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《乌克兰利用纳米生物金属促进植物生长技术》

  • 来源专题：转基因技术
  • 编译者： dingqian
  • 发布时间：2016-12-23

  • 乌克兰科学家研发出利用纳米生物金属作为营养均衡元素，促进植物在环境转化条件下的生长技术。

    传统上，乌克兰植物追肥和牲畜饲料问题是通过重金属和螯合化合物盐形成的微量元素来解决的，但是使用金属盐，一方面受限于植物的最大耐受剂量，另一方面，来自于金属离子对环境污染的危险。

    新技术利用金属纳米粒子作为微量元素，可以促进环境转化条件下农业的可持续发展。借助于纳米颗粒胶体溶液的物理和化学性质，优化生物金属环境友好功能，促进植物的生长。

    纳米尺寸金属颗粒胶体溶液预处理剂量是0.2 L / T，每公顷施肥1-2升，较当前使用的微量元素可显著减少使用剂量。纳米粒子胶体溶液还可添加到化学杀虫剂药液中，以及预处理冬小麦种子，可自种子发芽过程起，优化作物生长发育。

    金属纳米粒子作为微量元素技术应用的主要优点是，社会效益高、经济可行性、效果显著、易用性、生态安全，最大程度降低对生态系统和土壤腐蚀的影响。

  • 原文来源：http://www.most.gov.cn/gnwkjdt/201612/t20161212_129497.htm
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  • 《昆明植物所等解析聚天冬氨酸促进植物富集重金属镉的机制》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：姜丽华
    • 发布时间：2023-01-07
    • 重金属镉（Cd）对生物体而言是一种有毒元素，耕地土壤中的Cd严重威胁着人类健康，去除污染土壤中的Cd是保证土壤长期安全利用的必要措施。植物提取是利用Cd高（超）富集植物将土壤中的Cd吸收和转运至地上部分，通过收获植物材料进行无害化、资源化处理的一种修复土壤Cd污染的绿色技术。除了植物对Cd的吸收和富集能力，植物提取效率与土壤条件也密切相关：一方面，土壤中的有效营养影响植物的生长；另一方面，土壤中Cd的有效性直接决定植物对Cd的吸收效率。因此，可以利用一些土壤改良剂提高土壤中矿质元素或重金属的生物有效性来强化植物提取效率。 聚天冬氨酸（PASP）是一种可完全降解的天然聚合物，在农业和环境领域有广泛的应用。研究发现PASP能有效强化植物对土壤中重金属的提取效率，但前期普遍认为PASP通过螯合作用直接活化了土壤中的重金属或营养元素，而忽略了PASP与其他土壤因子（特别是土壤微生物）的相互作用是否会对植物富集重金属产生影响。为了从相关机制中进一步发掘强化植物提取Cd效率的方法，中国科学院昆明植物研究所和云南师范大学研究人员以Cd高富集植物鬼针草（Bidens pilosa L.）为研究对象，对以上问题展开了研究。 研究人员发现土壤添加3g kg-1和6g kg-1的PASP不仅显著（P < 0.05）增加了鬼针草的生物量，也显著（P < 0.05）促进了鬼针草对Cd的吸收（图1），最终使得鬼针草对Cd的提取效率（地上部分总Cd富集量）分别提高了46.4%和76.4%。对植物根际土壤的元素含量分析表明PAPS处理明显改变了（P < 0.05）土壤元素的有效性，从而有效促进了植物对Cd和营养元素的摄入。除了PASP对元素的直接螯合作用，该研究发现PAPS处理使植物根际募集了多种植物促生菌（图2），这些植物促生菌能通过多种机制促进Cd胁迫下鬼针草的生长和活力，同时一些植物促生菌也能通过分泌有机酸、铁载体等物质间接活化土壤中Cd和营养元素。其中，一些具有解钾（K）功能的植物促生菌可能和PASP一起使得土壤有效K含量增加3.7~21.7倍，除了作为植物营养，有效K的增加可能也对植物富集Cd具有重要的调节作用。此外，植物生理和代谢组分析发现鬼针草叶片中抗氧化酶、氨基酸、有机酸和脂类参与的多种解毒过程被显著（P < 0.05）诱导，这是鬼针草在Cd摄入显著增加的情况下维持生长的内在基础。 以上结果表明PASA通过重塑植物根际环境（特别是微生物群落组成）和调节植物代谢过程来促进鬼针草的生长和对Cd的富集。该研究促进了对土壤螯合剂强化植物提取效率的机制的认识，为螯合剂和植物促生菌联合强化植物提取效率提供了理论指导。研究结果以Polyaspartic acid enhances the Cd phytoextraction efficiency of Bidens pilosa by remolding the rhizospheric environment and reprogramming plant metabolism为题发表在Chemosphere上。相关研究工作得到中国科学院青年创新促进会和云南省基础研究计划重点项目等的支持。
