碳点通过协同调控养分吸收与光合作用促进植物生长的多变量模型证据

《Bioresource Technology》：Carbon dots promote plant growth via coordinated regulation of nutrient uptake and photosynthesis: Evidence from multivariate modeling

本研究通过多变量建模（PLS-SEM/PCA）系统解析碳点（CDs）对植物生理的剂量效应，揭示其通过螯合离子（如Ca2+）、激活抗氧化酶（SOD/CAT/APX/POD）等途径协同促进养分吸收（Fe/Ca/Mg/K）、光合效率（PSII电子传递）及生长调控的分子机制，为纳米生物刺激剂设计提供理论支撑。

　　

Highlight

碳点通过螯合多价离子并潜在诱导Ca²⁺信号通路，显著促进养分（Fe、Ca、Mg、K）的吸收与转运，进而通过改善气孔导度、叶绿素含量和PSII电子传输效率提升光合作用。这些生理增强效应呈现非单调剂量响应模式，中浓度处理会引发短暂代谢紊乱，而高浓度下抗氧化酶（SOD、CAT、APX、POD）的激活可缓解氧化损伤并维持 redox 稳态。

Coordination of nutrient uptake, photosynthesis, and growth revealed by multivariate modeling

为解析碳点如何调控植物生理表现，我们通过整合偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）和主成分分析（PCA），评估了不同碳点浓度下养分吸收、光合作用与生长响应间的因果关系和多变量模式（图1）。PLS-SEM模型展现出高解释力，光合作用（R²=0.872）和植物生长（R²=0.766）的拟合优度（GoF）达0.802，表明模型结构与测量部分均稳健。

Conclusions

本研究提出了一个机制框架，阐明碳点如何通过整合调控养分吸收、光合作用及氧化应激响应来调节植物生理。碳点通过螯合离子并潜在激活Ca²⁺信号通路，显著促进养分同化，进而通过改善气体交换、叶绿素生物合成和PSII活性提升光合性能。这些生理改善与抗氧化防御系统的及时激活相协调，共同驱动植物生长。