葉面噴施鐵基納米材料對大豆生長的影響及機制研究

馬揚旸，張辰弛，曹雪松，王震宇

（江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，環(huán)境過程與污染控制研究所，江蘇 無錫 214122）

鐵是植物生長所必需的重要礦物營養(yǎng)元素，其參與了植物光合作用、呼吸作用和固氮作用等重要的生命活動[1-2]。雖然土壤中鐵含量豐富，但其多以三價鐵的形式存在，這種價態(tài)的鐵元素在堿性土壤中可利用率非常低[2]。相關(guān)研究表明，全球有30%的地區(qū)土壤缺鐵[3]。缺鐵會導(dǎo)致植物葉綠體結(jié)構(gòu)受損，從而抑制植物生長。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，往往通過大量施加傳統(tǒng)鐵肥來改善植物缺鐵現(xiàn)象。但是，傳統(tǒng)鐵肥（如有機鐵肥、無機鐵肥和螯合鐵肥）生物可利用性低，會導(dǎo)致鐵肥資源浪費和土壤富營養(yǎng)化、結(jié)構(gòu)惡化等環(huán)境問題[4]。近年來，隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展，納米材料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用逐漸引起人們的關(guān)注。2018—2020 年，Nature Nanotechnology連續(xù)發(fā)表8 篇綜述[5-12]，論述了納米材料（Nanomaterials，NMs）作為新型肥料的巨大潛能。其中，KAH 等[5]利用Meta分析總結(jié)了78 篇已發(fā)表的關(guān)于納米肥料的文章，表明納米肥料對植物的促生效果比傳統(tǒng)化肥高20%～30%。

鐵基NMs 對植物生長發(fā)育的影響已有相關(guān)研究，綜合結(jié)果表明低濃度鐵基NMs 對植物生長存在明顯促進效應(yīng)[13]。鐵基NMs 具有作為納米鐵肥的潛能[14]。如ASKARY等[15]通過比較納米鐵肥與傳統(tǒng)鐵螯合劑對長春花（Catharanthus roseus）生理生化指標(biāo)的影響，發(fā)現(xiàn)納米鐵肥能更好地促進長春花的生長。徐江兵等[16]的研究表明，中、低濃度Fe3O4NMs能提高生菜的生物量和葉片光合速率。然而鐵基納米顆粒促進作物生長的內(nèi)在機制尚不明確。對于植物來說，其產(chǎn)量和品質(zhì)受到源、庫之間相互作用的影響。光合同化產(chǎn)物的源強度由凈光合速率和從源端轉(zhuǎn)運光同化產(chǎn)物的速率共同決定[17]。優(yōu)化源庫比是提高作物產(chǎn)量和韌性的有效方法，BUSTOS 等[18]的研究表明雜交小麥優(yōu)良品種庫端強度更強，對應(yīng)產(chǎn)量更高。但是關(guān)于鐵基NMs 對植物光合產(chǎn)物的分配及轉(zhuǎn)運的影響均未見報道。

