張小娜 范碩 霍瑞鵬 王子銘 殷凱玥 趙瑩瑩 王巨媛

摘 要 納米金屬氧化物是指粒徑達到納米級的氧化物。納米金屬氧化物粒徑小，易被植物吸收，對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生影響，越來越多地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。納米金屬氧化物對植物的影響效果與其種類、處理濃度、粒子直徑及植物類型有關(guān)。為探明納米金屬氧化物對植物生長發(fā)育的影響，系統(tǒng)總結(jié)納米金屬氧化物對種子萌發(fā)及植株生長的影響研究進展，包括對植物光合作用、抗逆指標、養(yǎng)分吸收、遺傳等方面的影響。

關(guān)鍵詞 納米金屬氧化物;植物;生長發(fā)育;養(yǎng)分吸收

中圖分類號：X171.5 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.25.004

納米金屬氧化物是指粒徑達到納米級的金屬氧化物[1]。納米材料因具有獨特的理化性質(zhì)、粒子直徑小、高比表面積等特點，被廣泛應(yīng)用于我們的日常生活中。前人的研究表明，納米金屬氧化物可以對種子萌發(fā)、植株生長及植物逆境生理指標產(chǎn)生影響，其因溶液濃度和植物類型不同而表現(xiàn)出不同的影響效果，目前未有統(tǒng)一定論。筆者綜述納米金屬氧化物對植物生長發(fā)育及光合作用的影響研究進展，以期為納米金屬氧化物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的廣泛應(yīng)用提供參考。

1? 納米金屬氧化物對植物生長的影響

納米金屬氧化物在一定程度上會影響種子的萌發(fā)和植株的生長，一般表現(xiàn)為低濃度促進，高濃度抑制。納米金屬氧化物由于其尺寸較小，容易進入到植物體內(nèi)，被植物吸收利用，會對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生一定影響。

低濃度納米二氧化鈦可促進黑麥草[2]、高羊茅[2]、苦草[3]、黃瓜[4]等的種子萌發(fā)和植株生長，增加納米二氧化鈦濃度反會抑制植物的生長。納米二氧化鈦會對木本植物油松及杉木的種子萌發(fā)起到促進作用，其中二氧化鈦濃度500 mg·L-1對油松生理指標的提高作用最為明顯[5-6]。

蔡璘等研究發(fā)現(xiàn)，適宜濃度的納米氧化鎂對番茄葉片的葉綠素含量和相對含水量有提高作用，從而促進番茄的生長發(fā)育[7]。低濃度的納米氧化鐵可以促進豇豆幼苗生長，高濃度的納米氧化鐵會抑制豇豆幼苗生長，產(chǎn)生毒害作用，且在豇豆莖部積累一定量的納米氧化鐵[8]。林茂宏、王振紅、曹沖等研究發(fā)現(xiàn)，高濃度納米氧化鋅會抑制櫻桃蘿卜、小白菜種子[9]、綠豆芽[10]、花葉蘆竹[11]及玉米[12]的生長，溶液濃度增加會對植株產(chǎn)生毒害，抑制率也會增加。

2? 納米金屬氧化物對植物生理特性的影響

2.1? 對植物抗逆指標的影響

納米金屬氧化物對植物進行處理后，植物的部分酶活性及其他抗逆指標會發(fā)生不同程度的變化。Ogunkunle等的研究表明，低濃度的TiO2對豇豆根、葉中抗壞血酸過氧化物酶和過氧化氫酶活性具有提高作用，對丙二醛含量有降低作用[13]。納米Fe3O4可以提高葉片中可溶性糖和可溶性蛋白含量，提高SOD酶活性[14]。納米氧化銅溶液濃度不同及處理時間不同，對金魚藻產(chǎn)生的效果不同，在4 mg·L-1的納米氧化銅溶液處理20 d，金魚藻的POD和SOD活性最大;相同濃度處理下，金魚藻的葉綠素含量隨處理時間延長呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，低濃度的納米氧化銅溶液可以抑制金魚藻的生長[15]。

李艷娟等研究發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦溶液對杉木的CAT、SOD、POD活性有提高作用，對MDA含量有一定的降低作用[6]。高濃度納米氧化鋅會抑制水稻中的可溶性糖，提高可溶性蛋白含量，降低水稻中丙二醛含量，對植物產(chǎn)生一定程度的毒害作用[16]。當納米氧化銅的濃度超過一定值時，會降低小麥SOD活性，提高丙二醛及植物蛋白含量，從而對植物產(chǎn)生毒害作用[17]。施用適宜濃度的納米二氧化硅對草莓適應(yīng)環(huán)境的能力有增強作用;適宜濃度的納米二氧化硅對草莓果實中可溶性糖含量有提高作用，對可滴定酸含量有降低作用;在納米二氧化硅處理濃度為300 mg·L-1和500 mg·L-1時，草莓中維生素C含量有明顯提高[18]。

