當納米遇到植物

前段時間，一些城市出現了嚴重的霧霾天氣，這種霧霾天氣主要是由懸浮在空氣中的粉塵顆粒造成的。PM2.5是衡量空氣質量的重要標準，比PM2.5還小的納米顆粒也同樣引人注目。納米顆粒是指直徑介于1～100納米的天然或人工材料，顯然要比PM2.5小很多（1微米=1000納米）。我們的生活環境中充斥著海量的納米粒子，如空氣中的細微顆粒，洗澡時的泡沫和水花，課本、衣服、鞋子、手機和筆記本上的粉塵等。有意思的是，有人在燃燒的蠟燭火焰中捕捉到了大量的“納米鉆石”（直徑1～10納米的鉆石結晶體），據估計一個蠟燭火焰每秒鐘大約可以產生150萬顆納米鉆石。

納米材料已經完全融入了人類的生產生活中，如一些化妝品就摻有光催化劑（一種基礎納米材料），可以用來避免紫外線輻射；改進的納米車窗玻璃可以防止凝結水；碳納米管集結的繩索比鋼筋還要結實；科學家也一直嘗試使用納米顆粒負載藥物用于癌癥和艾滋病的治療。這些納米技術帶給人們驚喜的同時，也帶來了改善生活的可能。但納米材料完全是“天使”嗎？凡事都有兩面性，納米材料也不例外。前不久，有人發現納米鋁顆粒可以增強致病菌的耐藥性。聽到這個消息，人們在使用納米材料制成的產品時或許要做更加周全的考慮了。

一個不爭的事實是，納米顆粒進入生態系統及人類生活環境的量越來越大，種類也在逐漸增多，這些納米顆粒都或多或少會對負載它的生物體產生影響。在對動物影響的研究中，科學家發現納米材料具有一定的神經毒害作用，對不同的器官有不同的毒害形式，且決定于劑量和作用時間。納米材料除了對動物或人體產生安全風險，對植物也有影響。

研究納米對植物生長的影響才剛剛起步，而可以預期的是，納米顆粒對植物乃至生態系統都會有不同程度的影響。納米和植物有著微妙的關系，有時你會發現它們“互利共生”，而有時它們又顯得“水火不容”。

納米與植物的微妙關系

最初，人們主要想知道如果納米材料進入水體和生態環境，會對植物的生長造成什么樣的影響。人們首先關注的是對種子萌發率的影響，如：發現中等濃度的納米二氧化鈦可以促進一些種子的萌發，而對另外一些種子則沒有作用；納米材料對種子萌發的影響與納米顆粒的性質有關。有科學家證實納米鋅顆粒和納米氧化鋅能顯著抑制黑麥和油菜的種子萌發，對玉米、黃瓜等的根長也有顯著抑制作用。與此同時，另一些科學家卻

發現納米二氧化鈦可以增強菠菜的光合作用，且證實與它的光催化活性密切相關。中國農業科學院的研究者也發現在黃瓜葉面上噴施0.35%的納米二氧化鈦半導體溶膠可顯著降低葉片病斑面積、發病率，并對葉綠素和胡蘿卜素的合成具有促進作用。

而中國海洋大學的研究者發現納米二氧化鈦對短裸甲藻的生長具有抑制作用，且主要是增加了短裸甲藻體內的羥自由基。這些看似矛盾的研究說明了納米顆粒的生物學效應與顆粒的性質（表面修飾程度、大小、直徑等）及植物材料是密切聯系的，與生長周期和施用方式也有關系。如浙江師范大學近期的研究發現，直徑6.22納米的二氧化鈦顆粒降低了長序榆幼苗的光合作用，對葉肉細胞產生了毒害，光照在一定程度上決定了納米材料的傷害程度。進一步的研究發現，納米二氧化鈦沒有影響到葉片氮的合成，植物體內積累的一些糖類和脂類物質是應對納米毒害的機制。

碳納米管與植物

目前，科學界對碳納米管材料與植物相互作用的研究較為深入。2009年美國阿肯色大學小石城分校的科學家發現，多壁碳納米管能夠進入番茄的種子細胞中，促進種子的萌發和幼苗的生長速率。隨后他們證明多壁碳納米管也能促進煙草的生長。

當然，納米材料如果影響到了植物生長的表觀生理，那么這種影響肯定是牽涉到眾多生理過程的。科學家使用光聲光熱技術發現了碳納米管在植物體內的積聚，碳納米管從根進入到了葉片，從而影響了包括光合作用、呼吸作用和蒸騰作用在內的重要生理代謝過程。納米材料的生物學效應與其表面性質密切相關，如有人證實水溶性的碳納米管能夠促進鷹嘴豆的生長，而量子點修飾（一種表面修飾納米粒子的技術）的多壁碳納米管卻不利于番茄的生長。有些多壁碳納米管能夠誘導植物根部細胞染色體畸變、DNA片段化和細胞凋亡，而有些卻能顯著改善植物的生長調節能力，如科學家觀測了兩種不同粒徑的碳納米管對5種植物生長的影響，發現碳納米管能夠促進種子萌發和根的伸長，10納米的碳納米管可以減輕污水淤泥對植物生長的毒害，而60納米的碳納米管則會加重其毒害。

金屬納米材料的直徑效應更明顯，如納米二氧化鈦溶液對黃瓜幼苗的發芽與生長隨著納米粒徑的減小抑制作用也就越明顯，植物體內會富集更多的金屬鈦。西葫蘆幼苗暴露在銀納米顆粒的溶液中可吸收4.7倍于銀溶液的銀含量，而在銀納米溶液中植株的生物量（是衡量生長能力和潛力的指標）和蒸騰能力下降幅度更大。這都說明粒徑的大小或者納米材料的性質在某種程度上決定了其生物學效應。

目前人們對納米和植物相互作用關系的研究相對還是比較少的，總結出一般的規律還為時尚早。但納米材料對植物體的毒害以及植物對納米材料能夠運轉已經得到證實，同時有人認為一些納米材料或許可以幫助植物生產更多的生物量，解決糧食和能源問題，但具體實施還需要謹慎。近期，韓國慶熙大學的研究人員發現在人造微型生態系統中，納米二氧化鈦顆粒和納米管具有生物濃縮效應，如他們發現實驗進行到第17天時，植物和動物體內均檢測到了金屬鈦。但由于試驗周期短，且沒有區分金屬鈦是生物富集作用導致的還是直接吸收的，所以二氧化鈦納米顆粒和納米管的生物放大效應并沒有得到證明。

20世紀后半葉，曾經為防治農業病蟲害和減輕瘧疾傷寒等疾病而廣泛使用的滴滴涕（DDT）由于對環境污染嚴重、不容易降解被各國政府禁用，而在剛剛過去的二戰時期它曾是那么受人推崇。納米材料是否會成為下一個DDT？人類掌握著打開潘多拉盒子的鑰匙。納米材料是否會在植物體內富集是一個必須要弄清楚的科學問題，因為我們的糧食生產和生態系統的健康運轉都是依賴于植物的良好生長，如果納米材料會在“植物-動物-人類”的食物鏈上有生物放大效應，那么很多所謂的納米技術的推廣和試用都將埋下隱患。