不同濃度納米氧化鐵對(duì)西瓜幼苗生長(zhǎng)的影響

王運(yùn)強(qiáng)，甘秋良，戴照義，陳 港，郭雅新，李俊麗*

(1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，湖北 武漢 430064；2.武漢理工大學(xué)化學(xué)化工與生命科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430070)

不同濃度納米氧化鐵對(duì)西瓜幼苗生長(zhǎng)的影響

王運(yùn)強(qiáng)1，甘秋良2，戴照義1，陳 港2，郭雅新2，李俊麗2*

(1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，湖北 武漢 430064；2.武漢理工大學(xué)化學(xué)化工與生命科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430070)

【目的】研究不同濃度納米氧化鐵對(duì)西瓜幼苗生長(zhǎng)的影響。【方法】采用不同濃度納米氧化鐵對(duì)西瓜幼苗進(jìn)行處理后，對(duì)植株根系生物量、抗氧化酶活性等進(jìn)行測(cè)定。對(duì)比不同粒徑納米氧化鐵對(duì)西瓜葉片影響的研究，比較納米處理對(duì)植株地上地下部分影響的差異?！窘Y(jié)果】不同濃度的納米氧化鐵對(duì)西瓜根系生長(zhǎng)有影響，低濃度時(shí)對(duì)植株生長(zhǎng)起促進(jìn)作用，高濃度時(shí)促進(jìn)作用減弱或起抑制效果，呈現(xiàn)出一定的植物毒性?！窘Y(jié)論】低濃度的納米氧化鐵有利于植物的生長(zhǎng)，在弄清劑量、毒性及尺寸效應(yīng)的基礎(chǔ)上，有望將納米氧化鐵作為納米肥料或植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上。

不同濃度；納米氧化鐵；根系生長(zhǎng)；西瓜

【研究意義】鐵作為植物必需的營(yíng)養(yǎng)元素，與光合作用密切相關(guān)，它不僅影響光合作用中的氧化還原系統(tǒng)，還參與葉綠素合成，影響葉片對(duì)光能的捕獲。缺鐵會(huì)導(dǎo)致葉綠體的結(jié)構(gòu)受損，葉綠素?zé)o法生成，從而使植物新生的葉片會(huì)出現(xiàn)缺鐵黃化現(xiàn)象[1]。對(duì)植物而言，鐵的存在形式是實(shí)現(xiàn)其功能有效的關(guān)鍵。目前傳統(tǒng)方法使用的鐵強(qiáng)化劑對(duì)植物進(jìn)行補(bǔ)鐵時(shí)，難以轉(zhuǎn)化為能有效利用的鐵，不能很好地發(fā)揮出改善植物黃化的功效，所以目前對(duì)植物正確施鐵的方法還有待研究。【前人研究進(jìn)展】納米顆粒是一種空間結(jié)構(gòu)上至少有一維介于1～100 nm的顆粒狀材料。由于其結(jié)構(gòu)上的特殊性，納米粒子在多方面具備常規(guī)物質(zhì)沒(méi)有的理化特性，例如團(tuán)聚效應(yīng)，表面效應(yīng)等，使其在各個(gè)領(lǐng)域都有較好的功效和廣泛的應(yīng)用前景。故而，對(duì)于納米顆粒本身及其在人類生活應(yīng)用的研究已在全世界掀起了大波瀾[2]。γ-Fe2O3,針狀或紡錘狀,具亞鐵磁性，結(jié)構(gòu)為陽(yáng)離子缺位的尖晶石型[3]。有研究把納米氧化鐵與有機(jī)肥、腐殖酸配合施用，探究其對(duì)花生生長(zhǎng)發(fā)育和吸收鐵肥的影響，結(jié)果表明,納米氧化鐵能夠顯著地促進(jìn)花生的生長(zhǎng)發(fā)育和光合作用[1]。近些年來(lái),隨著納米科技的廣泛應(yīng)用，關(guān)于納米顆粒對(duì)植物生長(zhǎng)的影響,以及其在植物體的吸收遷移、生物可利用性以及生物富集的研究已經(jīng)開始出現(xiàn)[4]。納米顆粒的尺寸大小和濃度都是造成這些生理影響差異的因素，特定的尺寸和濃度產(chǎn)生的作用效果更明顯[5]。【本研究切入點(diǎn)】本研究開展了對(duì)缺鐵處理的西瓜幼苗施用不同濃度納米 γ-Fe2O3的實(shí)驗(yàn)?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室之前關(guān)于不同粒徑納米 γ-Fe2O3對(duì)西瓜葉片生理影響的研究[6]，通過(guò)觀察測(cè)量相關(guān)生長(zhǎng)生理指標(biāo)，探究不同濃度的納米 γ-Fe2O3處理對(duì)西瓜幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響，為進(jìn)一步闡明納米 γ-Fe2O3在植物體內(nèi)吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