葉面施用肥料通常為土壤施肥的補充方法，試驗表明，在植物營養(yǎng)部位噴灑所需營養(yǎng)物質(zhì)溶液對養(yǎng)分吸收有顯著促進作用[19]。特別是在土壤pH 值高、土壤碳酸鹽等礦物含量高、根生長不足的情況下，納米材料因其具有的小尺寸特點，通過葉面噴施的方式能更加快速地作用于植物[20]。一些葉面噴施鐵基NMs的研究中也比較了NMs與傳統(tǒng)鐵肥Fe-EDTA 對多種植物的作用效果，肯定了鐵基NMs 的促生作用[1]。大豆作為一種廣泛種植的經(jīng)濟作物，其對全球農(nóng)業(yè)具有重要意義。大豆是缺鐵敏感型作物，本研究以大豆為受試生物，綜合評估了兩種鐵基納米材料（γ-Fe2O3NMs 和Fe3O4NMs）在不同濃度葉面噴施處理下對大豆生理過程的影響，旨在選擇鐵基NMs 作為鐵肥的最佳施用濃度，確定最優(yōu)鐵基NMs 類型，比較鐵基NMs 與傳統(tǒng)鐵肥作用效果；研究葉面噴施處理下，鐵基NMs 對大豆光合產(chǎn)物分配、運移的影響及潛在機理，為鐵基NMs 在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試大豆品種為中黃13。γ-Fe2O3NMs 購于US Research Nanomaterials（Houston，美國）。Fe3O4NMs利用WEI 等[21]的方法制備。兩種NMs 的形態(tài)和尺寸利用透射電子顯微鏡（TEM，JEM-2100，日本）觀察得到；兩種NMs 的水力學(xué)直徑和表面電荷利用納米粒度儀（Malvern Instrument Inc.，英國）測定。兩種NMs的晶型結(jié)構(gòu)利用X 射線衍射儀（XRD，D8 Advance，德國）分析，掃描范圍為20°～80°，掃描速度為4°·min-1。

NMs噴施液制備：將10 mg NMs加入到100 mL去離子水中，利用超聲清洗機超聲30 min，形成濃度為100 mg·L-1的均一穩(wěn)定的懸浮液。利用去離子水進一步稀釋得到1、10、50 mg·L-1的NMs噴施液。

1.2 試驗設(shè)計

挑選大小均一、飽滿的大豆種子，用3%次氯酸鈉浸洗消毒10 min，用去離子水沖洗3 次，再用純水浸泡2.5 h。隨后將種子放到育苗盆中育苗，待根長為3 cm 左右用海綿包裹種子并轉(zhuǎn)移到水培盆中，水培盆置于人工氣候室中。水培試驗采用容積為1.5 L 的陶瓷培養(yǎng)盆，培養(yǎng)液為1/2 Hoagland 營養(yǎng)液（pH 6.5）。

待幼苗長出第一個三葉后，選取長勢一致的幼苗用于試驗。對選取的幼苗葉面分別噴施兩種鐵基NMs（γ-Fe2O3NMs、Fe3O4NMs）和Fe-EDTA，其中γ-Fe2O3NMs、Fe3O4NMs 處理濃度為0、1、10、50 mg·L-1，F(xiàn)e-EDTA 濃度為10 mg·L-1，每個濃度設(shè)置15 個重復(fù)。每日上午8：00—9：00 進行葉面噴施，連續(xù)噴施5 d，每次每個處理組共噴施30 mL，大豆幼苗繼續(xù)生長10 d 后進行破壞性采樣。樣品在液氮冷凍后置于-80 ℃冰箱保存待用。

1.3 測定指標(biāo)

1.3.1 生物量及光合參數(shù)測定

隨機選取6 株大豆植株樣品，利用超純水沖洗葉和根的表面，用濾紙吸取水分。根長、根尖數(shù)、根體積、根表面積用根系掃描儀（WinRHIZO Pro 2017b，Regent Instruments Inc.，加拿大）進行分析。隨后將根、莖、葉分裝，置于105 ℃烘箱中殺青30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，用萬分之一電子天平（OHAUS，上海）稱質(zhì)量，計算各部分（根、莖、葉）生物量。

凈光合速率（mmol·m-2·s-1，以CO2計）、蒸騰速率（mmol·m-2·s-1，以H2O 計）、氣孔導(dǎo)度（mmol·m-2·s-1，以H2O 計）、胞間二氧化碳濃度（μmol·mol-1）由便攜式光合測定系統(tǒng)（CIRAS-3，PP-Systems，美國）在上午9：30—11：00測定。

1.3.2 可溶性糖、蔗糖及元素含量測定

利用蒽酮比色法測定可溶性糖含量：2 g 蒽酮溶解到80% H2SO4中，以80% H2SO4定容至1 L；將植物干樣粉末溶于5 mL 去離子水中，沸水浴加熱10 min，冷卻后過0.22 μm 水相濾膜，濾液按1∶10與蒽酮硫酸溶液混合后于620 nm 波長下測定吸光值。利用間苯二酚法測定蔗糖含量[22]。