2.2? 對植物光合作用的影響

納米金屬氧化物通過改變植物的葉孔開放程度、CO2消耗狀況、蒸騰速率及葉綠素含量等來影響植物的光合作用。劉晨等研究表明，納米二氧化硅對黃瓜根系解剖結(jié)構(gòu)的影響不大，對根毛形成的影響較為明顯，低濃度的納米二氧化硅溶液可以提高黃瓜的光合作用，適度增加溶液中納米二氧化硅的含量可以提高黃瓜葉片的凈光合速率[19]。YANG F等的研究表明，納米銳鈦礦TiO2可以將菠菜中的N2轉(zhuǎn)換為有機氮，從而提高菠菜的光合作用，促進菠菜的生長[20-21]。

噴施納米二氧化硅會提高髯毛箬竹的蒸騰速率、氣孔導度和凈光合速率，對胞間二氧化碳濃度的變化幅度具有降低作用，對光合“午休”現(xiàn)象具有緩解作用[22]。曾強等研究表明，納米TiO2對大薸和澤瀉的生物量增長有促進作用，納米二氧化鈦的濃度越大，植物根部富集的鈦元素含量越多;增加納米二氧化鈦濃度對植物的蒸騰速率有影響，但對植物凈光合速率的影響不明顯[23]。

3? 納米金屬氧化物對植物養(yǎng)分吸收的影響

納米金屬氧化物處理植物后，會對植物吸收營養(yǎng)元素產(chǎn)生影響。SHAN Q等研究表明，增加TiO2含量可以提高植物根和葉片中P、S、Ca的含量，從而對植物生長起促進作用[24]。納米氧化鋅對冬小麥籽粒中鋅的含量有提高作用，施用方式不同產(chǎn)生的效果也不同[25]。適量的納米金屬氧化物可以減輕重金屬對植物的毒害作用[26]。王苗苗等人研究發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦可減弱鎘對植物的毒害作用，對鎘抑制條件下的小白菜生長具有促進作用[27]。

4? 納米金屬氧化物對植物遺傳體系的影響

植物體在與外界環(huán)境長期相互作用的過程中形成多種防御及耐受機制，如改變自身形態(tài)結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)基因表達和改變代謝物水平等來保護植物細胞免受各類脅迫的影響。朱海美等的研究發(fā)現(xiàn)，納米二氧化鈦不會損傷TK6細胞DNA，不會升高PIG-A的基因突變率[28]。許少歆等的研究表明，納米二氧化鈦可以誘導增加擬南芥同源基因組重組頻率和上調(diào)同源重組相關(guān)基因的表達，還能激活被TGS調(diào)控的部分基因[29]。納米二氧化鈦處理過后的西葫蘆樣品與未處理樣品的DNA圖譜譜帶強度有明顯差異，會出現(xiàn)譜帶消失和新譜帶產(chǎn)生的現(xiàn)象[30]。

5? 結(jié)語

納米金屬氧化物對植物的影響有利有弊，一方面，部分納米金屬氧化物可以減輕其他因素對植物的毒害作用，低濃度的納米金屬氧化物可以促進植物種子的萌發(fā)，提高植物體內(nèi)部分酶的活性，增強植物的光合作用;另一方面，高濃度的納米金屬氧化物會抑制植物生長。目前，我們對納米金屬氧化物與植物間關(guān)系的研究還不夠充分，未來應(yīng)從多方面、多角度去探明納米金屬氧化物與植物之間的關(guān)系，以期更好地利用納米金屬氧化物，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展做出積極貢獻。

參考文獻：

[1]? 鐘慶東，李永光，卓順智，等.納米氧化物材料研究的現(xiàn)狀及進展[J].上海電力學院學報，2003（1）：1-7.

[2]? 高夢迪，盛茂銀.納米TiO2對2種草本植物種子萌發(fā)與幼苗生長的影響[J].貴州師范大學學報（自然科學版），2020，38（04）：69-74.

[3]? 宋羿.納米TiO2對水生生物生長的影響研究[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2014，34（10）：6-7.

[4] Servin A D， Castillo-michel H， Hernandez-viezcas J A， et al. Synchrotron micro-XRF and micro-XANES confirmation of the uptake and translocation of TiO2， nanoparticles in cucumber （Cucumissativus） plants[J]. Environmental Science &Technology， 2012， 46（14）：7637-7643.

[5]? 謝寅峰，姚曉華.納米TiO2對油松種子萌發(fā)及幼苗生長生理的影響[J].西北植物學報，2009，29（10）：2013-2018.

[6]? 李艷娟，莊正，劉青青，等.納米TiO2對杉木種子萌發(fā)和幼苗生長及生理的影響[J].生態(tài)學雜志，2017，36（5）：1259-1264.