納米磁性氧化鐵(γ-Fe2O3)，顆粒粒徑20 nm，球形，純度為99.5 %，購(gòu)自麥克林公司。納米氧化鐵懸液配制：將納米 γ-Fe2O3用超聲震蕩的方式分散到去離子水中形成均一穩(wěn)定的懸浮液。

在超凈工作臺(tái)中將浸泡了3 h的去殼西瓜種子用75 %的乙醇洗滌30 s，再用8 %的次氯酸鈉浸洗10 min，用無(wú)菌水沖洗3次。將消毒處理好的種子包裹在已滅菌的濾紙中，并用無(wú)菌水潤(rùn)濕濾紙，放在培養(yǎng)皿中置于32 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，2 d后大部分種子露白，將萌發(fā)的種子播入潮濕的珍珠巖中，置于人工氣候箱中培養(yǎng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

幼苗長(zhǎng)到2葉1心時(shí)，選取長(zhǎng)勢(shì)近似的植株移植于7組水培盆中，每盆18株，用去離子水適應(yīng)培養(yǎng)1周后，開始改澆缺鐵的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，1周后進(jìn)行納米氧化鐵處理。將上述納米 γ-Fe2O3懸液與營(yíng)養(yǎng)液混勻，使得最終營(yíng)養(yǎng)液中納米 γ-Fe2O3濃度為0、20、50、100、200 mg/L，對(duì)7組幼苗分別澆灌含不同濃度 γ-Fe2O3的營(yíng)養(yǎng)液，以在50 mg/L的納米 γ-Fe2O3具有相同鐵元素含量的Fe2+和Fe3+溶液作為對(duì)照，在相同的條件下置于人工氣候箱中培養(yǎng)。環(huán)境條件設(shè)計(jì)為：每天在28 ℃下光照培養(yǎng)16 h，18 ℃下黑暗培養(yǎng)8 h，連續(xù)培養(yǎng)14 d。期間，每天需將營(yíng)養(yǎng)液超聲分散，以免納米粒子發(fā)生聚沉。

1.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)定

1.3.1 根生物量測(cè)量 在每個(gè)培養(yǎng)盆中隨機(jī)選取6株幼苗，于根莖相接處剪去地上部分，用去離子水沖洗根部，并用吸水紙吸干后分別測(cè)量根長(zhǎng)及根重[7]。

1.3.2 根系活力的測(cè)定 采用TTC法測(cè)定根系活力[4]：取上述已稱重的根放入15 mL離心管中再加入0.4 % TTC和PBS(pH 6.0)各5 mL，使根完全浸沒(méi)在溶液中，于37 ℃下保溫2 h，此后加入2 mL(1 mol/L)硫酸以終止顯色反應(yīng)。向已顯色的根加10 mL甲醇，于40 ℃下保溫7 h。取其溶液于485 nm測(cè)定吸光度值。

1.3.3 脂質(zhì)過(guò)氧化作用的測(cè)定 丙二醛(MDA)是膜脂質(zhì)過(guò)氧化作用的最終分解產(chǎn)物，是常用的膜脂過(guò)氧化指標(biāo)。取0.1 g剪碎的根，加入少量PBS(pH 6.0)快速研磨至勻漿，4000 r/min離心10 min后將上清全部轉(zhuǎn)移并定容至10 mL得到提取酶液。吸取1 mL粗提液加入2 mL TBA(0.6 %)沸水浴反應(yīng)15 min，冷卻后分別測(cè)定532、600和450 nm下的吸光度值。

