Mitigating abiotic stress in crop plants using nanoformulations for climate-resilient agriculture

方法

系统综述金属、硅基、碳基等纳米制剂的剂量响应、多组学与田间证据。

发现

纳米制剂通过抗氧化、渗透调节等机制缓解胁迫，但剂量标准化与田间验证不足。

机会点

可研究纳米制剂剂量标准化、多地点田间验证及其与AI精准农业的耦合机制。

非生物胁迫，特别是干旱、盐渍、高温和重金属毒性，日益制约作物生产力并威胁可持续粮食生产。尽管纳米制剂在缓解胁迫方面已展现出可观潜力，但相关证据在纳米颗粒类型、作物种类、胁迫条件和施用剂量之间仍较为零散，且尚缺乏将剂量效应、内在机制、多组学证据、田间表现和安全性联系起来的批判性综合。本综述批判性地综合了纳米制剂用于非生物胁迫管理的研究进展，重点关注剂量依赖响应、生理生化机制、分子调控、多组学见解、环境意义和农业应用。纳米制剂被广泛归类为金属及金属氧化物基、硅基、碳基、生物聚合物基以及复合或智能系统，以便对其功能作用进行有针对性的评估。其缓解胁迫的效应主要与增强抗氧化防御、渗透调节、光合保护、离子稳态、养分利用和胁迫响应信号传导相关。定量证据凸显了其潜力；例如，在实验条件下，叶面喷施100 mg L-1的氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）使盐胁迫小麦的籽粒产量提高42.2%，根干重提高63.1%。整合转录组学、蛋白质组学、代谢组学和离子组学的多组学方法正日益揭示纳米颗粒–植物相互作用和胁迫响应网络。其与人工智能（AI）辅助精准农业的融合，可进一步支持胁迫响应预测以及纳米制剂剂量、施用时机和作物特异性应用的优化。然而，剂量标准化、多季节和多地点田间验证、纳米颗粒转化与持久性、土壤微生物组影响、食物链传递以及统一的安全性评估仍是主要挑战。未来研究应将智能纳米制剂、多组学和AI驱动的精准部署与严格的田间和环境安全验证相结合。因此，纳米制剂代表了实现精准、可持续和气候韧性农业的下一代策略。