文字/编辑 悠悠

早期的农业化肥主要包括硝酸钠、硫酸铵等，它们虽然可以在一定程度上增加作物产量，但缺乏对微量元素的供应。

所以我们需要寻找一种材料来促进植物更好地吸收微量元素。

而氧化锌纳米颗粒（ZnONP）表现出广泛的抗真菌和抗菌作用，可以用作农业中的锌肥，不仅可以提高产量还能控制多种植物病原体的传播和感染。

通过研究，我们发现氧化锌和纳米颗粒作为锌肥用在可食用植物上时，能够增强植物的微量营养素吸收和积累。

我们研究并比较了ZnO亚微米颗粒(ZnOSMPs)和ZnONPs对洋葱离体种子萌发和幼苗生长过程的影响，并找出在洋葱生产中的*在用潜**途。

经过实验我们得出结论，ZnONPs可用于刺激洋葱种子的发芽过程，而不会对幼苗的进一步生长和发育产生负面影响。

它的应用能够很大程度上提升农作物的产量和营养，协助解决人们缺乏微量营养素的问题。

一、洋葱种子在ZnONPs溶液中的XRD分析

实验首先使用微波溶剂热合成法制备ZnONPs，使用X射线粉末衍射仪收集X射线粉末衍射(XRD)结果确定平均微晶尺寸。

准备好洋葱种子，将其浸泡在NaOCl溶液中，随后，用无菌双蒸水冲洗种子两次，然后将种子接种在改良的培养基上。

以上准备就绪后，将制备好的ZnOSMP和ZnONP悬浮液在施用于种子之前，将其放入超声波清洁器，以便可以达到更好的颗粒分散效果。

将培养物保存在生长室中，温度为(23±1)°C，光照周期为16/8小时。

在实验的第一周，罐子上覆盖着铝箔以限制光线的进入。

持续三周的实验中，我们观察种子的发芽动态、确定种子发芽的比例， 重点收集了幼苗的生物统计数据（叶长、叶重等）。

三周后，我们分析实验结果。

首先使用电子显微镜观察ZnONP和ZnOSMP样品形态，我们可以看出样品呈现出粉末衍射图。其中所有衍射峰均归因于具有纤锌矿结构的六方相ZnO。

XRD结果表明，样品中仅含有结晶ZnO，未检出结晶杂质。结果相互之间的视觉比较表明，基于衍射峰宽度的差异，ZnOSMP样品与ZnONP样品相比，晶粒尺寸要大得多。

通过该方法测定的平均粒径是指球体模型（直径），并且是同时指存在于颗粒中的所有颗粒、附聚物和聚集体的尺寸的平均值。

ZnONP和ZnOSMP样品悬浮液的平均粒径分别为174和1371nm。两个结果都获得了相似的标准偏差值。

然而，我们将标准偏差值与参考结果进行比较后发现，标准偏差值为实际值的29.9%。

ZnONP样品的结果仅为5.3%ZnOSMP样品的结果。

ZnONP样品的多分散指数具有较高的标准偏差，为0.061，占多分散指数结果值的22.7%。

我们还观察到一种更有趣的相关性。

当平均粒径导致悬浮液时除以单个颗粒计算的平均粒径（dSSA），获得以下结果：

ZnONP样品为5.8，ZnOSMP样品为5.7。

这些结果可能与所达到的颗粒团聚程度以及超声波清洁器中均化过程所达到的效率有关。

ZnONP悬浮液中的粒径分布范围为约40至约2000nm，而ZnO悬浮液样品的粒径分布范围为约300至约6500nm。

实验显示两个样品的粒度分布中分布的特征“尾部”，“尾部”是ZnO颗粒附聚物和聚集体的干燥部分的残余物，其在使用超声波清洁器的均化过程中未分散或经历了二次附聚。

二、ZnOSMP和ZnONP对种子发芽的影响

本次实验的所有实验对象中都能观察到种子发芽，但发芽的频率有所不同。

大多数用ZnOSMP处理的种子，无论使用的浓度如何，都会在培养的第三天到第12天之间发芽。

在此期间，ZnONP处理的种子的发芽速度没有那么快，但在培养的最后几天发芽更加密集。

发芽通常在培养第二天开始。（对于50mg∙L-1ZnOSMP和ZnONP、200和400mg∙L-1ZnONP、800mg∙L-1ZnOSMP和ZnONP，和3200mg∙L-1ZnOSMP）

