新型微纳米晶体保障植物在盐土上生长

科技日报记者 陈曦

盐土是含可溶性盐类较高的土壤，影响地表植物生长、威胁粮食安全、且加剧生态环境退化。记者3月30日获悉，南开大学胡献刚教授课题组提出一种离子自组装形成微纳米晶体替代传统人工纳米材料的低成本、环境风险小、环境效益明显的研究策略，解决了盐土上植物难生长的问题。主要成果在线发表在最新一期纳米技术领域知名期刊《美国化学会-纳米》上。

据介绍，盐土遍布六大洲的 30 多个国家，全球总面积约 10亿公顷。通过灌排、生物及耕作等综合措施改良盐土周期长、成本高、不确定因素多。

人工纳米材料在农业生产及农业环境保护上展示了巨大的潜力，但是其实际推广应用和副作用一直备受关注。

“人工纳米材料除了成本通常比较高外，还会由于自身属性或环境转化，产生环境健康风险及环境应用的不确定性。”胡献刚教授说。

此次课题组在植物叶面喷洒钼盐和半胱氨酸后，谷胱甘肽和植物螯合素通过还原作用，类似调制鸡尾酒的方法，使钼盐和半胱氨酸在植物细胞内形成钼硫(Mo-S)微纳米晶体。在高盐土壤上，无晶体的植株叶片明显出现发黄和枯萎的迹象，而含有晶体的植株能够正常生长。

为揭示导致这些差异的机制，研究人员比较了含有晶体和不含晶体叶片的基因表达和代谢产物，发现叶片内的晶体在受到高盐刺激时能够促进Ca2+信号转导，促进有害自由基的清除，从而引发植物一系列自我保护措施，提高了植物的“免疫力”。

外源离子在植物细胞内自组装形成生物兼容性高的晶体，驱使植物在高盐土壤生长。（图片由受访者提供）

相比之前的人工合成的二硫化钼纳米材料，植物细胞自组装的Mo-S晶体不但未观察到明显毒性，而且在不利土壤条件下保护植物发育(图1)，为人工纳米材料环境风险防范提供了从源头解决的策略，为植物、农作物在盐土上生长，为扩展可种植土壤、保障农业种植、农业粮食产量提供了一种值得探索的新手段。

胡献刚表示，我国西北内陆、黄河中上游、黄淮海平原干旱半干旱洼地、东北半湿润半干旱低洼地、沿海半湿润地区等分布面积大小不等的盐土，能否通过分子、离子自组装形成微纳米晶体保障植物在盐土上生长，值得我国生态环境保护、农业生产等借鉴、参考。