1.3.4 抗氧化酶系統(tǒng)活力測(cè)定 取1.3.3粗提液進(jìn)行抗氧化酶系統(tǒng)的活力測(cè)定[8]。SOD采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定；POD采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定；CAT采用比色法測(cè)定。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

所有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3次重復(fù)。所得數(shù)據(jù)用IBM SPSS Statistics 21進(jìn)行單樣本t-檢驗(yàn)和方差分析，用Origin 75進(jìn)行圖片制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 納米 γ-Fe2O3對(duì)根系生長(zhǎng)發(fā)育的影響

根系長(zhǎng)度和根重是反映植物根系生長(zhǎng)發(fā)育狀況的一個(gè)指標(biāo)。Fe2+處理組是適宜西瓜幼苗生長(zhǎng)的處理組，在此處理下根長(zhǎng)和鮮重指標(biāo)最高。以缺鐵處理組作為對(duì)照組，從圖1可以看出，在不同濃度納米 γ-Fe2O3處理下西瓜根系長(zhǎng)度和鮮重均有明顯變化：低濃度的納米 γ-Fe2O3對(duì)西瓜根系伸長(zhǎng)和生物量積累有一定促進(jìn)作用，高濃度的納米 γ-Fe2O3處理對(duì)生物量積累的促進(jìn)作用有所下降。當(dāng)濃度達(dá)較適宜濃度50 mg/L時(shí)，促進(jìn)作用較為顯著，優(yōu)于其他濃度下的處理組，而且該濃度下納米 γ-Fe2O3對(duì)西瓜根伸長(zhǎng)和生物量積累的促進(jìn)作用和Fe2+組的效果接近，這表明納米 γ-Fe2O3在該濃度下有和Fe2+相近的補(bǔ)鐵作用。此外，與Fe3+處理組實(shí)驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)的毒害現(xiàn)象相比較，納米 γ-Fe2O3對(duì)西瓜幼苗根系產(chǎn)生作用的方式并非通過(guò)釋放Fe3+，而是通過(guò)其他的方式對(duì)植物生理產(chǎn)生影響。在0～200 mg/L納米 γ-Fe2O3暴露下，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)納米 γ-Fe2O3對(duì)根系伸長(zhǎng)有明顯抑制作用，但從根重在高濃度時(shí)受抑制這一現(xiàn)象可以推測(cè)納米 γ-Fe2O3對(duì)西瓜種子根系細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育的影響可能作用于細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)上，主要作用是促使細(xì)胞縱向伸長(zhǎng)，而非增加細(xì)胞質(zhì)量。

圖1 不同處理下西瓜幼苗根系長(zhǎng)度和鮮重變化Fig.1 Variability of root length and weight of the watermelon under different treatments

