酸触发型中空介孔二氧化硅纳米颗粒负载氨硼烷长效释氢增强甘薯耐盐性研究

为解决土壤盐渍化制约作物生长的问题，研究人员开发了酸响应型氨硼烷负载中空介孔二氧化硅纳米颗粒（AB@HMSN），实现75小时持续释氢。该材料使盐胁迫甘薯叶绿素含量提升88%，光合速率提高53%，并通过激活Na+/H+逆向转运体和PM H+-ATPase活性调控离子稳态，为盐碱地农业提供新型纳米材料解决方案。

　　

土壤盐渍化正以惊人的速度吞噬着全球耕地，联合国粮农组织预测到205年全球半数耕地将受其威胁。传统电解富氢水(HRW)虽能缓解盐胁迫，但氢气易挥发的特性使其田间应用效果大打折扣。如何让氢分子"慢释放、长续航"，成为农业纳米技术领域亟待突破的瓶颈。

中国农业科学院甘薯研究所（依托CARS-10项目）的研究团队独辟蹊径，从航天燃料材料中获取灵感，将含氢量高达19.6%的氨硼烷(AB)封装进中空介孔二氧化硅纳米颗粒(HMSN)，创造出载药量达811 mg·g^-1的"氢分子缓释胶囊"。这项发表于《Journal of Biotechnology》的研究，通过选择性蚀刻法制备核壳结构sSiO₂@MSN，经碱刻蚀获得直径约150 nm的HMSN载体，最终通过真空灌注实现AB高效装载。

酸响应长效释氢特性

透射电镜显示AB@HMSN呈现典型"蛋壳"结构，氮吸附测试证实其比表面积达896 m²·g^-1。在pH 5.0缓冲液中，材料可持续释氢75小时，释放量是传统HRW的8倍。X射线光电子能谱证实AB在载体中保持稳定化学态，差示扫描量热显示其分解温度从90℃提升至120℃。

光合系统激活效应

150 mM NaCl胁迫下，16 mg·L^-1 AB@HMSN处理使甘薯叶绿素a、b含量分别提升80%和100%。气体交换测定显示光合速率(Pn)增加53%，同时气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)分别提高26%和24%。叶绿素荧光成像揭示PSII最大光化学效率(Fv/Fm)提升21%，表明光系统损伤显著修复。

抗氧化防御增强

处理组超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性分别增加2.3倍、1.8倍和2.1倍。组织化学染色显示H₂O₂和·O^2-积累减少60%，丙二醛含量下降45%。Western blot分析显示盐过敏感蛋白(SOS1)表达量提升3.2倍。

离子稳态调控机制

非损伤微测技术显示，AB@HMSN诱导根部Na⁺外排速率提高210%，K⁺内流增加180%。免疫沉淀证实PM H⁺-ATPase磷酸化水平提升2.5倍，其活性与内源褪黑素(MT)含量呈正相关。当添加MT合成抑制剂丙磺舒后，Na⁺/H⁺逆向转运活性降低67%，证实MT信号通路的关键作用。

这项研究开创性地将航天材料改性应用于农业领域，建立的"纳米载体-氢释放-褪黑素信号-离子稳态"调控轴为作物抗逆提供了新范式。相比传统叶面喷施，纳米缓释系统可减少90%的AB用量，其pH响应特性更契合盐碱地酸化环境。研究团队正在开展田间试验，这种"氢农业"新材料有望成为盐渍土改良的绿色解决方案。