在全球气候变暖背景下，高温胁迫已成为制约作物生长与粮食安全的关键因素。高温不仅抑制光合作用，还会诱导活性氧（ROS）过量积累，造成氧化损伤。传统叶面喷施和土壤施肥方式存在递送效率低、养分流失严重、时空控制能力不足等问题。因此，构建能够精准递送营养元素并同步缓解氧化损伤的新型植物-材料界面，成为农业材料领域的重要研究方向。

近日，化学与化工学院李睿老师以第一作者身份发表研究成果，开发了一种基于透明质酸可溶微针的光热响应递送平台，为提升农作物抗热胁迫能力、提高养分利用效率提供了全新的材料策略。

图1 光热响应微针纳米酶（MPFP-HAMNs）的构建及其在植物叶片中的作用机制示意图

该平台的核心体系为负载MPFP纳米酶的可溶解透明质酸微针阵列（MPFP-HAMNs）。其中，MPFP由Fe²⁺掺杂聚多巴胺与两性离子聚合物修饰的MoS₂纳米片组成，兼具光热转化、离子释放与仿生酶催化等多重功能；透明质酸微针作为可溶解载体，能够穿透植物叶片角质层并完成原位递送。微针阵列可贴合叶片表面，在数秒内穿透并溶解，将功能纳米酶高效递送至叶肉组织，建立稳定的植物-材料生物界面。

从材料设计看，该体系体现出多组分协同特征：MoS₂提供纳米酶活性基础，聚多巴胺赋予近红外响应能力，Fe²⁺作为关键营养元素参与叶绿素合成，两性离子聚合物则提升分散性、稳定性及界面相容性。集成后的材料不仅可在温和光热响应下实现按需释放Fe²⁺，还具备明显的SOD/CAT样仿酶活性，高效清除O₂^-、H₂O₂和·OH等活性氧物种。研究表明，在808 nm近红外光照射下，MPFP纳米酶可在约35°C的温和条件下实现受控升温和Fe²⁺释放，避免过热损伤植物组织。同时，材料的ROS清除能力能有效缓解高温引发的氧化胁迫，保护叶绿体结构与功能。该平台因此集精准输送、环境响应与生物调控于一体。

图2 MPFP纳米酶的抗氧化酶模拟活性

在棉花模型中的实验结果显示，MPFP-HAMNs处理后，植株株高提高34.1%，叶绿素含量增加35.7%，干重和鲜重分别提升9.5%和37.8%。转录组学分析进一步表明，该体系显著调控了光合作用、核糖体生物合成、应激响应及MAPK信号通路相关基因的表达，并维持了叶绿体标志基因的稳定，从分子层面揭示了促进生长和增强热胁迫耐受性的机制。

图3 MPFP-HAMNs对棉花生长的促进机制

该研究将可溶解微针引入植物叶片递送体系，突破了传统喷施方式的穿透与利用效率局限；通过高分子修饰纳米酶，实现了光热转换、营养释放和抗氧化保护的多功能集成；依托叶片近红外光学窗口实现外源刺激响应，提升了植物体内递送的时空可控性。

该平台具有较强的可拓展性：透明质酸微针的机械强度、溶解行为及载荷组成可针对不同作物叶片特征进行调节，近红外激活策略也具备普适性。这一研究不仅为植物营养强化和逆境调控提供了新方法，也为高分子微针材料在农业领域的应用拓展了值得关注的新方向。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102663