取大豆葉、莖、根干樣，研磨后稱取25 mg 放入消解管，加入3 mL HNO3和3 mL H2O，用微波消解儀（MARS 6，CEM，美國）190 ℃消解45 min。消解后液體過0.22 μm 濾膜并用超純水稀釋定容，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS，iCAP-TQ，Thermo Fisher，德國）測定S、P、Mg、Ca、Mn、Cu、Zn、Mo元素含量[23-24]。表1為ICP-MS的工作參數(shù)。

表1 ICP-MS工作參數(shù)Table 1 Working parameters of ICP-MS

礦質(zhì)元素由外標(biāo)定量，混合標(biāo)樣稀釋成濃度梯度，進樣繪制成標(biāo)準(zhǔn)曲線。本方法以Ge 為內(nèi)標(biāo)，7 種元素回收率均在100%～118%。

1.3.3 基因測定

挑選好的青圓椒采用高處墜落法模擬機械損傷，從距地面1 m的高處墜落，然后以不同濃度1-MCP（8 μL/L、10 μL/L）熏蒸 24 h。預(yù)實驗發(fā)現(xiàn) 10 μL/L 1-MCP處理效果最佳。根據(jù)此條件，正式實驗的青圓椒隨機均分為2組，A組和B組。A組和B組均從距地面1 m的高處墜落，在室溫下（T=20 ℃，H=80%～85%）對A組青圓椒用10 μL/L 1-MCP熏蒸24 h。將處理后的A組和未處理的B組青圓椒裝入0.03 mm厚度的PE保鮮袋中，每袋裝5個青圓椒，折口包裝后于20 ℃下貯藏，每隔3 d測定相關(guān)生理生化相關(guān)指標(biāo)。實驗重復(fù)三次，所測數(shù)據(jù)取平均值。

基因的相對表達量用-80 ℃冰箱保存的鮮樣進行測定。使用MiniBEST 植物RNA 提取試劑盒（Takara，日本）分離并純化大豆葉中總RNA。通過超微量分光光度計（Gallop UltraM-QB200，騁克，上海）測量光密度來評估RNA 的濃度和完整性。使用Prime-ScriptTMRT 試劑盒（Takara，日本），利用PCR 儀（T100TMThermal Cycler，Bio-Rad，美國）將總RNA 反轉(zhuǎn)錄成cDNA。根據(jù)UltraSYBR Mixture（康為世紀，北京）試劑使用步驟加入各反應(yīng)試劑構(gòu)成qRT-PCR 反應(yīng)體系，利用熒光定量PCR檢測系統(tǒng)（CFX96TMOptics Module，Bio-Rad，美國）進行分析。使用以下熱循環(huán)條件：95 ℃5 min，然后在95 ℃15 s，60 ℃1 min 進行40個循環(huán)?；蛱禺愋砸锓謩e為SWEET15（Glyma.06G166800_F CATGACCAAACGGAACTCAACAAG；Glyma.06G166800_RAACTTCGCAACTCACCCTCTCC）和SUT2（Glyma.16G157100_FGGCCAAGGTTTATC TTTGGGAGTC；Glyma.16G157100_RCAAGTTGCCACCACCAAACAAAG）。相對表達根據(jù)2-ΔΔCt法確定。使用內(nèi)參基因GmEF1b（Glyma.14G039100_FGTTGAAAAGCCAGGGGACA；Glyma.14G039100_FTCTTACCCCTTGAGCGTGG）作為對照[22]。

1.4 統(tǒng)計分析

本研究中生物量、光合參數(shù)等數(shù)據(jù)測試過程中每個處理組設(shè)置5 個重復(fù)，蔗糖、可溶性糖每個處理組設(shè)置9 個重復(fù)。使用Excel 2016 和SPSS 25.0 分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)。通過單因素方差分析（ANOVA）程序來評估各指標(biāo)的差異顯著性。使用Duncan 分析檢驗評估均值之間的差異（P＜0.05），并以不同字母指示結(jié)果[25]。

