浙江大学智能生物产业装备创新团队（IBE）王一娴研究员、应义斌教授在Nature Communications上发表研究论文In situ NIR-IIb imaging of endogenous H2S signaling for high-resolution abiotic stress visualization in plants。这项研究构建了一种比率型近红外二区b窗口（NIR-IIb）荧光探针，用于实时、无损地监测植物组织内源性硫化氢（H2S）信号，实现了非生物胁迫的高分辨原位可视化，为作物胁迫早期诊断提供了新的分子成像工具。
图1. 本文在Nature Communications期刊的发表信息
干旱、高温和重金属等非生物胁迫会扰乱植物的细胞稳态与生理过程，造成作物大幅减产，直接威胁粮食安全。植物在出现可见表型变化之前，体内会先启动一系列早期信号分子的动态变化，其中H2S是重要的内源性活性硫信号分子，可由L-半胱氨酸脱巯基酶（L-CDes）介导产生，并与活性氧、一氧化氮等信号存在协同互作。与易受交叉反应干扰且寿命较短的活性氧相比，内源性H2S具有特征性的亲核性与更高的化学稳定性，适合用于胁迫进程的原位监测。传统可见波段荧光成像虽然能够实现组织中信号分子的可视化追踪，但往往需要对样本进行破坏性处理，且易受植物组织自荧光、自吸收及光散射等因素干扰，难以有效获取活体组织中的微弱分子信号。
图2. 比率型NIR-IIb探针的设计与传感机制
针对上述问题，研究团队利用镧系下转换纳米颗粒（DSNPs）丰富的4f能级与窄带发射特性，通过聚乙烯亚胺（PEI）中间层将H2S响应单元共价偶联至双波段吸收的纳米颗粒表面，构建了基于吸收竞争诱导发射（ACIE）机制的比率型探针。在NIR-IIb窗口（1500–1700 nm）内，光子散射和植物色素的自荧光干扰显著降低，成像信噪比与信号穿透深度较可见光及近红外一区明显改善，使得探针能够在复杂植物组织中实现对低浓度内源性H2S的高时空分辨率监测。
图3. 非生物胁迫下植物内源性H2S的活体成像
在机械损伤、热激和镉胁迫等多种非生物胁迫条件下，纳米探针能够原位捕捉内源性H2S信号的生成动态，并表现出差异化的响应特征。此外，该探针在植物叶片组织中显示出良好的生物相容性，表明其在植物胁迫相关H2S信号的原位监测中具有应用潜力。
该论文第一作者为浙江大学IBE团队博士研究生冯健兴，通讯作者为浙江大学IBE团队王一娴研究员。王一娴现任浙江大学生物系统工程与食品科学学院研究员/长聘副教授，浙江大学IBE团队成员。长期从事农业信息感知与纳米生物传感研究，围绕新型功能纳米材料制备、高性能光学传感器件研制、植物胁迫与病原信息原位感知方法构建等方面开展了系统性研究工作。先后主持了国家优秀青年科学基金项目、国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划课题、浙江省重点研发计划项目等。以通讯作者或第一作者发表包括Nature Communications、Advanced Materials、Advanced Science、Trends in Plant Science等在内的SCI期刊论文30余篇。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-76449-9
