稀土螯合物掺杂荧光碳点对植物光合生理生化的影响及机制研究

Improving the efficiency of photosynthesis is an important way to improve the yield of crops, which is of great significance to solve the problems of human food, energy and environment, etc. Rare-earth elements (RE) and carbon nanomaterials can enhance plant photoelectric transfer efficiency and improve photosynthetic efficiency under appropriate conditions, respectively. The project proposed to use different reaction precursors and different pyrolysis temperature to synthesize RE chelate doped fluorescent carbon dots (RE-CDs). On the basis of enrich nano-carbon material preparation technology, to investigate the effect of RE-CDs on: light -harvesting complex (LHC), photosynthetic reaction center (PS), chloroplast, and plant photosynthetic physiological from microscopic to macroscopic order. To provide certain basis for selecting nanometer materials for plant nanometer bionic project, and a theoretical basis for assessing RE-doped carbon dots potential impact on the environment, hoping to provide theoretical basis for the application of nano-materials in realistic production.

提高光合作用效率是增加农作物产量的重要途径，对解决人类食物、能源、环境等问题具有重要意义。稀土元素（Rare earth elements，RE）及荧光碳点（Carbon dots，CDs）在适当的条件下均可增强植物光电转移效率，提高光能利用率。但稀土元素掺杂碳点（RE-CDs）的制备及应用研究开展较少，与植物光合系统对接的研究更未见报道。本项目拟选用不同的反应前驱体，利用分子基团裂解温度的不同制备RE-CDs。在丰富纳米碳材料制备技术的基础上，以微观到宏观的顺序分别研究RE-CDs对捕光复合物、光合反应中心、离体叶绿体及植株活体的影响机制，系统地研究RE-CDs对植物光合生理生化及生长发育的影响，考察RE-CDs细胞毒性，为植物纳米仿生工程纳米材料的选择提供依据，也为评估稀土螯合物掺杂纳米碳材料对环境的潜在影响奠定基础，以期为纳米材料在实际生产生活中的应用提供技术参考。

纳米材料不断增加的产量不可避免的分散到生态环境中，它们的生态学效应受到了极大的关注。本研究利用水热合成法合成一种新型的铈掺杂碳量子点（CDs:Ce），新合成的CDs:Ce粒径小且均匀，晶格状近似球形，稳定性较高，具有良好的水溶性和生物相容性。利用不同浓度梯度（0.01、0.025、0.05、0.1、0.2和0.4 mg/mL）的CDs:Ce处理小麦，结果表明：与空白对照相比，CDs:Ce可以促进小麦的生长发育，提高小麦的抗氧化能力。在0.025 mg/mL CDs:Ce处理下，小麦的形态指标最好，叶绿素含量和过氧化物酶活性最高，丙二醛含量最低。小麦植株可以吸收CDs:Ce，并从根部通过维管组织运输到茎部和叶片；在根部聚集的最多，在叶片聚集的最少，主要聚集在细胞壁、维管组织、叶脉和气孔。CDs:Ce可以作为一种新型农业纳米肥料、植物活体成像的技术应用到农业生产生活中。