納米金屬氧化物對(duì)植物的影響研究進(jìn)展

張小娜，范 碩，霍瑞鵬，王子銘，殷凱玥，趙瑩瑩，王巨媛*

（1.聊城大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山東聊城 252000；2.聊城大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，山東聊城 252000）

納米金屬氧化物是指粒徑達(dá)到納米級(jí)的金屬氧化物[1]。納米材料因具有獨(dú)特的理化性質(zhì)、粒子直徑小、高比表面積等特點(diǎn)，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(duì)種子萌發(fā)、植株生長及植物逆境生理指標(biāo)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(duì)植物生長發(fā)育及光合作用的影響研究進(jìn)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(duì)植物生長的影響

納米金屬氧化物在一定程度上會(huì)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(jìn)，高濃度抑制。納米金屬氧化物由于其尺寸較小，容易進(jìn)入到植物體內(nèi)，被植物吸收利用，會(huì)對(duì)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(jìn)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(huì)抑制植物的生長。納米二氧化鈦會(huì)對(duì)木本植物油松及杉木的種子萌發(fā)起到促進(jìn)作用，其中二氧化鈦濃度500 mg·L-1對(duì)油松生理指標(biāo)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(duì)番茄葉片的葉綠素含量和相對(duì)含水量有提高作用，從而促進(jìn)番茄的生長發(fā)育[7]。低濃度的納米氧化鐵可以促進(jìn)豇豆幼苗生長，高濃度的納米氧化鐵會(huì)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(huì)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(huì)對(duì)植株產(chǎn)生毒害，抑制率也會(huì)增加。

2 納米金屬氧化物對(duì)植物生理特性的影響

2.1 對(duì)植物抗逆指標(biāo)的影響

納米金屬氧化物對(duì)植物進(jìn)行處理后，植物的部分酶活性及其他抗逆指標(biāo)會(huì)發(fā)生不同程度的變化。Ogunkunle 等的研究表明，低濃度的TiO2對(duì)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(duì)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(shí)間不同，對(duì)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(shí)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(duì)杉木的CAT、SOD、POD 活性有提高作用，對(duì)MDA 含量有一定的降低作用[6]。高濃度納米氧化鋅會(huì)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(duì)植物產(chǎn)生一定程度的毒害作用[16]。當(dāng)納米氧化銅的濃度超過一定值時(shí)，會(huì)降低小麥SOD 活性，提高丙二醛及植物蛋白含量，從而對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用[17]。施用適宜濃度的納米二氧化硅對(duì)草莓適應(yīng)環(huán)境的能力有增強(qiáng)作用；適宜濃度的納米二氧化硅對(duì)草莓果實(shí)中可溶性糖含量有提高作用，對(duì)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(shí)，草莓中維生素C含量有明顯提高[18]。

2.2 對(duì)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(duì)黃瓜根系解剖結(jié)構(gòu)的影響不大，對(duì)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(jī)氮，從而提高菠菜的光合作用，促進(jìn)菠菜的生長[20-21]。

噴施納米二氧化硅會(huì)提高髯毛箬竹的蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和凈光合速率，對(duì)胞間二氧化碳濃度的變化幅度具有降低作用，對(duì)光合“午休”現(xiàn)象具有緩解作用[22]。曾強(qiáng)等研究表明，納米TiO2對(duì)大薸和澤瀉的生物量增長有促進(jìn)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(duì)植物的蒸騰速率有影響，但對(duì)植物凈光合速率的影響不明顯[23]。

3 納米金屬氧化物對(duì)植物養(yǎng)分吸收的影響

納米金屬氧化物處理植物后，會(huì)對(duì)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(duì)植物生長起促進(jìn)作用[24]。納米氧化鋅對(duì)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(duì)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(duì)植物的毒害作用，對(duì)鎘抑制條件下的小白菜生長具有促進(jìn)作用[27]。

4 納米金屬氧化物對(duì)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(jī)制，如改變自身形態(tài)結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)基因表達(dá)和改變代謝物水平等來保護(hù)植物細(xì)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(huì)損傷TK6 細(xì)胞DNA，不會(huì)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(dǎo)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(dá)，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(qiáng)度有明顯差異，會(huì)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(duì)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(duì)植物的毒害作用，低濃度的納米金屬氧化物可以促進(jìn)植物種子的萌發(fā)，提高植物體內(nèi)部分酶的活性，增強(qiáng)植物的光合作用；另一方面，高濃度的納米金屬氧化物會(huì)抑制植物生長。目前，我們對(duì)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(xiàn)。