近日，四川农业大学理学院“功能纳米农业应用创新”学科培育创新团队联合我校小麦所和西南作物基因开发利用国家重点实验室在The Crop Journal（中科院分区农林科学1区Top，IF =6.0）在线发表了题为“Multi-activity ferruginated carbon quantum dots nanozyme improves wheat seedling growth and Cd tolerance”（多活性铁掺杂碳量子点纳米酶改善小麦幼苗生长和镉耐受性）的研究论文，作者通过分析Fe-CQDs处理下小麦的生理水平变化和分子水平差异，证明了Fe-CQDs通过诱导小麦多通路水平变化调控根系发育和抗镉（Cd）性以应对重金属胁迫的适应策略。

小麦是世界主粮作物之一，预测未来三十年的小麦产量必须保持年均2%的增长速率，才能满足2050年全世界对小麦的总量需求。但是，近年来小麦的产量增速缓慢，世界上很多地区的产量甚至停滞不前。重金属Cd污染是制约小麦安全生产的重要环境胁迫因子。尽管植物自身存在细胞壁结合、胞内络合、液泡隔离、外排和转移解毒重金属的适应机制，但是在纳米材料和镉胁迫的共同作用下，小麦生长的响应机理及其调控措施还有待深入研究。

研究者前期通过简易的合成方法成功制备了一种具有强烈蓝色荧光发射的小尺寸Fe-CQDs纳米酶，其自身兼具三种类酶活性，并通过相关生物毒性实验验证了其具有较高的生物相容性和安全性。本研究通过Fe-CQDs小麦根施的表型对比图证明Fe-CQDs可调控光合色素的合成，促进植株生物量的增加和根系的伸长发育，并抑制Cd的吸收进而提高小麦对Cd的耐受性。生理指标分析显示，Fe-CQDs通过调控抗氧化酶（POD, SOD, CAT）的活性和抗氧化物质（GSH等）的产生来减轻活性氧（ROS）介导的关键氧化损伤，包括DNA损伤、脂质过氧化和光合作用抑制等，进而抵御Cd胁迫。利用激光扫描共聚焦显微镜、生物透射电子显微镜和生物扫描电子显微镜技术，呈现了该纳米酶在小麦植株中的吸收-转运-分布等情况。结合Fe-CQDs诱导的小麦生理水平和分子水平变化，证明了Fe-CQDs作为一种可修饰型超小尺寸纳米酶，有效降低了Cd胁迫小麦体内过量的ROS，促进了小麦的生长发育。转录组学和代谢组学联合分析显示，Fe-CQDs有效介导并调控抗氧化活性、重金属解毒、养分转运和抗逆性等多种基因的表达，其不仅能促进Cd的外排，而且还能促进苯并噁嗪类物质和黄酮类化合物的合成。

该研究融合了作物学和纳米生物技术的理论，利用纳米酶的多功能协同作用机制，旨在提升作物对氧化胁迫及重金属胁迫的抵抗能力，进而实现氧化还原稳态的调控，促进小麦生长，改善作物品质，为农业纳米生物技术的应用提供了潜在的参考依据。

四川农业大学理学院鲁志伟副教授和2022级生物资源化学专业硕士研究生李钰为共同第一作者，四川农业大学小麦所和西南作物基因开发利用国家重点实验室刘登才教授和理学院饶含兵教授为共同通迅作者。该研究得到国家自然科学基金、四川省自然科学基金、西南作物基因开发利用国家重点实验室开放项目和四川农业大学学科建设双支计划项目的资助。功能纳米农业应用创新团队近年来长期从事多功能化材料的研发及动植物应用研究，在农业化学、植物纳米生物技术、动物营养调控和动物疾病防治等领域开展多学科交叉的相关工作。