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  • 《前沿：谈纳米技术在植物源农药中的应用》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2019-11-27
    • 生物碱、酚类、萜类化合物是比较常见的植物次生代谢产物，他们大多分布于植物组织中，对植物具有重要的保护作用。 现代农业对植物源农药有了新要求 随着人口的逐渐增长、科学的进步，为了满足人们对粮食，蔬果的大量需求，成本更低、防效更好的化学农药逐渐占据了主导地位。从半个多世纪的化学农药发展历史来看，无数事实可以证明化学农药在控制农作物病虫草鼠危害、保证农业丰收方面起着任何别的措施不能代替的重要作用。 据国际权威人士估计，如果停止使用化学农药，农作物将减产30%。在中国，这意味着将有3.5亿人挨饿。农场如果停止使用化学农药，水果将减产78%，蔬菜减产54%，谷物将减产32%。 但是，使用化学农药对人类也确实存在直接的或潜在的负面影响。长期过度使用化肥会使农田的土壤板结施肥的效果下降最终又带来农产品的品质下降；过度使用农药会使农产品农药残留量增加，进而危害人类将康。植物源农药的活性成分是自然存在的物质，主要由C、H、O 等元素组成，来源于自然，环境相容性好。在长期的进化过程中已形成了其顺畅的代谢途径，不会污染环境。不仅具有杀虫、杀菌活性，还兼有调节植物生长、诱导免疫、肥效、保鲜作用，且作用方式多样。从作用方式来看，一般对害虫是胃毒作用或特异性作用，少为触杀作用，因此对天敌等非靶标生物是相对安全的。并且往往含有数种有效成分，且作用机制与一般化学农药不同，不易使有害生物产生抗药性。但是植物源农药的使用上也会面临一些新的困难，由于其来源特殊，成分十分的复杂，会出现诸如制剂困难，稳定性差、容易分解等影响药效的问题。现代农业对植物源农药有了更多新的要求。 植物源农药中的一种新技术 纳米技术在植物源农药上的应用纳米材料是一种小于100 nm的结构或物质，其拥有多种其他材料所不具备的优异特性。纳米材料与植物源农药的结合，可以增强药物进入靶生物体内的能力，能够提高农药的稳定性并产生新的控释作用。纳米制剂可改善天然产品的稳定性和有效性，具有控制活性化合物释放到靶生物体的能力，然后控制小分子物质释放到作用部位。他们还可以减少杀虫剂对非靶生物的不良毒副作用、提高杀虫剂的稳定性、保护其活性成分不被微生物降解。 1. 纳米印楝素颗粒 印楝树衍生物在农业上广泛用于防治昆虫、线虫、真菌和细菌。但是，印楝素对温度和光敏感以及易被微生物降解等都会迅速使其失去活性。Riyajan 等开发的涂有天然橡胶的网状海藻酸钠与戊二醛胶囊剂，比无橡胶覆盖的微胶囊释放更慢。在相同时间内(24 h)，无橡胶覆盖的纳米胶囊的释放率是100%，而涂有橡胶的纳米胶囊释放率是80%。Forim开发了一种含有印楝素的聚ε-已内酯纳米颗粒以及该系统所用的喷雾干燥粉末的新制备技术。通过测试发现纳米印楝素颗粒封装效率达到98%。在电子显微镜下，观察到的颗粒呈球形形态，表明活性成分是由于聚合物链的松弛或聚合物被破坏而被释放。大大提高了印楝素在紫外线辐射下的稳定性和水溶性。用纳米印楝素颗粒(5000 mg/kg)处理小菜蛾，其死亡率为100%。Costa 等制备了不同的含印楝素的剂型(纳米胶囊、微胶囊、浓缩乳状液)，并在紫外线的照射下观察制剂的稳定性。结果发现纳米制剂比商业产品稳定性更高，未封装的化合物在七天内完全降解，而封装的印楝素14 天只降解了20%。 2. 纳米鱼藤酮颗粒 鱼藤酮是一种植物源杀虫剂，存在于豆科鱼藤酮属植物的根或根茎中。由于鱼藤酮在紫外线下易降解、对鱼类的毒性强、水溶性低等原因限制了其在农业上的应用。Lao制备和表征两性分子衍生物N(18 醇-1-环氧丙基醚)-O-壳聚糖硫酸盐作为鱼藤酮的载体。并成功的将鱼藤酮杀虫剂封装在浓度为26 mg/mL 的纳米胶束中，使其水溶度提高了13,000 倍。封装的鱼藤酮，150h 后释放约70%，230 小时候达到最大释放，而未封装的鱼藤酮，9 h 后释放70%，27 h 达到最大释放。Martin 等利用超临界辅助雾化技术对三种类型的聚合物（聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、海藻酸钠）进行了测试。包封率最好的是由海藻酸钠/鱼藤酮(100%)和聚乙二醇/鱼藤酮(98%)所组成的系统。 3. 纳米大蒜精油颗粒 Yang等用聚乙二醇纳米颗粒作为大蒜精油的载体，采用熔融法制备纳米颗粒，包封率为80%。精油封装时其活性成分没有显著变化。5 个月后，该制剂对甲虫成虫有80%的杀虫效果，单独使用大蒜精油，效果只有11%。 纳米植物源农药的发展前景 先进的纳米技术将会把植物源农药引领到一个全新的高度，纳米技术能够彻底解决植物源农药现存的低稳定性、高挥发性、热分解性等问题，具有良好的发展前景，新技术的研发和推广将更进一步缓解化学农药对环境和人类自身带来的不利影响。相信在不久的将来，植物源农药与纳米技术相结合的优势商业产品就会出现，加速淘汰污染严重的普通化学农药。
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