有的是在培养第三天开始的。（对照对象为100mg∙L-1ZnOSMP和ZnONP，200和400mg∙L-1ZnOSMP，以及1600毫克·升−1ZnOSMP和ZnONP）。

随后，在实验的第五天，我们在添加了3200mg∙L-1ZnONPs的培养基上观察到种子的发芽，并且发芽强度最低。

而在含有800mg∙L-1浓度的ZnOSMP和ZnONP的培养基上以及含有200mg∙L-1ZnOSMP和100mg∙L-1的培养基上最为强烈。

我们观察到，使用浓度范围为50至1600mg∙L−1的ZnOSMP和ZnONP对种子发芽有积极影响。

在用800mg∙L-1ZnOSMP和ZnONP处理的种子中观察到最高的发芽率（分别为52%和56%）。这些值几乎是对照种子的两倍（27%）。

在施用最高浓度3200mg∙L-1的ZnOSMP和ZnONP后，种子发芽率最低（分别为19%和11%）。

另外我们可以假设，只有高浓度（高于1600mg∙L-1）的ZnOSMP和ZnONP对受试洋葱品种的种子有毒。

我们准备尺寸为20nm、浓度为0、10、20、30和40mg·L-1的ZnONPs以测试其对洋葱种子萌发的影响。

实验发现ZnONPs在较低浓度下促进种子发芽，但在较高浓度下抑制种子发芽。

在最高浓度（40mg·L-1）下，只有78.82%的种子发芽，并且在20mg·L-1时观察到最大发芽率(96.52%)，而对照种子的种子发芽率为94.28%。

ZnONPs以250、500、750和1000mg·L-1的浓度施用可抑制番茄种子萌发，但其抑制效果不如散装ZnO或ZnSO4的情况那么高。

然而，用400、1000和2000mg·L-1ZnONPs处理的种子比对照种子和用ZnSO4处理的种子发芽得更好。

这种增强归因于锌纳米粒子在生长素生产中较高的前体活性。

这些实验结果表明种子中高浓度的锌在种子萌发和早期幼苗生长过程中具有重要的生理作用。

锌是影响吲哚乙酸(IAA)分泌的酶的成分，吲哚乙酸是一种植物激素（生长素），可显着调节植物生长。

通过增加IAA的水平，锌对种子发芽产生积极的反应。

我们假设在我们的实验中观察到洋葱种子更好的发芽实际上是由于ZnOSMP和ZnONP释放的锌离子对生长素生物合成的刺激影响的结果。

从对照种子和用ZnOSMP和ZnONP在整个测试浓度范围内处理的种子中获得的幼苗在叶子的长度、鲜重和干重方面没有统计学差异。ZnOSMP和ZnONP对根部参数的影响也不显著。

施用浓度为800、1600和3200mg∙L-1ZnOSMPs后种子长出的幼苗根系较长，分别为2.21、2.73和2.46cm；相比之下，对照幼苗的根长1.81厘米。

根的鲜重和干重从3200mg∙L-1ZnONPs处理的32.15/3.43mg到400mg∙L-1ZnONPs处理的14.75/1.10mg变化。

所有这些值在统计上没有差异。相反，较低浓度（10和20mg·L-1）的ZnONPs显示出洋葱幼苗的芽和根长度显着增加，但较高浓度（30和40mg·L-1）显示出芽和根长度减少。

幼苗的鲜重和干重中观察到类似的趋势。

根部暴露于浓度为2、4、8或16mg·L-1的ZnONP的番茄植物处理15、30和45分钟后，根和芽的长度以及鲜重和干重均有所增加。

实验后我们总结出这些生长参数的最大增加是在暴露于8mg·L-1ZnONPs30分钟的植物中；芽长（35.8％）、根长（28.6％）、芽鲜重和干重（分别为21.9％和27.6％）以及根鲜重和干重（分别为19.9％和27.7％）均高于对照植物。

