當(dāng)納米遇到植物

前段時間，一些城市出現(xiàn)了嚴(yán)重的霧霾天氣，這種霧霾天氣主要是由懸浮在空氣中的粉塵顆粒造成的。PM2.5是衡量空氣質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，比PM2.5還小的納米顆粒也同樣引人注目。納米顆粒是指直徑介于1～100納米的天然或人工材料，顯然要比PM2.5小很多（1微米=1000納米）。我們的生活環(huán)境中充斥著海量的納米粒子，如空氣中的細微顆粒，洗澡時的泡沫和水花，課本、衣服、鞋子、手機和筆記本上的粉塵等。有意思的是，有人在燃燒的蠟燭火焰中捕捉到了大量的“納米鉆石”（直徑1～10納米的鉆石結(jié)晶體），據(jù)估計一個蠟燭火焰每秒鐘大約可以產(chǎn)生150萬顆納米鉆石。

納米材料已經(jīng)完全融入了人類的生產(chǎn)生活中，如一些化妝品就摻有光催化劑（一種基礎(chǔ)納米材料），可以用來避免紫外線輻射；改進的納米車窗玻璃可以防止凝結(jié)水；碳納米管集結(jié)的繩索比鋼筋還要結(jié)實；科學(xué)家也一直嘗試使用納米顆粒負載藥物用于癌癥和艾滋病的治療。這些納米技術(shù)帶給人們驚喜的同時，也帶來了改善生活的可能。但納米材料完全是“天使”嗎？凡事都有兩面性，納米材料也不例外。前不久，有人發(fā)現(xiàn)納米鋁顆?？梢栽鰪娭虏【哪退幮?。聽到這個消息，人們在使用納米材料制成的產(chǎn)品時或許要做更加周全的考慮了。

一個不爭的事實是，納米顆粒進入生態(tài)系統(tǒng)及人類生活環(huán)境的量越來越大，種類也在逐漸增多，這些納米顆粒都或多或少會對負載它的生物體產(chǎn)生影響。在對動物影響的研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)納米材料具有一定的神經(jīng)毒害作用，對不同的器官有不同的毒害形式，且決定于劑量和作用時間。納米材料除了對動物或人體產(chǎn)生安全風(fēng)險，對植物也有影響。

研究納米對植物生長的影響才剛剛起步，而可以預(yù)期的是，納米顆粒對植物乃至生態(tài)系統(tǒng)都會有不同程度的影響。納米和植物有著微妙的關(guān)系，有時你會發(fā)現(xiàn)它們“互利共生”，而有時它們又顯得“水火不容”。

納米與植物的微妙關(guān)系

最初，人們主要想知道如果納米材料進入水體和生態(tài)環(huán)境，會對植物的生長造成什么樣的影響。人們首先關(guān)注的是對種子萌發(fā)率的影響，如：發(fā)現(xiàn)中等濃度的納米二氧化鈦可以促進一些種子的萌發(fā)，而對另外一些種子則沒有作用；納米材料對種子萌發(fā)的影響與納米顆粒的性質(zhì)有關(guān)。有科學(xué)家證實納米鋅顆粒和納米氧化鋅能顯著抑制黑麥和油菜的種子萌發(fā)，對玉米、黃瓜等的根長也有顯著抑制作用。與此同時，另一些科學(xué)家卻

發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦可以增強菠菜的光合作用，且證實與它的光催化活性密切相關(guān)。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的研究者也發(fā)現(xiàn)在黃瓜葉面上噴施0.35%的納米二氧化鈦半導(dǎo)體溶膠可顯著降低葉片病斑面積、發(fā)病率，并對葉綠素和胡蘿卜素的合成具有促進作用。

而中國海洋大學(xué)的研究者發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦對短裸甲藻的生長具有抑制作用，且主要是增加了短裸甲藻體內(nèi)的羥自由基。這些看似矛盾的研究說明了納米顆粒的生物學(xué)效應(yīng)與顆粒的性質(zhì)（表面修飾程度、大小、直徑等）及植物材料是密切聯(lián)系的，與生長周期和施用方式也有關(guān)系。如浙江師范大學(xué)近期的研究發(fā)現(xiàn)，直徑6.22納米的二氧化鈦顆粒降低了長序榆幼苗的光合作用，對葉肉細胞產(chǎn)生了毒害，光照在一定程度上決定了納米材料的傷害程度。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，納米二氧化鈦沒有影響到葉片氮的合成，植物體內(nèi)積累的一些糖類和脂類物質(zhì)是應(yīng)對納米毒害的機制。

