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工程纳米材料对高等植物生长影响的研究进展
植物学报
2023, 58 (5):
813-830.
DOI: 10.11983/CBB22130
由于纳米尺寸效应和卓越的物理化学性质, 工程纳米材料(ENMs)广泛应用于生产和生活的各个领域。在农业生产领域, ENMs对高等植物生物及生态效应的风险评估备受关注。为全面认识和了解ENMs对生态系统中高等植物的影响, 该文综述了农业中常用的几种ENMs (主要包括金属、金属氧化物和碳基纳米材料)对高等植物生长的影响及作用机制, 探讨了ENMs对植物生物学效应的主要影响因素, 包括植物种类和生长介质及ENMs粒径、形状、表面特性、浓度和处理时间。同时, 从真实土壤环境、长期低剂量效应和植物吸收转运等方面对ENMs与高等植物互作研究进行了展望, 以期为ENMs在农业生产上的高效利用提供参考依据。
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图2
工程纳米材料对植物的生物效应、影响因素及作用机制
ENMs: 工程纳米材料; MWCNTs: 多壁碳纳米管; SWCNTs: 单壁碳纳米管; ZnONPs: 氧化锌纳米粒子; GO: 氧化石墨烯; AgNPs: 银纳米粒子; Cu/CuONPs: 铜基纳米粒子; CeO2NPs: 二氧化铯纳米粒子; TiO2NPs: 二氧化钛纳米粒子; Fe3O4NPs: 氧化铁纳米粒子; Fe2O3NPs: 铁基纳米粒子
正文中引用本图/表的段落
由于ENMs具有优越的物理化学性质, 其在农业领域中的应用日益广泛, 如调节植物的生长发育、改良农业土壤环境和防治病虫害。环境中ENMs大量残留必然会对周围生态环境产生影响。因此, 探究纳米材料在环境中的生态效应, 特别是对高等植物的生物学效应及进行风险评估已成为当前纳米材料研究的核心内容。综合分析国内外有关ENMs对高等植物生长影响的研究可为纳米材料的多方位生态效应评估提供大量可靠数据和参考依据。尽管已有研究证实, ENMs对植物可产生不同程度的影响且作用机制复杂, 但仍有许多科学问题需深入探究。例如, ENMs一方面可通过降低种子萌发率、诱导细胞产生活性氧、增强细胞膜透性和直接损伤根系等毒性效应抑制植物的生长发育; 另一方面又可通过增强光合作用、提高根系活力、增加水分吸收和提高代谢酶活性等促进植物的生长(图2)。但是, 二者(ENMs和植物)之间的相互作用受多种因素影响, 如植物种类、纳米颗粒尺寸和浓度及植物生长介质。目前, 多数研究仅针对单一影响因素, 未考虑各种因素综合作用下, 纳米材料对植物的影响。ENMs在生态环境中的行为规律及对植物的毒性和有益作用研究尚处于起步阶段, 有许多问题需深入探索, 重点包括以下几方面。
本文的其它图/表
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