2 結(jié)果與討論

2.1 NMs表征

TEM 結(jié)果（圖1A、1B）表明，γ-Fe2O3NMs 和Fe3O4NMs主要呈橢圓形或圓形，其中γ-Fe2O3NMs和Fe3O4NMs粒徑主要分布在50～70 nm和40～50 nm之間。利用XRD 對NMs 進行物相分析，結(jié)果如圖1C、1D所示，通過XRD分析可以得知兩種材料分別為γ-Fe2O3NMs和Fe3O4NMs。γ-Fe2O3NMs和Fe3O4NMs的水力學(xué)直徑分別為（495.0±21.7）nm 和（817.4±28.3）nm，γ-Fe2O3NMs 團聚效應(yīng)低于Fe3O4NMs；兩種NMs 表面均帶負電，γ-Fe2O3NMs 的表面電荷明顯多于Fe3O4NMs（表2），AVELLAN 等[19]的研究表明，表面帶負電荷的NMs的生物可利用性更高，且NMs表面電荷越高生物可利用性越高。因此，γ-Fe2O3NMs的生物可利用性要高于Fe3O4NMs。

圖1 γ-Fe2O3NMs和Fe3O4 NMs的TEM圖（A、B）和XRD圖譜（C、D）Figure 1 TEM panel（A，B）and XRD spectrum（C，D）of γ-Fe2O3 NMs and Fe3O4 NMs

表2 γ-Fe2O3 NMs和Fe3O4 NMs的水力學(xué)直徑與Zeta電位Table 2 Hydrodynamic diameter and ζ-potential of γ-Fe2O3 NMs and Fe3O4 NMs

2.2 葉面噴施鐵基NMs對大豆生長的影響

苗期試驗周期為24 d，通過生物量、根系參數(shù)、光合參數(shù)指標(biāo)明確葉面噴施γ-Fe2O3NMs（1、10、50 mg·L-1）、Fe3O4NMs（1、10、50 mg·L-1）、Fe-EDTA（10 mg·L-1γ-Fe2O3NMs 等量鐵濃度）對大豆生長的促進效應(yīng)，并以此篩選出兩種NMs 促進大豆生長的最佳培養(yǎng)體系。大豆干質(zhì)量結(jié)果（圖2）表明，葉面噴施兩種鐵基NMs 對大豆的地上部和地下部的生物量均有促進效應(yīng)，且促進效果隨著兩種鐵基NMs 濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，對大豆生長的最佳促生濃度為10 mg·L-1。在最佳促生濃度下，葉面噴施γ-Fe2O3NMs對大豆地上部和地下部干質(zhì)量的增加效果明顯高于Fe3O4NMs 和Fe-EDTA。雖然Fe3O4NMs地上部干質(zhì)量與Fe-EDTA 處理無顯著差異，但地下部干質(zhì)量明顯高于Fe-EDTA 處理（圖2）。已有相關(guān)研究表明，葉面噴施100 mg·L-1Fe3O4NMs 明顯促進煙草的生長[26]；根部暴露γ-Fe2O3NMs 在20 mg·L-1時能顯著促進柑橘幼苗生長[27]。本研究對比分析了不同鐵基NMs促進作物生長的效果，明確了γ-Fe2O3NMs的促生效果優(yōu)于Fe3O4NMs，同時闡明了鐵基NMs 比傳統(tǒng)鐵肥效果更優(yōu)。一方面NMs 具有緩釋性，使得NMs 的生物可利用性明顯高于螯合態(tài)鐵，且γ-Fe2O3NMs 水力學(xué)直徑小、表面電荷多，使得進入到植物體內(nèi)的γ-Fe2O3NMs 多于Fe3O4NMs[4]。植物根、莖、葉內(nèi)鐵含量結(jié)果（圖3）也表明，NMs 處理能夠顯著增加大豆不同部位鐵含量，且γ-Fe2O3NMs 處理的大豆不同部位鐵含量高于Fe3O4NMs，其大豆根、莖、葉中鐵含量是等量Fe-EDTA 處理的1.29、1.09、1.24 倍；另一方面NMs 具有納米效應(yīng)，其提高植物光合作用速率的效果優(yōu)于螯合鐵肥，也可能是由于NMs 能夠加速光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運。圖4結(jié)果表明，施用鐵基NMs提高了大豆的根冠比，表現(xiàn)為γ-Fe2O3NMs＞Fe3O4NMs＞Fe-EDTA，表明鐵基NMs 的施用促進了光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運[13]。

