科技日报记者 梁乐
探索既能减少化肥依赖，又不牺牲作物产量与粮食安全的优化方案，是全世界科学家们正在努力的方向。近日，中国科学院新疆生态与地理研究所（以下简称“新疆生地所”）干旱区水资源与地表过程团队找到了解决方案——在作物叶面喷施纳米硒材料。
为何选择纳米硒材料？团队研究发现，纳米硒材料不仅可作为微量营养素载体，还能在植物体内发挥氧化还原活性调节剂的作用，能显著提高光合作用效率、增强抗氧化防御能力、调节植物激素，并重塑根际微生物群落。
简单来说，纳米硒就像一座“沟通桥梁”，将地上部分的植物代谢与地下部分的微生物活动紧密连接起来。以水稻为例，在氮肥减少的情况下，施用纳米硒材料后，作物光合作用性能提高了40%以上。增强的光合作用产生了更多的碳水化合物，这些碳水化合物被运输到根部并释放到根际，刺激了参与氮循环和养分矿化的有益微生物。
与此同时，与氮吸收和运输相关的基因被激活，提高了氮的利用效率，同时抑制了氮的流失。经测算，在减少30%氮肥投入的情况下，纳米硒材料的应用使水稻产量仍能保持与全量施肥相当的水平。
不仅如此，这种协同系统还带来了显著的环境和农艺效益。由于氮利用效率提高及微生物群落优化，甲烷、一氧化二氮和氨的排放量显著减少。同时，作物品质也有所提升，包括蛋白质、氨基酸、淀粉和硒含量的增加。
新疆生地所研究员陈亚宁表示，未来农业正朝着更智能、更绿色的方向迈进。纳米硒材料并非通过单一途径发挥作用，相反，其能动态协调植物生理机能、微生物功能以及养分循环过程。
“纳米硒就像一个‘氧化还原导体’，会根据环境条件不断调整光合作用、糖分分配、应激反应以及根际活动。”陈亚宁说，在未来的精准农业系统中，科学家们或许能够同时追踪光合作用、养分分配、微生物活动以及氧化还原信号，使作物在对环境影响最小的情况下实现生产力的最优化。
据悉，上述研究成果近期发表于国际期刊《植物科学趋势》，为相关领域的科学家和政策制定者提供了一个清晰的概念框架：通过纳米硒材料介导的氧化还原调节来协调植物—微生物系统，农业有望摆脱对大量农用化学品的依赖，转向更精准、高效和环境可持续的生产系统。
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