PPB|南京林业大学/盐城师范学院团队揭示硫纳米颗粒通过激活硫转运途径与重塑营养稳态促进西瓜生长及品质提升

2025年8月8日，南京林业大学沈羽（通讯作者）-盐城师范学院杨瑞平纳米农业团队，在国际植物学期刊 Plant Physiology and Biochemistry在线发表题为 "Sulfur nanoparticles boost watermelon growth and fruit quality by modulating sulfur transport and nutrient homeostasis" 的研究论文。

硫是植物生长不可缺少的大量营养元素，参与氨基酸合成、光合调控及抗逆响应等关键过程。然而，随着大气硫沉降减少和高纯度化肥的广泛使用，农业系统中硫缺乏问题日趋普遍。传统硫肥因溶解性差、淋失严重、利用率低，已难以满足现代作物精准营养的需求。以西瓜为代表的葫芦科作物对硫营养高度敏感，但硫纳米颗粒（S NPs）如何在分子层面发挥优越农学效能，此前尚无系统研究。

研究团队以西瓜（Citrullus lanatus）为研究对象，在温室和大田条件下，通过叶面喷施100、200、300 mg/L梯度的硫纳米颗粒（S NPs，粒径20–30 nm）与等量传统硫肥，从生长表型、养分分布、基因表达和果实品质四个维度开展了系统比较研究（图1）。

分子机制层面，研究首次系统揭示了S NPs优于传统硫肥的内在原因。分子分析表明，S NPs处理显著激活了西瓜硫转运相关基因（包括硫转运蛋白ClTUA及WRKY转录因子）的表达，且激活幅度明显高于等量传统硫处理，说明纳米颗粒的作用并不局限于单纯的养分补充。研究据此提出S NPs"双重功能"原创框架：一方面凭借纳米尺度（20–30 nm）的物理优势，通过气孔渗透与膜表面互作实现更高效的硫素递送；另一方面作为信号分子，激活植物体内硫素吸收与代谢的转录调控网络，驱动全株营养稳态的系统性重编程（图2）。这一机制框架在西瓓中属于首次建立，为理解纳米材料与植物营养系统的互作提供了新的理论视角。

图2 不同硫处理下西瓜硫转运与代谢相关基因的差异表达及转录调控。(a) ClWRKY13转录因子相对表达量；(b) ClWRKY31转录因子相对表达量；(c) 硫转运蛋白基因ClTUA相对表达量；(d) 硫酸盐/硒酸盐转运体基因ClYLS8相对表达量。

此外，S NPs处理还系统重塑了植物营养稳态：光合组织中Fe含量提升63.2%，Ca提升126.2%，P提升54.2%，Zn提升105.7%，多种中微量元素协同增效，而非单一硫素的简单补充。这一现象表明S NPs兼具"养分载体"与"信号分子"的双重功能，通过激活转录调控网络，触发全株营养吸收网络的系统性优化。

在果实品质方面，SN2处理使果实中心部位糖分含量提升 11.9%，边缘部位提升13.4%，单果重增加24.5%，果形均匀、瓜皮纹路规整，具有显著的市场竞争优势。

本研究首次系统阐明了硫纳米颗粒在西瓜中发挥优越农学效能的双重分子机制——增强硫素生物利用度与激活纳米颗粒特异性转录信号，为纳米材料介导的作物增产提质提供了新的理论范式。研究成果对于推动纳米农业从"经验应用"迈向"机制导向"的精准化发展具有重要科学价值，也为设计新型纳米肥料、提升西瓜等葫芦科作物可持续生产效益提供了实践依据。

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