典型人工纳米颗粒对农作物抗虫性的生防机制研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    41907304
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    陈菲然
  • 依托单位：
    江南大学
  • 学科分类：
    D0707.环境地球化学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The research fronts on application of engineered nanoparticles (NPs) opens new frontiers in pest management by inducing resistance in host crop plants. The bioavailability of NPs, which is largely controlled by the environmental geochemical behaviors of NPs in rhizosphere, is imperative for stimulating crop innate resistance. However, it is unclear how rhizosphere could affect NPs bioavailability to further induce resistance in crops against pests, and little is known for the underlying mechanisms. In this project, synchrotron radiation X-ray fluorescence (XRF), X-ray absorption near edge structure (XANES), high performance liquid chromatography-mass spectrometer (HPLC-MS/MS) and other advanced techniques will be applied to identify the effects of root exudates on the geochemical behaviors (e.g., dissolution and transformation) of CeO2 NPs and SiO2 NPs, and to reveal the feedback mechanisms of NPs to the formation of exudates. Additionally, the phytohormone (e.g., salicylic acid, jasmonic acid and ethylene) signaling pathways involved in NPs-induced resistance in rice against pests, and the effects of NPs on the trade-offs between constitutive and inducible resistance against pests will be further explored. The outcomes of this project will provide fundamental knowledge and technical support to promote the establishment of efficient and safe nano-agricultural technology in crop protection and pest management.
目前，人工纳米颗粒（NPs）诱导农作物的抗虫性已成为国际上的一个研究热点。NPs的生物有效性对诱导农作物抗性起着关键的调控作用。根际过程是影响NPs生物有效性的重要环境地球化学过程，然而，目前尚未明确根际过程如何调控NPs的生物有效性、进而诱导农作物的抗虫性的作用机制。本项目拟以CeO2 NPs和SiO2 NPs为研究对象，采用同步辐射、高分辨液相色谱质谱联用仪等先进技术手段，揭示根系分泌物对NPs溶解、转化等关键地球化学行为的影响规律，以及NPs对根系分泌物的反馈调节机制；探明NPs提高水稻抗虫性的水杨酸、茉莉酸和乙烯等植物激素信号合成与转导途径，以及NPs对水稻组成抗性和诱导抗性平衡策略的影响机制。为最终建立高效、安全的农作物抗虫纳米农业技术提供重要的理论依据和技术支撑。

结项摘要

人工纳米颗粒（NPs）在农业可持续发展等方面已展现出巨大应用前景。目前，NPs诱导植物抗性的研究仍处于起步阶段，尤其是NPs对植物抗虫性的调控作用和机制尚不明晰。本项目建立了NPs介导的作物抗虫微宇宙培养系统，明确了根际环境可促进NPs的转化并提高作物对NPs的吸收利用，同时，NPs又能增加有益根系分泌物和根际微生物，进一步增强作物的生长和抗性；揭示了不同浓度NPs处理下，作物抗虫的组成与诱导抗性的变化，NPs可增加作物营养元素与化学防御物质的含量，促进物理防御结构的形成。此外，从细胞层面探究了NPs的生物效应及其促生和增强抗性的机理。阐明了NPs对作物抗性的诱导作用主要是由于1）化学防御物质合成基因表达的上调；2）细胞感知胁迫、修复损伤、防御重塑的增强；3）植物激素信号转导、糖类代谢、抵御环境胁迫相关代谢途径的激活。本项目探索并揭示了NPs调控作物抗性的关键过程及生物响应机制，为增强作物防御能力、减缓逆境胁迫危害，建立高效、安全、可持续的纳米农业调控技术提供科学依据，并为农作物保护和促进粮食安全开辟新的路径。

项目成果

期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Mechanisms of growth-promotion and Se-enrichment in Brassica chinensis L. by selenium nanomaterials: beneficial rhizosphere microorganisms, nutrient availability, and photosynthesis
纳米硒材料促进甘蓝生长和富硒的机制：根际有益微生物、养分利用率和光合作用
  • DOI：
    10.1039/d1en00740h
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Environmental science. Nano
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Chuanxi Wang;Le Yue;Bingxu Cheng;Feiran Chen;Xiaoli Zhao;Zhenyu Wang;Baoshan Xing
  • 通讯作者：
    Baoshan Xing
Meta-analysis of chitosan-mediated effects on plant defense against oxidative stress
壳聚糖介导的植物防御氧化应激作用的荟萃分析。
  • DOI：
    10.1016/j.scitotenv.2022.158212
  • 发表时间：
    2022-08-27
  • 期刊：
    SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT
  • 影响因子：
    9.8
  • 作者：
    Ji, Haihua;Wang, Jinghong;Wang, Zhenyu
  • 通讯作者：
    Wang, Zhenyu
Nanomaterial-modulated cellular sodium extrusion and vacuolar sequestration for salt tolerance
纳米材料调节细胞钠挤出和液泡隔离以提高耐盐性
  • DOI：
    10.1039/d2en00623e
  • 发表时间：
    2022-09-08
  • 期刊：
    ENVIRONMENTAL SCIENCE-NANO
  • 影响因子：
    7.3
  • 作者：
    Chen, Feiran;Zhu, Liqi;Wang, Zhenyu
  • 通讯作者：
    Wang, Zhenyu
Foliar carbon dot amendment modulates carbohydrate metabolism, rhizospheric properties and drought tolerance in maize seedling
叶面碳点改良剂调节玉米幼苗的碳水化合物代谢、根际特性和耐旱性
  • DOI：
    10.1016/j.scitotenv.2021.151105
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Science of The Total Environment
  • 影响因子：
    9.8
  • 作者：
    Hanyue Yang;Chuanxi Wang;Feiran Chen;Le Yue;Xuesong Cao;Jing Li;Xiaoli Zhao;Fengchang Wu;Zhenyu Wang;Baoshan Xing
  • 通讯作者：
    Baoshan Xing
The molecular mechanisms of silica nanomaterials enhancing the rice (Oryza sativa L.) resistance to planthoppers (Nilaparvata lugens Stal)
二氧化硅纳米材料增强水稻（Oryza sativa L.）抗飞虱（Nilaparvata lugens Stal）的分子机制
  • DOI：
    10.1016/j.scitotenv.2021.144967
  • 发表时间：
    2021-02-05
  • 期刊：
    SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT
  • 影响因子：
    9.8
  • 作者：
    Cheng, Bingxu;Chen, Feiran;Xing, Baoshan
  • 通讯作者：
    Xing, Baoshan

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其他文献

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陈菲然的其他基金

纳米氧化铈介导下根际和内生菌对抗性基因传播的调控机制
  • 批准号：
    42377252
  • 批准年份：
    2023
  • 资助金额：
    49 万元
  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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