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纳米粒子如何影响植物功能?
来源:azo 纳米 发布时间:2020-04-03

科学家们正在进行广泛的研究,以开发金属基和碳基纳米材料,以改善植物的生长和发育。纳米材料可以作为一种有前途的工具,以可控的方式将基因(正常植物功能所需的)或化学物质传递到目标位点,具有很高的准确性。

暴露于纳米材料中的植物会发生各种形态和生理变化。它们功能表达的变化取决于几个参数,如纳米颗粒的性质、宿主植物和纳米颗粒相互作用的特定类型、表面涂层、大小、剂量、暴露时间等。

对植物与纳米颗粒相互作用的动力学机制尚不清楚。然而,一些研究报道了纳米颗粒对植物功能和发育的积极和消极影响。

纳米粒子对植物的积极作用

纳米技术在解决由于农业实践中过度使用化肥而出现的各种环境和健康问题方面具有作用。许多纳米粒子,包括碳纳米管、银、氧化钛、金、硫、锌、铁、二氧化硅、磷灰石、铜、壳聚糖- NKP-纳米粒子和碳纳米管涂层NKP 壳聚糖NPK-纳米粒子,在适当的浓度下使用可以改善植物生长和增加作物产量。

不同纳米颗粒对植物功能的其他一些积极影响包括:

种子发芽率:在高浓度TiO2纳米溶液中浸泡过的菠菜种子发芽率较高。这种处理促进菠菜的生长,加速氮的吸收。该反应机制涉及到菠菜叶绿体中氧演化速率的激发,改善了叶绿体的偶联,增强了Mg2 - atp酶和叶绿体偶联因子在类囊体膜上的活性。这种纳米颗粒还可以保护叶绿体在长时间的光照下不老化。

光合速率:Rubisco(一种参与碳固定的酶)的活性显著提高,在经过纳米锐钛酸酶处理的菠菜中可见到。电子转移、氧演化和光磷酸化的速率也有增加。Rubisco蛋白水平和活性的升高导致Rubisco羧化作用的改善,增加光合碳反应速率。

植物生物量和根系伸长:氧化铝纳米颗粒的应用增加了Lemna minor (duckweed)的根长、叶数和总生物量。生物量的这种发展是由于光合作用效率的提高。氧化铝纳米颗粒提高了光系统II的量子产率。同样,在萝卜和油菜中,铝纳米颗粒的应用可以显著提高根长。

产量增加:纳米氧化铁颗粒的应用使粮食产量最高,与对照相比增加了48%。这可能是因为纳米氧化铁可以促进光合产物和铁转移到叶片。

纳米颗粒对开花的植物刺激作用:纳米颗粒具有独特的生物特性,可以作为植物生长促进剂。将鳞茎浸泡在纳米银溶液中是促进植物生长和开花的有效策略。经纳米银处理的植物开花数量较多,花期较长。

纳米粒子对植物的负面影响

许多研究者报道了纳米颗粒对植物功能的不利影响,下面将讨论其中的一些。

植物生长抑制:利用洋葱根尖细胞研究纳米银颗粒(小于100 nm)的细胞毒性和基因毒性,发现纳米银颗粒浓度越高,有丝分裂指数越低。银纳米颗粒破坏细胞分裂的各个阶段,导致分裂中期、染色质桥接、多染色体断裂和细胞解体。氧化铜纳米粒子在农业和草原植物中引起DNA损伤。

种子萌发抑制:单分散纳米氧化锌颗粒对种子萌发有明显的抑制作用。

植物色素产量减少:氧化铜纳米颗粒降低植物叶绿素浓度。

光合作用:通过铜离子和铜纳米粒子的应用,可以促进大叶白杨(Elodea densa, Planch)植株的脂质过氧化反应。在较高的浓度下,纳米颗粒的积累会增加过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的活性,降低光合作用。

根系统的破坏:钴和氧化锌纳米颗粒对洋葱根的植物毒性研究表明,与对照植物相比,增加纳米颗粒的浓度可以抑制根的伸长。氧化钴纳米颗粒的植物毒性可能是由于纳米颗粒通过吸附堵塞水渠,而氧化锌纳米颗粒可能从根本上渗入洋葱根部,破坏整个细胞的新陈代谢和细胞分裂阶段。

 

来源机构: azo 纳米

原文题目: How do Nanoparticles Affect Plant Function?

原文来源: https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=5459



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