隨著全球人口的持續(xù)增長和對糧食需求的日益強勁，確保穩(wěn)定和可持續(xù)的作物產(chǎn)量至關(guān)重要。然而，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常受到各種生物和非生物脅迫的影響，其中鋁脅迫是一種嚴(yán)重影響作物產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵非生物脅迫。在鋁脅迫下，植物葉片經(jīng)常變黃或壞死，并且隨著毒性水平的升高，植物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生理功能也會受到損害，導(dǎo)致生長遲緩甚至死亡。因此，降低作物根際的Al3+濃度或增強植物對鋁毒的抗性對于緩解酸鋁脅迫引起的作物減產(chǎn)至關(guān)重要。
近期，吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院楊英威課題組與吉林大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院秦建春課題組聯(lián)合報道了一種金屬-有機框架雙功能納米系統(tǒng)用于減輕酸鋁脅迫對植物的危害。該系統(tǒng)能夠隨環(huán)境變化智能調(diào)節(jié)釋放植物生長調(diào)節(jié)劑的速度，并在此基礎(chǔ)上吸附環(huán)境中的可溶性鋁。該成果以“Metal-Organic Framework-Based Dual Function Nanosystems for Aluminum Detoxification and Plant Growth in Acidic Soil”為題發(fā)表在《Journal of Controlled Release》期刊（DOI: 10.1016/j.jconrel.2024.11.028）。
圖1. 金屬-有機框架雙功能納米系統(tǒng)（NT@CS@UZ）制備和應(yīng)用的示意圖。
圖3. 兩種化合物在不同條件下的釋放情況。
圖4. 不同處理下植物生長調(diào)控情況。
綜上所述，該工作構(gòu)建了一種具有吸附和控釋雙重功能的創(chuàng)新復(fù)合材料（NT@CS@UZ），可緩解鋁脅迫對植物生長的影響，改善根際微環(huán)境。這種基于殼聚糖MOF的復(fù)合材料不僅能有效吸附鋁離子，還能智能調(diào)節(jié)植物生長調(diào)節(jié)劑的釋放，為解決制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的長期存在的酸性鋁毒性問題提供了新的材料和技術(shù)手段。與傳統(tǒng)的單功能材料相比，NT@CS@UZ展示了顯著的優(yōu)勢。其較大的比表面積和優(yōu)異的吸附性能使其能夠有效地吸收鋁離子，在植物根部周圍形成保護(hù)屏障。同時，這種復(fù)合材料可以利用有毒鋁環(huán)境的弱酸性特性來加載和控制兩種植物生長調(diào)節(jié)劑（NAA和Trp）的釋放，確保在不同生長階段為作物提供持續(xù)、穩(wěn)定和有針對性的營養(yǎng)。這種多功能協(xié)同作用不僅提高了作物產(chǎn)量和質(zhì)量，還減少了化肥和農(nóng)藥的使用，減輕了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的負(fù)面影響。這種多功能納米材料有可能在未來的可持續(xù)農(nóng)業(yè)實踐中發(fā)揮重要作用，為糧食安全和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)做出貢獻(xiàn)。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2024.11.028
