利用壳聚糖基氧化铁纳米颗粒高效缓解铜诱导的细胞功能障碍

铜是一种必需的氧化还原活性微量营养元素，但由于采矿、工业排放以及高强度农用化学品使用，农业土壤正日益受到铜污染，使其浓度超过植物可耐受的水平。过量铜会诱导类芬顿反应型活性氧（ROS）的生成，导致线粒体功能障碍和生长受损。现有的缓解策略，如土壤改良、植物修复、抗氧化剂以及不同类型的螯合剂，已被用于降低铜毒性，但其效果常受限于固定化、特异性差和环境持久性等问题。 本研究提出了一种基于纳米颗粒的策略，用于直接封存过量铜，并同时防护铜胁迫所致的氧化损伤。在此，我们报道了MPA-氧化铁纳米颗粒（MIONPs），其经壳聚糖、谷胱甘肽和3-巯基丙酸依次功能化，旨在通过表面巯基螯合铜，同时清除ROS并恢复氧化还原稳态。与裸氧化铁纳米颗粒（BIONPs）相比，MIONPs表现出显著提高的铜结合能力；在铜胁迫条件下的番茄（Solanum lycopersicum）幼苗中，MIONPs显著改善了萌发以及根/茎生长，降低了细胞内ROS水平，恢复了线粒体膜电位，并维持了细胞核完整性。这一一体化设计表明，MIONPs是一种有前景的双功能纳米平台，可用于农业中铜胁迫的可持续管理。

铜是必需的氧化还原活性微量营养元素，但由于采矿、工业排放以及高强度农用化学品使用，农业土壤正日益受到铜污染，使其浓度超过植物可耐受的水平。过量铜会诱导类芬顿反应型活性氧（ROS）的产生，导致线粒体功能障碍和生长受抑。

现有的缓解策略，如土壤改良、植物修复、抗氧化剂以及不同类型的螯合剂，已被用于降低铜毒性，但其有效性常常受限于固定化、特异性差以及环境持久性等问题。本研究提出了一种基于纳米颗粒的策略，通过直接隔离过量铜，并同时防护铜胁迫所造成的氧化损伤。在此，我们报道了一种MPA-氧化铁纳米颗粒（MIONPs），其经壳聚糖、谷胱甘肽和3-巯基丙酸依次功能化，旨在通过表面巯基实现同时清除ROS、恢复氧化还原稳态并螯合铜。与裸氧化铁纳米颗粒（BIONPs）相比，MIONPs表现出显著提高的铜结合能力；在受铜胁迫的番茄（Solanum lycopersicum）幼苗中，MIONPs显著改善了发芽率以及根/芽生长，降低了细胞内ROS水平，恢复了线粒体膜电位，并维持了细胞核完整性。这种一体化设计确立了MIONPs作为一种前景良好的双功能纳米平台，可用于农业中铜胁迫的可持续管理。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.24.746706v1?rss=1

🏷️ 铜胁迫 氧化铁纳米颗粒 壳聚糖功能化 活性氧清除 线粒体功能 番茄幼苗