2.2 納米 γ-Fe2O3對(duì)根系活力的影響

根作為植物吸收營(yíng)養(yǎng)的主要器官，根系活力代表的是植物整體的生長(zhǎng)情況、吸收營(yíng)養(yǎng)的能力大小。通過(guò)對(duì)比納米 γ-Fe2O3處理對(duì)西瓜葉片產(chǎn)生影響的實(shí)驗(yàn)[6]，發(fā)現(xiàn)納米 γ-Fe2O3的粒徑不同，濃度不同都是造成納米顆粒對(duì)根系生長(zhǎng)影響結(jié)果不同的關(guān)鍵因素[9]，可借此來(lái)研究納米顆粒與西瓜根系細(xì)胞的相互作用方式。如圖2所示,低濃度的納米 γ-Fe2O3對(duì)植物根系活力有促進(jìn)作用，可能是因?yàn)橹参餅榫S持自身生長(zhǎng)需求需從外界吸取足夠的鐵元素，在游離鐵含量不高的情況下，植物通過(guò)提高根系活力以加大對(duì)營(yíng)養(yǎng)液中納米 γ-Fe2O3的吸收，與此相伴的營(yíng)養(yǎng)元素的跨膜運(yùn)輸?shù)群哪苓^(guò)程也是促進(jìn)根系活力提高的動(dòng)力；高濃度納米 γ-Fe2O3處理對(duì)植物根系活性表現(xiàn)出一定的抑制作用，該現(xiàn)象可解釋為高濃度的納米顆粒發(fā)生團(tuán)聚堵塞了西瓜根系毛孔，影響根毛細(xì)胞對(duì)水分和營(yíng)養(yǎng)的吸收，使得根系活力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。該趨勢(shì)與我們之前的研究用9和18 nm的納米 γ-Fe2O3對(duì)葉片處理取得的結(jié)果相符[6]，相對(duì)于對(duì)照組，20 mg/L的納米 γ-Fe2O3處理有促進(jìn)根系活力的積極作用，而50 mg/L的納米處理組的根系活力明顯下降。另外，在粒徑上對(duì)比，納米顆粒粒徑20，18，9 nm處理下對(duì)西瓜根系活力產(chǎn)生抑制的濃度稍有不同，粒徑越小產(chǎn)生抑制效果所需濃度越低，說(shuō)明小粒徑的納米顆粒因更易發(fā)生團(tuán)聚堵塞根毛，在低濃度時(shí)便會(huì)對(duì)根系活力產(chǎn)生抑制作用[6]。在適宜西瓜幼苗生長(zhǎng)的Fe2+處理組中，西瓜根系細(xì)胞并沒(méi)有表現(xiàn)出較高的根系活力，這很可能與溶液中游離鐵的含量較高有關(guān)，西瓜根系細(xì)胞吸收這些鐵并不需要很高的能量，相應(yīng)的根系活力也就較弱。葉綠素是植物光合作用必不可少的物質(zhì)，它的含量直接反應(yīng)植物的生長(zhǎng)活力，從西瓜葉片實(shí)驗(yàn)[6]中發(fā)現(xiàn)低濃度下隨著納米 γ-Fe2O3的施加，葉綠素含量有輕微上升的趨勢(shì)，這從另一角度說(shuō)明納米 γ-Fe2O3有可能為植物缺鐵黃化防治提供新的途徑，為高效納米復(fù)合肥料的推廣與運(yùn)用奠定基礎(chǔ)。

