光谱研究了CDs的官能团和化学组成（图1g）。

图1. 碳点（CDs）的特征。(a)：CDs的合成及应用工艺。(b)：高分辨率透射电镜图像和(c)：CDs的尺寸分布。(d)：紫外−可见吸收（蓝线），在340nm激发的CDs的发射（红线）和CDs的激发光谱（黑线）。(e)：在阳光下（左）和365nm紫外线照射（右）下的水溶液中CDs的图像。(f)：合成的CDs的傅里叶变换红外光谱仪光谱和(g)：x射线光电子能谱。

图2. 在植物中CDs的吸收。(a)：共聚焦图像和(b)：高分辨率透射电镜（HRTEM）与1/2 MS培养基（0.066mg/mL）结合10天后生菜茎和根的图像。(c)：共聚焦图像和(d)：高分辨率透射电镜（HRTEM）与1/2 MS培养基（0.066mg/mL）结合10天后番茄茎和根的图像。共焦图像的比例尺为200μm。

CDs可提高成熟植物的产量和营养品质。然而，不同功能特征的CDs对一种作物和同一CDs对不同品种的潜在调控机制是可变的。因此，作者研究了CDs对成熟生菜和番茄果实的产量、VC、可溶性蛋白和可溶性糖含量的影响。

鉴于矿质元素对提高产量和营养品质的关键作用，作者定量分析了成熟生菜地上部分中几种重要矿质元素的含量。如表1所示，经CDs处理后，氮(N)、钾(K)、钙（Ca）、镁（Mg）、锰（Mn）的含量显著提高。研究表明，矿物元素可以通过氢键和静电相互作用与附着在CDs表面的亲水基团相互作用，随后，矿质元素被根中的CDs吸收并携带到茎维管系统，以刺激植物的发育。说明CDs可以诱导植物根系中矿质元素的积累，从而促进植物的发育。

图5. CDs对生菜叶片光合作用及番茄叶片茎中水通道蛋白基因表达的影响。不同浓度CDs处理的成熟生菜（培养20天后）叶片的(a)：净光合速率和(b)：电子转移速率。(c)−(f)：在1/2 MS培养基（0.066mg/mL）培养基中培养10天后，番茄幼苗根中4个水通道蛋白基因的相对表达水平。