圖2 葉面噴施γ-Fe2O3 NMs（1、10、50 mg·L-1）、Fe3O4 NMs（1、10、50 mg·L-1）、Fe-EDTA（10 mg·L-1γ-Fe2O3 NMs等量鐵濃度）對大豆地上部和地下部生物量的影響Figure 2 Effects of foliar application with γ-Fe2O3 NMs（1，10，and 50 mg·L-1），F(xiàn)e3O4 NMs（1，10，and 50 mg·L-1），and Fe-EDTA（equal Fe concentration to 10 mg·L-1γ-Fe2O3 NMs）on the dry weight of soybean shoot and root

圖3 10 mg·L-1不同鐵基NMs對大豆根、莖、葉中鐵含量的影響Figure 3 Effects of foliar application with different iron-based NMs on the Fe content in root，stem，and leaf of soybean

圖4 葉面噴施γ-Fe2O3 NMs（1、10、50 mg·L-1）、Fe3O4 NMs（1、10、50 mg·L-1）、Fe-EDTA（10 mg·L-1γ-Fe2O3 NMs等量鐵濃度）對大豆根冠比的影響Figure 4 Effects of foliar application with γ-Fe2O3 NMs（1，10，and 50 mg·L-1），F(xiàn)e3O4 NMs（1，10，and 50 mg·L-1），and Fe-EDTA（equal Fe concentration to 10 mg·L-1γ-Fe2O3 NMs）on the rootshoot ratio of soybean

利用根際掃描儀對大豆根參數(shù)進行詳細分析，結(jié)果（圖5）表明，葉面噴施γ-Fe2O3NMs 和Fe3O4NMs 明顯促進了大豆根長和根尖數(shù)，且促進效果與干質(zhì)量結(jié)果類似，施用10 mg·L-1γ-Fe2O3NMs對大豆根長和根尖數(shù)的促進效果最為明顯，其效果優(yōu)于Fe3O4NMs 和Fe-EDTA 處理組。根系形態(tài)圖（圖5）也驗證了以上結(jié)論，且能夠直接觀察到10 mg·L-1γ-Fe2O3NMs 處理組的大豆根體積明顯大于Fe3O4NMs 和Fe-EDTA 處理組。

圖5 葉面噴施γ-Fe2O3 NMs（1、10、50 mg·L-1）、Fe3O4 NMs（1、10、50 mg·L-1）、Fe-EDTA（10 mg·L-1γ-Fe2O3 NMs等量鐵濃度）對大豆根長、根尖數(shù)及根形態(tài)的影響Figure 5 Effects of foliar application with γ-Fe2O3 NMs（1，10，and 50 mg·L-1），F(xiàn)e3O4 NMs（1，10，and 50 mg·L-1），and Fe-EDTA（equal Fe concentration to 10 mg·L-1 γ-Fe2O3 NMs）on the root length，root tips number，and root phenotype of soybean