2.3 納米 γ-Fe2O3對(duì)根系抗氧化系統(tǒng)的影響

為了更好地生長(zhǎng)發(fā)育，植物會(huì)形成多種抵抗外界脅迫的防御機(jī)制，抗氧化系統(tǒng)就是植物抵抗活性氧自由基對(duì)自身傷害的機(jī)制之一[10]。超氧化物歧化酶(SOD)，過(guò)氧化物酶(POD)，過(guò)氧化氫酶(CAT)都是抗氧化保護(hù)酶，這些抗氧化酶的活性變化有利于維持體內(nèi)活性氧的動(dòng)態(tài)平衡。通常情況下，當(dāng)外界脅迫刺激導(dǎo)致平衡破壞時(shí)，酶活性的變化直接反映了西瓜根系細(xì)胞受脅迫的程度。從圖3(A)的結(jié)果與之前關(guān)于不同粒徑納米 γ-Fe2O3對(duì)西瓜幼苗葉片抗氧化系統(tǒng)的影響相比較發(fā)現(xiàn)[6]，不同粒徑的納米 γ-Fe2O3處理西瓜幼苗根和葉片中SOD活性變化均呈平緩趨勢(shì)，并且總體水平高于Fe2+處理組。說(shuō)明，納米 γ-Fe2O3通過(guò)刺激ROS積累誘導(dǎo)氧化應(yīng)激提高抗氧化酶活性。從圖3(B)中可看出，粒徑20 nm納米 γ-Fe2O3處理下的西瓜幼苗根細(xì)胞中POD活性變化不顯著，與葉片實(shí)驗(yàn)[6]中粒徑18 nm納米 γ-Fe2O3處理下西瓜葉片細(xì)胞中POD活性相比較發(fā)現(xiàn)，根細(xì)胞中POD酶活性整體高于葉片中的酶活性，這可能與納米 γ-Fe2O3在西瓜幼苗中的轉(zhuǎn)運(yùn)量有關(guān)，根最先接觸納米 γ-Fe2O3產(chǎn)生較強(qiáng)的氧化應(yīng)激，隨后納米 γ-Fe2O3部分轉(zhuǎn)運(yùn)到上部組織，因而產(chǎn)生的影響不及根部細(xì)胞的強(qiáng)烈。此外，葉片實(shí)驗(yàn)[6]中粒徑9 nm的納米 γ-Fe2O3處理下POD酶活性稍高于18 nm納米 γ-Fe2O3處理中的，這說(shuō)明小粒徑的納米 γ-Fe2O3更有機(jī)會(huì)被吸收運(yùn)輸?shù)街参锷喜拷M織中。已知CAT酶和POD酶主要作用是清除細(xì)胞內(nèi)過(guò)多的H2O2，減少H2O2對(duì)膜脂質(zhì)的過(guò)氧化作用，穩(wěn)定膜的結(jié)構(gòu)。從圖3(C)中可看出，施加了納米 γ-Fe2O3后根中CAT酶活性均比對(duì)照組有所提高。隨納米顆粒濃度的增加，CAT酶活性變化不大。這與葉片中CAT酶活性變化趨勢(shì)一致。對(duì)比根和葉片中CAT酶活性值發(fā)現(xiàn)，葉片中CAT酶活性整體高于根細(xì)胞酶活，說(shuō)明葉片在清除脂質(zhì)過(guò)氧化物的能力上更優(yōu)于根細(xì)胞，究其原因，可能是根細(xì)胞最先接觸較高濃度的納米 γ-Fe2O3發(fā)生較強(qiáng)氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而刺激了細(xì)胞自身的保護(hù)機(jī)制，抑制了酶活力，而納米 γ-Fe2O3經(jīng)吸收轉(zhuǎn)運(yùn)再到葉片時(shí)，較每個(gè)濃度下根細(xì)胞所接觸的濃度低，葉片中酶活力較高處于活躍狀態(tài)為機(jī)體清除自由基，從而造成葉和根中酶活性的區(qū)別。這側(cè)面說(shuō)明納米 γ-Fe2O3在植株中有一定的運(yùn)輸。

圖2 不同處理下西瓜根系活力變化Fig.2 Variability of root activity of the watermelon under different treatments

A：超氧化物歧化酶活性(SOD) ;B：過(guò)氧化物酶活性(POD) ;C：過(guò)氧化氫酶活性(CAT);D：過(guò)氧化氫酶抗氧化機(jī)理方程式圖3 不同處理下西瓜幼苗根系抗氧化酶活力變化Fig.3 Variability of antioxidant enzyme activity of the watermelon under different treatments

