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)的作物產量至關重要。然而，農業(yè)生產經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重影響作物產量和質量的關鍵非生物脅迫。在鋁脅迫下，植物葉片經常變黃或壞死，并且隨著毒性水平的升高，植物的細胞結構和生理功能也會受到損害，導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至關重要。
近期，吉林大學化學學院楊英威課題組與吉林大學植物科學學院秦建春課題組聯(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)境變化智能調節(jié)釋放植物生長調節(jié)劑的速度，并在此基礎上吸附環(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控情況。
綜上所述，該工作構建了一種具有吸附和控釋雙重功能的創(chuàng)新復合材料（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的復合材料不僅能有效吸附鋁離子，還能智能調節(jié)植物生長調節(jié)劑的釋放，為解決制約農業(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屏障。同時，這種復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量和質量，還減少了化肥和農藥的使用，減輕了農業(yè)生產對環(huán)境的負面影響。這種多功能納米材料有可能在未來的可持續(xù)農業(yè)實踐中發(fā)揮重要作用，為糧食安全和農業(yè)生態(tài)環(huán)境保護做出貢獻。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2024.11.028