[7]? 蔡璘，豐慧，賈環(huán)宇，等.納米氧化鎂促進番茄植株生長的機理[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2020，26（7）：1318-1327.

[8]? 趙銘，甘秋良，李俊麗，等.納米氧化鐵對豇豆生長及其抗氧化系統(tǒng)的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學報，2017，30（3）：547-552.

[9]? 林茂宏，沈玫玫，吳佳妮，等.納米氧化鋅對兩種蔬菜種子發(fā)芽及幼苗生長的影響[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學報，2021，38（01）：72-78.

[10] 王振紅，羅專溪，顏昌宙，等.納米氧化鋅對綠豆芽生長的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2011，30（4）：619-624.

[11] 曹沖，黃娟，王寧，等.納米氧化鋅對濕地植物種子萌發(fā)的影響[J].東南大學學報（自然科學版），2017，47（2）：416-420.

[12] 孫露瑩，宋鳳斌，李向楠，等.納米氧化鋅對玉米種子萌發(fā)及根系碳代謝的影響[J].土壤與作物，2020，9（1）：40-49.

[13] Ogunkunle C O， Odulaja D A， Akande F O， et al. Cadmium toxicity in cowpea plant： effect of foliar intervention of nano-TiO2 on tissue Cd bioaccumulation， stress enzymes and potential dietary health risk[J]. J Biotechnology， 2020， 310：54-61.

[14] 李俊麗，鄒正康，劉倩，等.不同納米氧化鐵對小麥幼苗生理特性的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學報，2019，32（5）：1004-1010.

[15] 崔靜，袁旭音，劉泉，等.環(huán)境水體中納米氧化銅對金魚藻的毒性效應(yīng)研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2013，32（5）：910-915.

[16] 于敬波，李林林，張悅，等.納米氧化鋅對水稻種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J].長春師范大學學報，2021，40（2）：127-131，164.

[17] 金盛楊，王玉軍，汪鵬，等.納米氧化銅對小麥根系生理生化行為的影響[J].土壤，2011，43（4）：605-610.

[18] 陳斌，胡云麗，詹平華，等.納米SiO2對草莓光合特性及果實品質(zhì)的影響[J].北方園藝，2020（4）：35-42.

[19] 劉晨，吳楚.SiO2納米顆粒對黃瓜“新唐山秋瓜”幼苗根系解剖結(jié)構(gòu)和氣體交換的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)大學學報，2020，47（1）：148-154.

[20] YANG F， HONG F S， YOU W J， et al. lnfluences of nano-natase TiO2 on the nitrogen metabolism of growing spinach[J]. Biol Trace Elem Res， 2006， 110： 179-190.

[21] YANG F， LIU C， GAO F Q， et al. The improvement of spinach growth by nano-anatase TiO2 treatment is related to nitrogen photoreduction[J]. Biol Trace Elem Res， 2007， 119： 77-88.

[22] 李博，陶功勝，王林，等.納米SiO2對髯毛箬竹葉片光合特征參數(shù)日變化的影響[J].植物資源與環(huán)境學報，2011，20（2）：1-6.

[23] 曾強，李輝，侯磊.納米TiO2暴露對濕地植物大薸和澤瀉光合特征影響的差異[J].生態(tài)毒理學報，2020，15（5）：264-271.

[24] SHAN Q， LIU Y， ZHANG X L， et al. EDXRF analysis of TiO2 nanoparticles bioaccumulation in aquatic plant， salvinianatans[J]. Microchem J， 2020，155（2）：104784.

[25] 孫宏達，鐘民正，張騰，等.黃土高原潛在缺鋅區(qū)施用納米氧化鋅（ZnO NPs）對冬小麥生長及籽粒品質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2019，38（9）：2041-2048.

[26] 齊云峰，王然，李銘新，等.TiO2納米材料在促進農(nóng)作物生長領(lǐng)域的應(yīng)用[J].吉林師范大學學報（自然科學版），2020，41（4）：82-85.

[27] 王苗苗，強瀝文，王偉，等.納米二氧化鈦對鎘脅迫下小白菜毒性效應(yīng)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2020，39（06）：1185-1195.

[28] 朱海美，黃鵬程，趙田田，等.納米銀顆粒及納米二氧化鈦顆粒的體外遺傳毒性研究[J].遺傳，2020，42（12）：1192-1200.

[29] 許少歆，徐煒，鄧晨光，等.納米二氧化鈦對擬南芥生長發(fā)育及基因組穩(wěn)定性的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2016，44（19）：166-170.

[30] Fabiola Moreno-Olivas， Vincent U， Gant J R，et al.Random amplified polymorphic DNA reveals that TiO2 nanoparticles are genotoxic to Cucurbitapepo[J].Journal of Zhejiang University science A， 2014，15（8）：618-623.

（責任編輯：易? 婧）