2.3 葉面噴施鐵基NMs對大豆光合作用的影響

鐵是植物生長的必需營養(yǎng)元素，其直接參與植物的光合作用，鐵是葉綠素中Fe-S 簇的重要組分，能夠影響光合作用中的電子傳遞。因此，本研究在證明了鐵基NMs 對大豆生物量促進作用的基礎(chǔ)上進一步分析了鐵基NMs對光合作用的影響。圖6結(jié)果表明，葉面噴施鐵基NMs 能夠顯著提高大豆凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度及胞間二氧化碳濃度。在10 mg·L-1γ-Fe2O3NMs處理下，凈光合速率和蒸騰速率達到最大，分別提升了62.7%和91.5%。10 mg·L-1Fe3O4NMs 和Fe-EDTA 處理下，凈光合速率分別提升了41.5%和30.7%，蒸騰作用速率分別提升了95.3%和36.3%。兩種鐵基NMs 處理組也顯著促進了大豆葉片的氣孔導(dǎo)度和胞間二氧化碳濃度，且提升效果明顯高于Fe-EDTA。氣孔導(dǎo)度的變化會在一定范圍內(nèi)影響植物吸收二氧化碳的能力，氣孔導(dǎo)度越高，胞間二氧化碳濃度越高。隨著胞間二氧化碳濃度的升高，凈光合速率也隨之急劇增加。植物吸收水分和養(yǎng)分長距離運移的驅(qū)動力主要取決于蒸騰速率[28]。

圖6 葉面噴施γ-Fe2O3 NMs（1、10、50 mg·L-1）、Fe3O4 NMs（1、10、50 mg·L-1）、Fe-EDTA（10 mg·L-1γ-Fe2O3 NMs等量鐵濃度）對大豆葉片光合作用速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間二氧化碳濃度的影響Figure 6 Effects of foliar application with γ-Fe2O3 NMs（1，10，and 50 mg·L-1），F(xiàn)e3O4 NMs（1，10，and 50 mg·L-1），and Fe-EDTA（equal Fe concentration to 10 mg·L-1γ-Fe2O3 NMs）on the net photosynthetic rate，transpiration rate，stomatal conductance，and intracellular CO2 concentrations of soybean leaf

2.4 γ-Fe2O3 NMs 與Fe3O4 NMs 對植物光合產(chǎn)物分配、運移的影響及其內(nèi)在機理

光合作用增強可促進光合產(chǎn)物的產(chǎn)生并最終提高作物產(chǎn)量。光合產(chǎn)物可以通過韌皮部從源端（光合產(chǎn)物的合成部位）轉(zhuǎn)移到庫端。為探究大豆光合產(chǎn)物的合成及分布情況，本研究進一步分析了光合產(chǎn)物的主要組成成分——可溶性糖，以及韌皮部光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)運的主要形式——蔗糖[29]在大豆根、莖、葉中的含量和分布。根據(jù)圖7 可知，鐵基NMs 和Fe-EDTA 處理下大豆根、莖、葉中可溶性糖含量均顯著增加，且在γ-Fe2O3NMs 處理下大豆葉片中可溶性糖含量最高。蔗糖含量在兩種NMs 處理下均顯著增加，且作用效果比Fe-EDTA 更明顯。同時通過比較不同部位蔗糖的含量可以發(fā)現(xiàn)，根中蔗糖含量的增加量顯著高于葉片。其中，根部的蔗糖含量在γ-Fe2O3NMs、Fe3O4NMs、Fe-EDTA 處理下分別是對照組的5.8、4.5、3.6倍。由此可知，大豆苗期葉面噴施鐵基NMs 改變了大豆碳水化合物在根的分配。

圖7 葉面施用γ-Fe2O3 NMs、Fe3O4 NMs及Fe-EDTA對大豆根、莖、葉中可溶性糖和蔗糖含量的影響Figure 7 Soluble sugar content and sucrose content in root，stem，and leaf of soybean after foliar applied with γ-Fe2O3 NMs，F(xiàn)e3O4 NMs，and Fe-EDTA

圖8 葉面施用γ-Fe2O3 NMs、Fe3O4 NMs及Fe-EDTA對大豆葉片蔗糖轉(zhuǎn)運基因GmSWEET 15、GmSUT 2的影響Figure 8 The expression level of the genes related to sucrose transporter（GmSWEET 15，GmSUT 2）in leaves of soybean after foliar applied with γ-Fe2O3 NMs，F(xiàn)e3O4 NMs，and Fe-EDTA

