g-C3N4调控小麦幼苗生长及光合效率的剂量效应与分子机制研究

本研究揭示了石墨相氮化碳(g-C3N4)对小麦幼苗生长的双重调控作用：低浓度(10-20 mg/mL)通过上调捕光色素蛋白(LHC)基因表达，增强PSII光化学效率，显著促进根系发育和株高增长；而高浓度(50 mg/mL)则产生抑制作用。该研究为纳米材料在农业领域的精准应用提供了重要理论依据。

　　

Highlight

外源施加10 mg/mL和20 mg/mL的g-C₃N₄能够增强小麦叶片中捕光叶绿素a/b结合蛋白基因的表达，从而扩大光捕获截面，提升光能捕获与传递能力，提高PSII的有效光化学效率，增强光合碳同化潜力，加速电子传递，增加叶片叶绿素含量，最终改善光合效率。

Experimental Materials

本实验选用的小麦品种为晋春6号。石墨相氮化碳的合成参照Niu等人(2012)的方法：将双氰胺(纯度≥99.0%)置于马弗炉中，以2.3°C/min的速率升温至550°C并保持4小时，随后以约1°C/min的速率冷却。将得到的黄色团聚体用研钵研磨成粉末，再加热至500°C...

Structural characterization of g-C₃N₄

在透射电镜(TEM)下，g-C₃N₄通常呈现纳米片或纳米管形态，尺寸介于几十到几百纳米之间。纳米片边缘清晰，内部呈层状排列，层间通过范德华力相互作用。扫描电镜(SEM)下更直观显示其片状或块状结构，相对...

Conclusion

10 mg/mL和20 mg/mL的g-C₃N₄处理可显著增加根系总长度、投影面积和表面积，从而增强水分和养分吸收利用能力，使株高分别增加11.77%和11.45%，根长增加8.29%和2.56%，整体促进小麦生长。而50 mg/mL浓度则表现出抑制作用。