红光碳点通过增强光合作用与延缓叶片衰老促进番茄增产的机制研究

本研究揭示了新型红光碳点（CDs）通过增强光合效率（希尔反应）和促进光敏色素PhyB核转位，显著延缓番茄叶片衰老并提升果实产量与品质，为纳米材料在农业应用提供了关键分子机制依据。

　　

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Synthesis and characterization of CDs

碳点（CDs）采用柠檬酸和甲酰胺的无溶剂碳化法合成（详见补充信息方法S1）。透射电子显微镜（TEM）图像显示CDs形态均匀（图1a），原子力显微镜（AFM）进一步证实其形貌特征（图1b），平均尺寸约为6纳米（图1c）。拉曼光谱在1580 cm^-1（G峰，石墨化结构）和1335 cm^-1（D峰，无序碳结构）处出现特征峰（图1d），符合碳材料的典型光谱模式。

Characterization of CDs

本研究合成的CDs在560 nm绿光激发下可发射670 nm红光（图1e），紫外-可见吸收光谱显示其在紫外区有强吸收（图1f）。X射线光电子能谱（XPS）表明CDs主要由C、N、O元素组成（图1g），傅里叶变换红外光谱（FT-IR）检测到羟基、羧基等官能团（图1h）。细胞毒性试验证实CDs对番茄植株安全无毒性（图1i）。

CDs regulate tomato fruit ripening, quality, and yield

CDs处理使番茄开花30天后花朵数量增加36.05%，结果60天后果实数量提升62.71%（图6）。果实转色时间提前2天（图S5a,b），成熟果实表面颜色分析显示色泽更鲜艳。糖酸比、维生素C和可溶性固形物含量均显著提高（图S5c-f），表明CDs同步改善番茄产量与品质。

CDs are promising approach to promote plant growth

近年研究表明CDs可作为新型纳米调节剂深度影响植物生长。例如Wang等（2018）发现CDs提升绿豆芽生物量和光能利用率；Li等（2020）证实硒氮共掺杂CDs增强水稻耐盐性并提高产量；Kou等（2021）报道CDs促进番茄矿物质吸收和光合作用。本研究通过转录组分析发现CDs下调叶片衰老相关基因（乙烯响应、蛋白泛素化、叶绿素降解等通路），同时通过phyB::GFP瞬时表达实验证明CDs加速光敏色素PhyB从胞质向核内转运，这可能是延缓衰老的关键机制。

Conclusion

我们成功合成具有独特光转换特性的无毒CDs。其通过增加有效光强度和提升电子传递效率（希尔反应）增强光合作用，同时促进光受体核转位以延缓叶片衰老，最终实现番茄产量与品质的协同提升。该研究为纳米材料在农业生产中的应用提供了理论依据和实践指导。