2.5 γ-Fe2O3 NMs與Fe3O4 NMs對植物中營養(yǎng)元素含量的影響

S、P、Mg、Ca均屬于植物生命活動中的大量元素，在植物生長發(fā)育過程中具有至關(guān)重要的作用。如表3 所示，葉面噴施兩種鐵基NMs 顯著提高了大豆葉片中P、Ca 的含量，其中葉部Ca 含量在γ-Fe2O3NMs、Fe3O4NMs 處理下分別增加了37.0%、29.3%。Ca 在植物生長發(fā)育中參與多種生理生化過程并發(fā)揮重要作用，如提高大豆膜的穩(wěn)定性和根瘤固氮能力，促進P、Mg的吸收，提高大豆產(chǎn)量[32]。

表3 10 mg·L-1γ-Fe2O3 NMs、Fe3O4 NMs、Fe-EDTA處理下大豆根、莖、葉中營養(yǎng)元素含量（mg·g-1）Table 3 Nutrient element content in root，stem，and leaf of soybean after exposed to 10 mg·L-1γ-Fe2O3 NMs，F(xiàn)e3O4 NMs，F(xiàn)e-EDTA（mg·g-1）

除了大量元素外，植物還需要微量元素，如Mn、Cu、Mo、Zn 等來調(diào)節(jié)其正常的生理代謝。由表3 可知，兩種鐵基NMs 均顯著提高了大豆葉片中Mo 元素含量以及根中Mn、Cu、Mo的含量。其中根系Mn含量在γ-Fe2O3NMs、Fe3O4NMs 處理下分別增加了56.5%、64.5%。Mn 在植物體內(nèi)可以作為輔助因子，激活植物生長過程中的氧化還原等反應(yīng)。它還參與呼吸、光合作用、氨基酸合成和激素激活等代謝過程。Mo 是植物體內(nèi)硝酸還原酶、固氮酶等發(fā)揮催化活性的核心元素[33]，增加鉬含量是提高大豆碳、氮代謝效率的有效途徑之一。

上述結(jié)論表明，葉面噴施10 mg·L-1鐵基NMs 不僅可以增加植物體內(nèi)鐵的含量，同時還可以增加植物體對其他營養(yǎng)元素的吸收利用。這與DE SOUZA等[34]的研究得到的葉面噴施鐵基NMs 顯著提高了馬齒莧中礦質(zhì)養(yǎng)分含量的結(jié)論一致。葉面噴施鐵基NMs 使根部的根長、根尖數(shù)、根體積增加，增大了根部與養(yǎng)分的接觸面積與概率，進而促進了大豆養(yǎng)分的吸收。

3 結(jié)論

（1）葉面噴施鐵基NMs 能夠促進大豆生長，且隨著葉面噴施濃度的升高呈先增加后降低的趨勢，10 mg·L-1為最佳施用濃度，不同化學(xué)形態(tài)鐵基肥料對大豆生長的促進效果表現(xiàn)為γ-Fe2O3NMs＞Fe3O4NMs＞Fe-EDTA。

（2）鐵基NMs 的緩釋性及其高表面活性使其比Fe-EDTA 具有更高的生物可利用性，γ-Fe2O3NMs 處理的大豆各組分中鐵含量明顯高于Fe-EDTA 處理組，且鐵基NMs 對大豆葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間二氧化碳濃度的促進效果也明顯優(yōu)于Fe-EDTA。

（3）鐵基NMs 通過上調(diào)蔗糖轉(zhuǎn)運相關(guān)基因（Gm-SWEET 15、GmSUT 2）提高光合產(chǎn)物向根部運輸?shù)哪芰?，增加大豆根冠比，促進根部養(yǎng)分（S、P、Ca、Mn、Cu）吸收。

綜上所述，本研究初步表明鐵基NMs 可作為更加高效、安全的新型鐵肥，用來促進作物生長及光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運。