2.4 納米 γ-Fe2O3對(duì)根系丙二醛(MDA)含量的影響

當(dāng)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生過(guò)量的活性氧時(shí)，會(huì)引發(fā)膜脂過(guò)氧化，丙二醛是膜脂過(guò)氧化的主要產(chǎn)物之一，其含量可以表示膜脂過(guò)氧化的程度[11]。MDA含量越高，說(shuō)明細(xì)胞膜系統(tǒng)受損越嚴(yán)重。和葉片實(shí)驗(yàn)中MDA含量水平對(duì)比，從圖4中可看出，根細(xì)胞中MDA水平整體高于葉片中MDA水平。這說(shuō)明根細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度較葉片中的高，根作為直接和最先接觸納米顆粒的器官，其細(xì)胞膜受損的程度大于納米顆粒經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)后對(duì)葉片造成損傷的程度，這和上文抗氧化系統(tǒng)中酶活性在根細(xì)胞和葉細(xì)胞中的差異一致。較低的MDA含量對(duì)于保護(hù)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能很有必要，正常鐵供給的Fe2+處理組的MDA水平不低，分析原因極有可能是缺鐵脅迫處理的逆境下已對(duì)植物細(xì)胞膜產(chǎn)生影響，補(bǔ)鐵有一定的恢復(fù)效果但不能完全抵消缺鐵造成的損傷。在缺鐵處理組中，由于缺鐵導(dǎo)致植物內(nèi)囊體膜受到一定的損傷，植物體內(nèi)的MDA的含量較高，在不同濃度納米 γ-Fe2O3處理下MDA含量稍有下降但變化不顯著，說(shuō)明納米 γ-Fe2O3的補(bǔ)鐵效果和其產(chǎn)生的氧化損傷程度之間有一定的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。在葉片[6]中9 nm粒徑的納米 γ-Fe2O3在50 mg/L時(shí)使MDA呈現(xiàn)反常的下降趨勢(shì)可能歸結(jié)于納米顆粒小粒徑的團(tuán)聚效果，使其不易穿過(guò)細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，避免對(duì)細(xì)胞造成強(qiáng)烈的氧化損傷，這啟發(fā)可以繼續(xù)設(shè)計(jì)不同粒徑和濃度梯度納米顆粒處理，并找到最佳補(bǔ)鐵效應(yīng)和最低氧化損傷的處理方案。

圖4 不同濃度納米γ-Fe2O3處理下西瓜幼苗根系MDA含量變化Fig.4 Variability of MDA content of the watermelon under different treatments

3 討 論

整個(gè)實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)缺鐵處理的西瓜幼苗施用不同濃度納米 γ-Fe2O3進(jìn)行處理的方法，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室關(guān)于不同粒徑納米氧化鐵對(duì)西瓜葉片生理影響的研究[6]，分析納米 γ-Fe2O3對(duì)西瓜根系生長(zhǎng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同濃度納米 γ-Fe2O3對(duì)西瓜根系的長(zhǎng)度、鮮重有一定的影響，濃度從低到高的納米 γ-Fe2O3對(duì)西瓜根系伸長(zhǎng)和生物量積累的促進(jìn)作用呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中出現(xiàn)的根伸長(zhǎng)但根重增加不明顯的現(xiàn)象，對(duì)納米 γ-Fe2O3的作用機(jī)制有參考意義，納米顆粒是否只是與根細(xì)胞壁相互作用，破壞其某些結(jié)構(gòu)刺激細(xì)胞伸長(zhǎng)，具體機(jī)制需制定新的方案進(jìn)一步進(jìn)行探究。此外，納米顆粒的團(tuán)聚效應(yīng)堵塞根毛，一方面體現(xiàn)在高濃度納米處理時(shí)對(duì)植物根系活性表現(xiàn)出一定的抑制作用，另一方面體現(xiàn)在納米顆粒粒徑越小產(chǎn)生抑制效果所需濃度越低[6]。相比較而言，低濃度的納米 γ-Fe2O3對(duì)植物根系活力的促進(jìn)作用在一定程度上優(yōu)于其他處理組。與之前的研究關(guān)于納米鐵對(duì)西瓜葉片影響的實(shí)驗(yàn)[6]聯(lián)系起來(lái)，不同濃度不同粒徑的納米 γ-Fe2O3對(duì)植物不同組織部位產(chǎn)生的影響既有相同點(diǎn)又有不同之處[9]，一定程度上說(shuō)明納米 γ-Fe2O3對(duì)植物作用的機(jī)制有可能是通過(guò)外部生理壓力，也可能是吸收轉(zhuǎn)運(yùn)，這需進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。西瓜植株在受到納米氧化鐵脅迫時(shí)，會(huì)啟動(dòng)相應(yīng)的防御機(jī)制來(lái)對(duì)抗氧化脅迫，使機(jī)體的生理狀態(tài)正常進(jìn)行，減少機(jī)體受損害的可能性，這表明西瓜對(duì)納米 γ-Fe2O3有一定的生物適應(yīng)能力。而高濃度下的納米 γ-Fe2O3都沒(méi)有出現(xiàn)與Fe3+相似的強(qiáng)毒害作用，可以說(shuō)明納米γ-Fe2O3對(duì)植物生理產(chǎn)生的影響并非是通過(guò)釋放Fe3+來(lái)起作用，而且一定程度上納米 γ-Fe2O3有和Fe2+相同的改善缺鐵癥狀的效果，某些指標(biāo)上甚至更優(yōu)，也說(shuō)明納米 γ-Fe2O3運(yùn)用于西瓜缺鐵改善方面有一定的研究可能性。進(jìn)一步研究納米 γ-Fe2O3在西瓜幼苗根系附近和根細(xì)胞內(nèi)的賦存狀態(tài)，及體內(nèi)生物物質(zhì)表達(dá)含量的差異性，并加深到相關(guān)調(diào)控機(jī)制的分子層面可能會(huì)有新突破。同時(shí)考慮到納米顆粒對(duì)環(huán)境問(wèn)題和人類健康問(wèn)題的未知風(fēng)險(xiǎn)，在實(shí)際應(yīng)用之前需仔細(xì)開展納米顆粒安全性的研究。

