納米材料對植物生長發育的影響

王鈺涵+唐樂+劉桂蕓+林依美+馬莉+冉永珍+宋凱

摘要：納米材料的廣泛運用，勢必會對環境中的植物生長產生影響。本文總結了目前常用的納米材料對植物種子的發芽情況研究，以期對為納米材料在種子萌發領域的應用提供理論依據。

關鍵詞：納米；植物；發芽

基金項目：吉林省大學生創新創業訓練計劃項目資助

中圖分類號： S129 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.05.010

隨著納米顆粒的廣泛使用，越來越多的納米粒子通過各種途徑進入環境中，可能對人們的健康以及生態環境造成危害，植物作為自然界的生產者，也是生態系統最為重要的環節，納米粒子對植物的生長發育的影響，以及植物對納米材料的吸收積累都會對高營養級的生物產生不同程度的影響。

1對植物發芽率的影響

種子發芽是一種常用的試驗植物毒性的方法，具有方法簡便，成本較低，試驗快速等優點。目前已有研究表明，納米微粒對植物的發芽率有一定的抑制作用。例如：納米TiO2對油菜、黃瓜和玉米的發芽率均有抑制作用。納米TiO2對油菜和黃瓜的發芽率影響比較微弱，而對玉米發芽率的抑制作用則是非常顯著的[1]。由組氨酸包被的金納米簇對辣椒的發芽率具有抑制作用[2]。也有研究者以玉米為受試植物，分別對ZnO納米顆粒和金納米顆粒進行研究。以10～1000毫克/升的不同濃度梯度的ZnO納米顆粒處理玉米種子，得出結論：當ZnO納米顆粒的濃度升高時，玉米種子的萌發率呈下降的趨勢。就金納米顆粒是否對玉米種子發芽率產生抑制作用的研究，發現用不同方法處理過的金納米顆粒對玉米種子的發芽率并沒有顯著影響。這是由于種皮對種子具有保護作用，可以防止外界污染物或病蟲害對種皮內的胚胎發育產生影響，只有一些能夠通過種皮的細小微粒才能對胚胎產生影響，這可能是金納米顆粒對玉米種子萌發沒有抑制作用的原因。由于金屬和金屬氧化物納米顆粒的種類很多，因此，其對植物產生的影響也不盡相同，學者們對其產生的植物毒性以及是否存在植物毒性都具有爭議。

2對植物生物量和幼苗形態的影響

目前，由于納米微粒特殊的物理化學特性，納米材料對生態環境和生物生長發育方面的影響，受到了許多學者乃至政府的關注。目前已有很多學者對此進行研究，得到結論：一般情況下，植物經高濃度（1000～4000毫克/升）的納米微粒作用時，植物的生物量，幼苗形態，根伸長，根活力等生理生化指標才會受到影響。例如：零價的Fe納米顆粒在（2000～5000毫克/升）時完全抑制麻，黑麥草和大麥的發芽；而ZnO納米顆粒在濃度為1000毫克/升時，可以將黑麥草根尖的所有細胞殺死。濃度為100毫克/升的CuO納米顆粒則可以抑制玉米幼苗根的生長。

有研究表明，納米顆粒對植物的生物量以及幼苗形態存在著抑制作用。有學者為了探究納米ZnO對植物的生長發育是否存在影響，分別用1000毫克/升納米ZnO顆粒和100毫克/升納米ZnO顆粒處理玉米幼苗，同時設置了對照組，發現100毫克/升納米氧化鋅的作用下根的生物量較對照組降低了48.4%，而1000毫克/升濃度的納米氧化鋅較對照組降低了87.5%，莖的生物量也有所降低，100毫克/升濃度下的納米氧化鋅顆粒較對照組降低了75%，而1000毫克/升濃度下莖的生物量較對照組降低了87.5%。在1000毫克/升的濃度下玉米幼苗葉的生物量降低的更為明顯，可以達到91.1%，100毫克/升濃度時，也能達到62.96%。鋅是人體必需的微量元素，同時也是植物生長必需的元素，然而過量的鋅對植物是有害的，對植物的生長產生抑制作用，具有一定的毒性效應。隨著納米顆粒濃度的增加，受試玉米幼苗的葉子發黃較為嚴重。

3對植物生理生化的影響

納米材料對植物的發芽率，生物量，以及幼苗形態等均有不同程度的影響，那么，納米材料對植物的生理生化方面是否存在著某些作用？對此，很多學者做了大量研究，例如，Gao等發現將0.03%的TiO2納米顆粒懸液，噴灑在菠菜的葉片表面，結果發現TiO2納米顆粒懸液可以顯著的促其進生長，從而得出結論，TiO2納米微粒懸液在促進光吸收的同時還能增強菠菜體內Rubisco酶活性，進而提高光合作用的效率，促進植物的生長[3]。植物為了使自己免于遭受活性氧化的傷害，都有自己的一套高度發雜的抗氧化防御系統，有多種抗氧化酶CAT、MDA，過氧化物酶以及低分子量抗氧化劑等。有學者觀察金納米顆粒對玉米和辣椒體內的抗氧化酶的作用效果，來探究納米微粒對植物的一些酶活性的影響效應。分別用通過檸檬酸還原的金納米顆粒、ESA包被的金納米簇以及組氨酸包被的金納米簇來處理玉米和辣椒幼苗。得到的結論是：隨著AuNCs@His處理濃度的增加，玉米體內抗氧化酶的活性呈先上升后下降趨勢。當AuNCs@BSA處理濃度增加，玉米地上部分抗氧化酶活性呈上升趨勢。三種納米材料對玉米根系的抗氧化酶活性沒有顯著影響，根系POD酶活性和MDA顯著低于對照組。由此可見，納米微粒對植物體內酶活性具有一定的抑制作用。

4結語

研究表明，不同的納米粒子對植物的影響也不盡相同，對植物的發芽率、生物量、幼苗生長以及生理生化方面均具有抑制作用。納米微粒的毒性機制與外部的環境因素以及暴露時間有著不可忽視的關系。

參考文獻

[1]王鐸鋒.金納米顆粒對兩種植物的生物學效應的研究[J].環境生態學，2014，（05）.

[2]于曉莉.幾種典型納米人工顆粒對高等植物的毒性效應研究[J].環境科學，2010，（06）.

[3]王江雪，李煒，劉穎.二氧化鈦納米材料的環境健康和生態毒理效應[J].生態毒理學報，2008， 3（02）：105-113

作者簡介：王鈺涵，在讀本科生，研究方向：食品科學與工程。