同种植物源纳米刺激剂的可持续提取及其在镜像生物刺激活性诱导中的应用研究

　　为解决传统农用化学品带来的环境与成本问题，研究人员开展从同种供体植物中提取个性化纳米刺激剂（Y-ANMB/A-ANMB）的研究，通过TEM、UV-Vis等技术证实其可诱导宿主植物产生镜像生物刺激活性，显著促进种子萌发和幼苗生长，为绿色农业提供了可持续的新策略。

　　

随着全球人口持续增长，农业生产面临前所未有的压力。传统农用化学品虽能提高作物产量，但大规模使用带来环境污染、生态破坏及成本攀升等问题。气候变化加剧了这一挑战，迫使农业管理转向更生物相容且可持续的替代方案。近年来，纳米农业领域兴起利用天然来源或仿生纳米材料作为生物刺激剂，以其高比表面积和低用量优势减少化学投入。然而，这些材料的提取和制备往往需要特定设备或附加成本，且其长期安全性、重现性及生态影响仍不明确。尤其当涉及合成纳米材料时，可能引发植物免疫反应、基因表达紊乱或跨物种不良反应，限制了实际应用。

在此背景下，一项发表于《Advanced Agrochem》的研究提出了一种创新策略：从同种供体植物中提取个性化纳米刺激剂，用于诱导同种宿主植物的镜像生物刺激活性。该研究由Soofia Khanahmadi、Maik B?hmer和Alireza Rafieerad合作完成，首次系统阐述了利用模式植物阿拉伯芥（Arabidopsis thaliana）哥伦比亚生态型（Columbia-0）的自体提取物，促进同种种子、幼苗和植株生长的可行性。

研究采用了几项关键技术方法：首先，在气候室中标准化培养供体与受体阿拉伯芥植株，控制光周期（16/8h）、温度（21°C）和湿度（60%）；其次，通过水基混合、高压蒸汽灭菌（121°C）和超声处理，从年轻（3周龄，Y-ANMB）和衰老（6周龄，A-ANMB）供体植株中提取纳米/微米级生物刺激剂；第三，利用透射电子显微镜（TEM）和紫外-可见光谱（UV-Vis）表征提取物的形态、结构与稳定性；最后，通过种子涂层、幼苗共培养和土壤浸灌实验，评估提取物在不同发育阶段的生物相容性与刺激活性。所有实验均设置对照组（MilliQ水处理），并在多个时间点（最长36天）进行定性观察与成像分析。

3.1. Rational design, morphology, and structural characterizations

TEM分析显示，Y-ANMB提取物包含非均匀分布的植物自体化合物，如细胞微组件、微纤维、纳米颗粒和量子点簇（图2-3）。年轻供体提取物中可见更多细胞壁多糖纤维和有机无定形纳米颗粒，而衰老供体（A-ANMB）的提取物中量子点簇和根/茎组分较少，表明供体年龄影响提取物的物理化学性质。UV-Vis光谱进一步证实提取物在中性pH（6–7）下稳定性良好，且在340–400 nm波长处出现非晶碳结构（C–C键）特征吸收峰，与植物源性有机化合物（如木质素、类黄酮）的光谱特性一致。

3.2. Assessment of biocompatibility and biostimulant activity

种子与幼苗实验表明，Y-ANMB和A-ANMB在5–15 vol%浓度下均表现出高生物相容性。处理组种子萌发率和幼苗转化率显著高于对照组（图5-6），且培养皿中气泡形成增多，提示提取物可能增强植株呼吸与光合作用。光学显微镜观察发现，纳米刺激剂可自发附着于种子表面并局部内化（图8），促进根伸长和叶片发育。土壤浸灌实验进一步验证，单次施用40 mL提取物可安全促进年轻植株生长，其中Y-ANMB处理组在28天后表现出更显著的新叶生长优势（图9-10），可能与年轻供体植物富含生物大分子有关。

研究结论指出，从同种供体植物提取的个性化纳米刺激剂（尤其是Y-ANMB）能有效诱导镜像生物刺激活性，增强阿拉伯芥的种子萌发、幼苗成熟和植株发育。该方法无需化学添加剂，制备简便、成本低廉，且具备高生物相容性，为减少农用化学品投入提供了绿色替代路径。讨论部分强调，该策略类似于医学中的个性化干细胞移植理念——年轻供体来源更易被宿主识别为“自身”，降低免疫排斥风险。然而，其深层机制（如活性氧（ROS）调控、基因/激素通路激活）仍需通过机器学习优化和长期机理研究进一步探索。这项概念验证工作为纳米农业领域开辟了新方向，未来可在更多作物模型中验证其普适性与实际应用潜力。