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土壤盐渍化严重威胁全球农业，多巴胺（DA）虽有缓解植物盐胁迫的潜力，但易自聚限制其应用。研究人员通过双配体螯合和纳米技术，制备了 EDTA/Zn/DA（EZD）及负载它的纳米载体。实验表明该纳米载体显著提升植物耐盐性，为应对作物盐胁迫提供新思路。
在全球农业蓬勃发展的背后，土壤盐渍化问题却如同一颗毒瘤，悄然侵蚀着耕地，严重威胁着粮食安全。土壤中过高的盐分，尤其是钠离子，会破坏植物根系的离子平衡，干扰植物的正常代谢，导致植物生长受阻、发育不良 。为了应对这一严峻挑战，科研人员一直在不懈探索有效的解决办法。
传统的培育耐盐品种的方法，不仅耗时费力，而且技术要求高，遗传收益也难以预测。于是，越来越多的研究者将目光投向了外源生长调节剂，多巴胺（DA）便是其中备受瞩目的 “潜力股”。DA 价格低廉、结构简单且易于合成，它能够增强植物在盐胁迫下的光合作用，提高抗氧化酶的活性，减少活性氧（ROS）的积累，还能调节植物对离子的吸收，维持较高的 K+/Na+比，从而减轻盐胁迫对植物的伤害。然而，DA 有个 “致命弱点”，它在使用过程中极易发生不可逆的自聚合反应，形成不溶于水的聚多巴胺（PDA），这不仅降低了 DA 的利用效率，还会使其牢牢附着在土壤颗粒和植物根系上，影响其发挥作用 。因此，如何抑制 DA 的自聚合，提高其在土壤中的稳定性和有效性，成为了亟待解决的难题。
在这样的背景下，山东农业大学的研究人员勇挑重担，开展了一项极具创新性的研究。他们旨在通过双配体螯合策略和纳米技术，制备一种能够高效递送单体 DA 的系统，以增强植物的耐盐性。研究结果令人振奋，他们成功制备出了 EDTA/Zn/DA（EZD）双配体螯合物，并构建了负载 EZD 的木质素基纳米载体（ODBAC/SL-EZD）。实验表明，这种纳米载体能够显著抑制 DA 的自聚合，降低其在土壤中的吸附率，有效提高了 DA 的利用效率。在盐胁迫实验中，与对照组相比，ODBAC/SL-EZD 处理组的番茄植株和木梨幼苗的生长指标显著提高，这得益于植物体内脯氨酸含量的增加、抗氧化能力的增强以及 K+/Na+比的提升。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为缓解作物盐胁迫提供了新的策略和理论依据，有望为农业生产带来新的突破。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。通过紫外 - 可见光谱（UV - Vis）、X 射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术对 EZD 和纳米载体进行了全面的表征，以确定其结构和组成。利用 Zetasizer Nano ZS 和透射电子显微镜（TEM）等手段对纳米载体的粒径、电位和形态进行了分析。采用滴定法测定了纳米载体中 DA 的负载率。通过土壤吸附实验、植物表型分析、离子含量测定、基因表达分析等实验，深入研究了纳米载体对植物耐盐性的影响及作用机制。
1. EZD 的构建与表征
研究人员首先研究了 Zn2+、Fe2+和 Fe3+与 DA 的配位作用，发现 Zn2+能显著延迟 DA 的自聚合。随后，将 EDTA 引入 Zn/DA 系统，通过调整 EZD 各组分的比例，成功制备出了能有效抑制 DA 自聚合的 EZD。UV - Vis 光谱、XRD 和 FTIR 分析表明，EZD 的形成改变了 DA 的结构和结晶度，且其在土壤中的吸附率明显低于 DA 单体和 Zn/DA 。
2. 木质素基纳米递送系统的构建与表征
研究人员尝试用环境友好的木质素磺酸钠（SL）吸附 EZD 制备纳米颗粒，但未成功。于是转变策略，通过制备油包水乳液，成功构建了木质素基纳米载体（ODBAC/SL），并将其与 EZD 结合，得到了 ODBAC/SL-EZD 纳米颗粒 。通过 zeta 电位、XRD、TEM 等表征手段，证实了纳米载体的成功构建以及 EZD 在其中的存在和作用。
3. ODBAC/SL-EZD 的土壤吸附与植物根系分布
土壤吸附实验表明，ODBAC/SL-EZD 对 DA 的吸附程度显著低于 EZD 样品，这表明纳米技术能够有效降低 DA 在土壤中的吸附，提高其利用效率。荧光示踪实验显示，纳米颗粒能够分布在植物根表皮，并穿透表皮到达根的内皮层和木质部细胞，为 DA 发挥作用提供了途径 。
4. ODBAC/SL-EZD 对番茄和梨幼苗盐胁迫的缓解作用
研究人员通过对番茄和梨幼苗进行不同处理，发现单独的 EZ 或空白 ODBAC/SL 纳米颗粒不能缓解植物盐胁迫。而与其他处理组相比，ODBAC/SL-EZD 处理组的幼苗在盐胁迫下，生长状况明显改善，脯氨酸含量增加，活性氧和丙二醛（MDA）水平降低，叶绿素含量得以维持，有效减轻了盐胁迫对植物的伤害 。
5. ODBAC/SL-EZD 对植物 K+/Na+稳态的调节作用
研究发现，ODBAC/SL-EZD 处理显著降低了番茄和梨植物组织中的 Na+和 K+水平，提高了 K+/Na+比。进一步的基因表达分析表明，ODBAC/SL-EZD 能够上调与 Na+/K+运输相关的基因（如 SlHKT1;2、SlNHX1 和 SlSOS1）的表达，有助于维持植物在盐胁迫下的离子稳态，增强植物的耐盐性 。
综上所述，该研究成功构建了一种双配体多巴胺（EZD）负载的木质素基纳米颗粒（ODBAC/SL-EZD）递送系统，有效解决了 DA 自聚合和土壤吸附的问题，显著提高了 DA 缓解植物盐胁迫的能力。这一成果为农业生产中应对土壤盐渍化问题提供了新的技术手段和理论支持，有望在未来广泛应用于农业生产实践，提高盐渍化土壤上作物的产量和品质，对于保障全球粮食安全具有重要意义。同时，该研究也为纳米技术在植物抗逆领域的应用开辟了新的方向，为后续相关研究提供了宝贵的参考。
