近日，国科大杭州高等研究院环境学院王亚韡教授工作室在手性纳米颗粒调控植物对锂的吸收与积累方面取得新进展，相关成果以“Enantiomer-Dependent Modulation of Lithium Uptake and Accumulation in Plants by Foliar Application of Chiral SeNPs”为题，发表于环境科学领域期刊Environmental Science & Technology。

随着锂电池新能源产业的快速发展，锂矿开采、工业废水排放和废旧电池处置导致锂进入土壤环境。已有研究表明，部分农田土壤的锂浓度可达100 mg kg⁻¹以上。高锂胁迫会抑制作物生长、降低产量，更需警惕的是锂可随作物吸收进入食物链，最终威胁人体健康。因此，开发有效策略降低农产品中锂累积、保障农产品安全，已成为环境与食品领域亟待解决的问题。

纳米技术为环境胁迫下植物抗逆提质提供了新工具。硒纳米颗粒（SeNPs）因其优异的抗氧化活性受到了广泛关注。纳米材料的“手性效应”——即化学组成相同、空间构型相反的对映体，在生物系统中可表现出截然不同的生理效应，已成为研究前沿。手性硒纳米颗粒是否对映体依赖地调控植物对锂的吸收转运及其内在机制尚不清楚。

该研究以茄子（Solanum melongena L.）为供试作物，制备了左旋（L-）、右旋（D-）及消旋（L/D-）三种构型SeNPs，通过水培筛选和盆栽试验，系统探究了手性SeNPs对植物吸收积累锂的对映体依赖性效应。盆栽试验显示，与仅施锂对照组相比，L-SeNPs叶片喷洒使茄子果实锂浓度降低27%，同时促进锂向叶片等非食用部位转移，D-SeNPs则未表现出非食用部位富集效果。L-SeNPs处理后叶片锂浓度可达1510 mg kg^-1，表明叶片是锂累积主要部位。亚细胞分级结果显示，L-SeNPs处理提高了茄子叶和根中可溶性组分及细胞器组分锂水平，提示液泡区隔化等亚细胞分配机制参与了植物对高锂胁迫的耐受。根际土壤中锂的形态分布仅有小幅变化，说明上述调控效果并不能简单归因于土壤锂有效性改变。叶片转录组分析发现，L-SeNPs处理诱导了较明显的转录响应，差异基因主要富集于氧化还原调节过程。其中，抗坏血酸过氧化物酶相关基因APX3显著上调，APX活性提高至对照组的1.5倍。叶片谷胱甘肽水平得以维持，麦角硫因含量有所增加。上述结果表明，L-SeNPs可通过增强抗氧化防御性能，帮助植物适应锂胁迫。叶面喷施的影响也延伸至地下根际微生态。基因测序显示，L-SeNPs处理提高了根际细菌物种丰富度，部分促生菌群也随之富集。根际非靶向代谢组分析进一步显示，多种氧化胁迫相关代谢物水平降低，提示根际氧化胁迫状态有所缓解。进一步整合叶片转录组、根际代谢组和微生物组数据，发现三者之间存在显著关联，Mantel分析和偏最小二乘路径模型（PLS-PM）的结果一致表明，叶面喷施L-SeNPs与叶片抗氧化响应、根际微生物及代谢变化、植物锂累积和生长表现均相互关联，构成了从叶片生理响应延伸至根际微环境的调控网络。但需要说明的是，PLS-PM反映的是统计关联，叶片到根际的具体信号传递过程，仍需功能实验加以验证。

该研究将纳米尺度手性引入作物锂累积调控，显示L-SeNPs在降低果实锂浓度、增强植物锂耐受、促进非食用部位锂累积方面具有应用潜力。对于植物锂矿物开采而言，非食用部位的富集结果提供了研究线索，但距离实际资源回收仍需进一步验证。后续还需开展田间试验、长期环境安全评价和锂回收可行性研究，明确该技术在不同土壤和作物条件下的适用范围。

图1 手性SeNPs调控茄子植物对土壤锂的吸收累积

图2. 叶面喷施L-SeNPs与根际微生物及代谢变化、植物锂累积关联

国科大杭州高等研究院环境学院2025级博士研究生仝梦婷以及2023届硕士研究生林潮为该论文共同第一作者，李灵香玉研究员和王亚韡研究员为通讯作者。该研究获得了浙江省自然科学基金（LR24D010001）、国科大杭州高等研究院自主部署项目（2024HIAS-V001、2024HIAS-Y001）及国家自然科学基金（22376045、22021003）的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.6c10162