近年来,随着纳米科学的不断发展,纳米材料在基因工程方面的应用十分广泛。碳点（CDs）低毒性、高生物相容性及易修饰等特点使其在基因工程的应用方向备受关注。碳点的小尺寸特点使得它可以通过胞吞作用进入动物细胞,或者在穿透植物细胞壁后,通过内吞作用被细胞吸收,进而对动植物生长产生影响。基于这个特性,碳点可以作为基因载体将外源功能性基因递送至动植物细胞内,表达特定功能性蛋白。本论文旨在合成低毒性碳点,并对其与基因之间的作用关系进行深入研究。首先设计合成低毒性的碳点及碳点复合物,接着对这些碳点或碳点复合物进行结构及基本性质表征,研究其潜在的生物性能,最后将碳点或碳点复合物作为基因递送载体或者直接作用于细胞,为细胞递送外源功能性基因或者直接上调细胞功能基因。本文的主要研究内容如下:（1）设计合成具有低毒性和高转染效率的纳米载体。以石墨棒为原料,采用电化学刻蚀法合成富含羧基的低毒性CDs,接着利用阳离子聚合物聚乙烯亚胺（PEI）的氨基与CDs表面的羧基通过酰胺反应实现PEI对CDs的修饰,获得基因纳米载体。利用293T和Hela细胞作为动物细胞模型,研究了该基因载体在动物细胞上的基因转染效率。结果表明,PEI修饰后的CDs与PEI自身相比较,具有更低的毒性和更高的转染效率,并在多种动物细胞中实现了绿色荧光蛋白EGFP的转染。本工作中我们合成一种新型碳基纳米材料,可用于在细胞中进行高效率基因转染,并且由于其制备简易,生物相容性高,为基因的递送提供新的途径。（2）以CDs和PEI合成的复合物CDP作为基因载体,实现导入外源功能性基因进入植物,成功培育出功能性植株。通过涂抹或者浸泡等方式将CDP/DNA混合物分布在植株表面,研究CDP在植物上的基因递送能力。实验结果表明,CDP能够有效地将EGFP、mCherry和抗潮霉素基因成功递送到植物细胞内并表达相应蛋白,且不受植物种类的影响。本章工作为植物生物学功能研究开发了一种高效的基于CDs的DNA传递系统,将为植物生物学功能研究提供一种快速有效的基因工程工具。（3）以抗坏血酸为原料,采用自下而上的方法合成抗坏血酸碳点（VC-CDs）,将VC-CDs与巨噬细胞RAW264.7共同孵育后,研究其对RAW264.7细胞的基因表达影响,实验结果表明,VC-CDs能够诱导RAW264.7细胞上调抗炎相关基因血红素加氧酶1（HMOX 1）,这提示VC-CDs有作为抗炎药物的潜力,一系列体内实验证明VC-CDs能够提高小鼠肺组织HMOX 1蛋白的表达,减轻肺炎模型中小鼠肺部受损程度。在这项工作中,我们设计合成了一种低毒性VC-CDs,体外体内实验均证明VC-CDs能够有效上调细胞和组织内HMOX 1的表达,具有潜在的治疗炎症的作用。