《Plants》：Applying Carbon Dots to Alleviate Photoinhibition and Boost Early Growth of Soybean Plants
Marina M. Kawazoe,
Adriana de Paula Cardoso,
Marilza Castilho,
Ailton J. Terezo,
Adriano B. Siqueira,
Halley C. Oliveira and
Diego G. Gomes
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尽管大豆对全球经济至关重要，但该作物面临光系统II（PSII）光抑制导致的生产力损失，这一问题因高温和干旱而加剧。碳点（Cdots）作为一种光捕获和紫外线防护剂，提供了一种缓解此类胁迫的策略。本研究评估了叶面施用Cdots对暴露于高强度光照下的大豆（Glyci
尽管大豆对全球经济至关重要，但该作物面临光系统II（PSII）光抑制导致的生产力损失，这一问题因高温和干旱而加剧。碳点（Cdots）作为一种光捕获和紫外线防护剂，提供了一种缓解此类胁迫的策略。本研究评估了叶面施用Cdots对暴露于高强度光照下的大豆（Glycine max L. Merr. cv. BRS 1054 IPRO）的影响。在采用完全随机设计的温室实验中，植株分别喷施去离子水（对照）、三种浓度（0.02、0.05和0.20 mg mL?1）的合成Cdots或商业Cdot产品。植株先在50%遮荫下生长，播种后24天转移至高通量温室（20%衰减）。测量指标包括PSII荧光（最大量子产额、潜在活性、基础荧光和动态光抑制）和叶片气体交换（气孔导度、净光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度、内在水分利用效率羧化效率），以及叶绿素指数和生长性状。0.05 mg mL?1的Cdots和商业产品维持了比对照高16%的早晨PSII最大活性，表明光保护增强。相反，0.20 mg mL?1的Cdots在中午使PSII最大活性降低了62%。在第14天，0.05 mg mL?1处理改善了胁迫驯化，降低了气孔导度和蒸腾速率，同时维持了光合作用。该浓度显著促进了生长，与对照相比，叶绿素含量增加了14%，茎长增加了26%，总干质量增加了高达41%。总之，0.05 mg mL?1的Cdots缓解了慢性光抑制而不增加动态光抑制，从而作为一种有前景的纳米生物刺激剂，促进强光胁迫下大豆的早期生长。
该研究针对气候变化背景下大豆生产面临的强光诱导的光系统II（PSII）光抑制问题，探讨了碳点（Cdots）作为一种新型纳米材料在农业中的应用潜力。研究人员通过温室实验，分析了不同浓度Cdots对大豆生理及生长的影响，发现特定浓度的Cdots能有效缓解光抑制并作为纳米生物刺激剂促进作物早期生长，相关成果发表在《Plants》杂志。
在研究方法上，研究人员采用了透射电子显微镜（TEM）和紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）及光致发光光谱（PL）对合成的Cdots进行了理化表征。选用大豆品种BRS 1054 IPRO，设置完全随机试验设计，包括对照、三种浓度合成Cdots（0.02、0.05、0.20 mg mL?1）及商业Cdots产品处理。通过叶绿素a荧光动力学参数（F0、Fv/Fm、DP%）监测PSII功能，利用便携式红外气体分析仪（IRGA）测定气体交换参数，并结合叶绿素含量指数（CCI）及多项生物量指标（如相对生长率RGR、净同化率NAR）进行综合评估。
研究结果显示，TEM分析表明Cdots粒径为3–10 nm，具有高度结晶的碳结构。UV-Vis光谱显示在230 nm和336 nm处有特征吸收峰，PL光谱显示其最佳激发波长在330–360 nm范围内，发射峰位于430 nm，量子产率（QY）为44.17%。
在生理响应方面，环境改变后第一天，Commercial和Cdot 0.05处理组的早晨最大PSII量子产额（Fv/Fm）比对照组高16%，表明慢性光抑制得到缓解；而Cdot 0.20处理组在中午表现出显著的动态光抑制（DP%），Fv/Fm降低了62%。气体交换分析表明，Cdot 0.05处理在驯化后期（第14天）能显著降低中午的气孔导度（gs）和蒸腾速率（E），同时维持净光合速率（A）。
生长分析结果表明，Cdot 0.05处理显著提高了叶绿素含量指数（CCI），增加了约14%。生物量积累方面，该处理使茎长增加了26%，叶干质量（LDM）、根干质量（RDM）及总干质量（TDM）均有显著提升，其中总干质量增幅达41%。此外，净同化率（NAR）和相对生长率（RGR）也显著提高。
讨论部分指出，Cdots的光保护作用可能源于其对光能的吸收与再分配，减少了过剩激发能对PSII反应中心的损伤。浓度为0.05 mg mL?1的Cdots在改善PSII功能稳定性的同时，促进了叶绿素合成和碳同化效率，进而转化为生物量的显著增加。虽然高浓度（0.20 mg mL?1）Cdots引起了短暂的光化学应激，但未造成持久的毒性效应。结论强调，Cdots具有剂量依赖性效应，0.05 mg mL?1是缓解强光胁迫下大豆慢性光抑制并促进早期生长的最佳浓度，证实了Cdots作为纳米生物刺激剂在现代可持续农业中的应用潜力。