4 結(jié) 論

綜上所述，不同濃度的納米氧化鐵對(duì)西瓜根系生長(zhǎng)有影響,較低濃度的納米氧化鐵能被植物根吸收并轉(zhuǎn)運(yùn)到植物上部，并有效的促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，而隨著納米氧化鐵濃度的增高，其積極作用逐漸減弱。此外在相同濃度下，較小尺寸的納米氧化鐵表現(xiàn)出更大的植物毒性。這些結(jié)果評(píng)估了合適的劑量和尺寸的納米氧化鐵在植物缺鐵黃化病上的修復(fù)效果，為探究納米材料的植物分子毒性機(jī)制提供了重要的依據(jù)，也為其作為新型的納米肥料或植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用提供了參考，一定程度上促進(jìn)了納米肥料在農(nóng)業(yè)和園藝領(lǐng)域的發(fā)展。

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EffectofDifferentConcentrationsofIronOxideNanoparticlesonGrowthofWatermelon

WANG Yun-qiang1,GAN Qiu-liang2, DAI Zhao-yi1,CHEN Gang2,GUO Ya-xin2,LI Jun-li2*

(1.Institute of Economic Crops, Hubei Academy of Agricultural Science, Hubei Wuhan 430064，China；2.School of Chemistry, Chemical Engineering and Life Sciences, Wuhan University of Technology,Hubei Wuhan 430070，China)

【Objective】The research was designed to evaluate the influence of γ-Fe2O3NPs with different concentration on the growth of watermelon seedlings. 【Method】Root biomass and antioxidant enzyme activity were measured in plants exposed to different concentrations of γ-Fe2O3NPs. By comparing the results with the impact on leaves of watermelon of γ-Fe2O3NPs with different particle size, different impact on aerial and underground part of watermelon seedlings was also discussed. 【Result】Effects of γ-Fe2O3NPs were related with concentration. The effects of γ-Fe2O3NPs at lower concentration was positive on plant growth, while at high concentration the effects were weakened or inhibited, which presented phytotoxicity. 【Conclusion】 Low concentration of γ-Fe2O3NPs has positive effects on plant growth. Based on further understanding of dose, toxicity and size effects, γ-Fe2O3NPs are expected to be used as a nano-fertilizer or plant growth regulator in agricultural production.

Different concentrations; γ-Fe2O3NPs; Root growth; Watermelon

1001-4829(2017)12-2782-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.12.028

2017-02-18

國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(CAR S-26-34)；湖北省技術(shù)創(chuàng)新專項(xiàng)(2016AHB028)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助(WUT: 2017IB006)；國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃(20161049720006)

王運(yùn)強(qiáng)(1977-),男，湖北武漢人,碩士,從事西甜瓜育種與栽培,E-mail:wangyunqiang0909@sina.com,Tel:13387601706，*為通訊作者：李俊麗(1980-),女，湖北武漢人，博士，主要研究方向，納米生物效應(yīng)，E-mail:lijunli0424@sina.com，Tel：18971243840。

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(責(zé)任編輯李 潔)