碳納米管與植物

目前，科學(xué)界對碳納米管材料與植物相互作用的研究較為深入。2009年美國阿肯色大學(xué)小石城分校的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，多壁碳納米管能夠進入番茄的種子細胞中，促進種子的萌發(fā)和幼苗的生長速率。隨后他們證明多壁碳納米管也能促進煙草的生長。

當(dāng)然，納米材料如果影響到了植物生長的表觀生理，那么這種影響肯定是牽涉到眾多生理過程的?？茖W(xué)家使用光聲光熱技術(shù)發(fā)現(xiàn)了碳納米管在植物體內(nèi)的積聚，碳納米管從根進入到了葉片，從而影響了包括光合作用、呼吸作用和蒸騰作用在內(nèi)的重要生理代謝過程。納米材料的生物學(xué)效應(yīng)與其表面性質(zhì)密切相關(guān)，如有人證實水溶性的碳納米管能夠促進鷹嘴豆的生長，而量子點修飾（一種表面修飾納米粒子的技術(shù)）的多壁碳納米管卻不利于番茄的生長。有些多壁碳納米管能夠誘導(dǎo)植物根部細胞染色體畸變、DNA片段化和細胞凋亡，而有些卻能顯著改善植物的生長調(diào)節(jié)能力，如科學(xué)家觀測了兩種不同粒徑的碳納米管對5種植物生長的影響，發(fā)現(xiàn)碳納米管能夠促進種子萌發(fā)和根的伸長，10納米的碳納米管可以減輕污水淤泥對植物生長的毒害，而60納米的碳納米管則會加重其毒害。

金屬納米材料的直徑效應(yīng)更明顯，如納米二氧化鈦溶液對黃瓜幼苗的發(fā)芽與生長隨著納米粒徑的減小抑制作用也就越明顯，植物體內(nèi)會富集更多的金屬鈦。西葫蘆幼苗暴露在銀納米顆粒的溶液中可吸收4.7倍于銀溶液的銀含量，而在銀納米溶液中植株的生物量（是衡量生長能力和潛力的指標(biāo)）和蒸騰能力下降幅度更大。這都說明粒徑的大小或者納米材料的性質(zhì)在某種程度上決定了其生物學(xué)效應(yīng)。

目前人們對納米和植物相互作用關(guān)系的研究相對還是比較少的，總結(jié)出一般的規(guī)律還為時尚早。但納米材料對植物體的毒害以及植物對納米材料能夠運轉(zhuǎn)已經(jīng)得到證實，同時有人認為一些納米材料或許可以幫助植物生產(chǎn)更多的生物量，解決糧食和能源問題，但具體實施還需要謹(jǐn)慎。近期，韓國慶熙大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)在人造微型生態(tài)系統(tǒng)中，納米二氧化鈦顆粒和納米管具有生物濃縮效應(yīng)，如他們發(fā)現(xiàn)實驗進行到第17天時，植物和動物體內(nèi)均檢測到了金屬鈦。但由于試驗周期短，且沒有區(qū)分金屬鈦是生物富集作用導(dǎo)致的還是直接吸收的，所以二氧化鈦納米顆粒和納米管的生物放大效應(yīng)并沒有得到證明。

20世紀(jì)后半葉，曾經(jīng)為防治農(nóng)業(yè)病蟲害和減輕瘧疾傷寒等疾病而廣泛使用的滴滴涕（DDT）由于對環(huán)境污染嚴(yán)重、不容易降解被各國政府禁用，而在剛剛過去的二戰(zhàn)時期它曾是那么受人推崇。納米材料是否會成為下一個DDT？人類掌握著打開潘多拉盒子的鑰匙。納米材料是否會在植物體內(nèi)富集是一個必須要弄清楚的科學(xué)問題，因為我們的糧食生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)的健康運轉(zhuǎn)都是依賴于植物的良好生長，如果納米材料會在“植物-動物-人類”的食物鏈上有生物放大效應(yīng)，那么很多所謂的納米技術(shù)的推廣和試用都將埋下隱患。