三、ZnOSMP和ZnONP对幼苗生长的影响

我们在过去的实验中曾使用绿豆来对比，观察到ZnONP浓度的增加导致根和芽伸长的增加。

但超过一定浓度后，根、芽生长下降。施用20mg·L-1ZnONPs后，幼苗的根（比对照高出42.03%）和地上部（比对照高出97.87%）生长反应最好。

在最高浓度（2000mg·L-1）下，观察到根（比对照高出93.28%）和地上部（比对照高出14.85%）长度的延迟。

而在本次洋葱种子实验中，较高ZnONP浓度下的生长减少可能是由于根部基本结构的破坏（表皮、皮层和维管柱的破坏）造成的。

叶面喷洒浓度为2g·L-1的ZnONPs，与对照植物相比，使植物的生长提高了19%（以茎干重计）。

我们研究发现，纳米颗粒在植物中的流动性非常高，这就可以帮助养分快速运输到植物的各个部位，这一因素可能是氧化锌纳米颗粒处理的向日葵与相比之下更高的芽干重的原因。

锌元素可以增加膜稳定性和细胞伸长。因此，自由基生长的增加导致鲜重和干重的增加。

然而，在我们的实验中，ZnOSMP和ZnONP在各种测试浓度（从低浓度（50mg·L-1）到非常高（3200mg·L-1））的应用并没有影响长度。

在植物对ZnO散装形式和ZnONP应用的反应中观察到的这种差异可能是由植物基因型、植物部分/器官（种子、根或叶的处理）、实验环境（体外、体内）、NP特性（所用稳定剂的尺寸、形状、浓度和类型）、和暴露时间造成的。

我们认为，实验中获得的结果缺乏差异的主要原因是样品（ZnOSMP和ZnONP）的化学纯度相当，以及种子表面和表面的颗粒团聚和沉降过程。

将悬浮液施用于种子后，颗粒团聚和沉降过程发生长达数小时，并且是在持续三周的实验中抵消ZnONPs与种子直接接触的“纳米效应”的决定性过程。

所用ZnO样品的化学纯度相当（不含杂质和添加剂），进而导致实现Zn2+影响的类似效果从热力学的角度来看种子上的离子。

换句话说，不同尺寸的ZnO颗粒只能影响晶种附近固体形式的ZnO和“Zn2+”离子之间达到平衡的速度，但不会影响最终结果的变化。

“Zn2+”离子的浓度，由平衡常数（ZnO溶解度积）得出。

尽管纳米颗粒和散装颗粒之间的初始金属溶解度有所不同，但随着时间的推移，总体离子释放水平相似，并且两种产品（纳米颗粒和散装颗粒）在植物器官中引起了类似的金属积累。

四、结论

纳米技术的深入发展促进了纳米颗粒在植物生产中应用的研究。

然而，许多实验的结果因纳米颗粒的类型、形状、浓度和植物基因型而异。

我们的实验结果证实，浓度范围为50至1600mg∙L-1的ZnOSMP和ZnONP均可用于刺激洋葱的体外发芽过程，对幼苗的进一步生长和发育没有负面影响。

施用800mg∙L-1后观察到发芽的最大反应ZnOSMP和ZnONP。与ZnOSMP相比，没有观察到ZnONP的毒性作用。

此外，未发现ZnONP和ZnOSMP的作用存在差异，这证实了样品的化学纯度相当，并表明影响种子发芽的最重要因素实际上是锌离子的浓度，而不是粒径。

不同尺寸的颗粒仅影响初始锌溶解度，但不会影响锌离子最终浓度的变化及其对测试洋葱种子的影响。

实验结果得知，氧化锌纳米颗粒在刺激种子发芽以及植物微繁殖相关的农业和园艺实践上具有重大作用。

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