纳米材料被认为将在应对未来农业面临的挑战方面发挥关键作用。碳纳米材料因其体积小、化学性能独特,可对植物生物量、光合活性或植物的产量产生积极或消极的影响,种子萌发-早期幼苗生长是高等植物个体发生最敏感的阶段,因此碳纳米材料在这一阶段的作用与后期植物的产量关系紧密。本研究试验材料为小麦和拟南芥,通过培养植物幼苗,观察纳米生物碳添加对幼苗生长发育影响;利用植物生理学和转录组学等手段,分析纳米生物碳影响幼苗生长的可能机制。主要实验内容及结果如下:1.纳米生物碳的制备与表征以葡萄糖为碳源,通过高温水热法合成纳米生物碳,扫描电子显微镜观察其为三维网状结构,大小均一,约35 nm。傅里叶红外光谱和X射线光电子能谱技术分析表明纳米生物碳富含C、O元素,含有多种含氧官能团,如-OH、C-H、C=O、C-O等。2.纳米生物碳对小麦幼苗生长的影响正常生长条件下,纳米生物碳的使用对小麦幼苗根系长度、根粗度、根毛生长、根系活力产生积极的影响。25、5、3.3、2.5、1.6和1.25 mg/m L不同浓度纳米生物碳处理组的幼苗根长增加5.4%-16.3%。扫描电镜观察发现纳米生物碳处理组幼苗根毛密度及长度都高于未处理组。组织切片观察发现25 mg/m L纳米生物碳处理过的小麦根表皮细胞数增加28.8%,皮层细胞数增加39.8%,导致根系变粗。同时,处理组幼苗根系活力较对照组增加,测定范围内增加幅度为28.2%-60.4%。小麦根系的发达提高了幼苗活力,与对照相比,纳米生物碳处理组幼苗叶片叶绿素含量平均提高约19.5%,且没有H2O2积累,抗氧化物酶（SOD、POD、CAT）活性没有明显变化,说明纳米生物碳所用实验浓度没有引起植物氧化应激反应。3.纳米生物碳对小麦抵抗干旱胁迫的影响PEG 6000模拟干旱胁迫,可影响小麦幼苗生长,导致叶绿素含量下降、叶绿素荧光参数改变。40%PEG 6000胁迫时,3.3 mg/m L纳米生物碳（稀释7.5×）处理的小麦幼苗,与未处理植株相比,其叶绿素含量多21.1%,q P值和ETR值高17.7%和23.5%,NPQ值低32.0%。干旱胁迫引起小麦幼苗中H2O2和丙二醛含量积累,纳米生物碳处理后减缓了幼苗中其含量变化。结果显示,40%PEG 6000胁迫时,处理后幼苗H2O2和丙二醛含量分别较未处理对照低24.8%和23.9%。干旱胁迫会刺激抗氧化物酶SOD、POD和CAT活性增加。20%PEG 6000胁迫时,与对照组相比,经纳米生物碳处理的幼苗,酶活性分别增加7.3%（无统计学意义）、22.8%和20.4%;40%PEG 6000胁迫时,增加12.9%、16.9%和16.6%。结果表明,纳米生物碳能够减少幼苗的膜损伤,同时提高其抗氧化能力,从而抵抗干旱胁迫。4.纳米生物碳对拟南芥幼苗生长及转录组分析结果拟南芥经0.25 mg/m L纳米生物碳（稀释100×）处理后,与对照相比,两者根长无差异,根毛数目增加30.6%、长度增加70%。同时,侧根数量增加,下胚轴长度伸长。与侧根发生相关基因PRH1和LBD16表达上调,赤霉素合成基因α/β水解酶超家族蛋白、ATKS和ATGA20OX2表达上调,结果与表型特征一致。利用RNA-seq检测纳米生物碳处理的10 d龄拟南芥幼苗根基因的表达改变情况,发现共336个差异表达基因,其中上调基因134个,下调基因202个。KEGG通路富集结果表明,差异基因主要分布在植物激素信号转导通路、苯丙烷生物合成通路、蔗糖与淀粉合成通路、植物与病原体相互作用通路中。处理的6 d龄幼苗根转录组测序结果与其高度一致,优势通路相同。