氧化石墨烯纳米颗粒与绿肥协同应用提升狭叶薰衣草生长性能、光合色素及精油品质与产量的研究

为解决化学肥料过度使用及薰衣草精油产量品质提升问题，研究人员开展氧化石墨烯纳米颗粒（GO-NPs）与绿肥（GM）联合施用对狭叶薰衣草（Lavandula angustifolia Mill.）生长参数、光合色素、精油产量及成分影响的研究。结果表明，50 mg·L?1 GO-NPs与毛叶箭筈豌豆GM联用可显著提高株高、花序长度、生物量、养分吸收及精油中 Borneol、Linalool 等关键成分含量，为可持续农业提供有效替代策略。

　　

在当今农业生态系统中，化学肥料的使用量持续增加已成为一个不容忽视的严重问题。这不仅对环境构成潜在威胁，还影响了农作物的可持续生产。特别是在高附加值药用植物栽培中，如薰衣草（Lavandula angustifolia Mill.），其精油（EO）的质量和产量直接决定了经济价值和医疗应用潜力。然而，传统化学肥料的依赖不仅增加了生产成本，还可能引起土壤退化、养分流失以及环境污染。因此，寻找环境友好且高效的替代策略成为农业研究的重要方向。

近年来，绿肥（GM）系统作为一种有机施肥方式，通过植物残体的还田来改善土壤物理、化学和生物学特性，显示出巨大潜力。尤其是豆科绿肥（如毛叶箭筈豌豆和苦野豌豆）能够通过生物固氮作用提供氮素，减少对外部氮肥的依赖。与此同时，纳米技术的兴起为农业创新提供了新途径。氧化石墨烯纳米颗粒（GO-NPs）作为碳基纳米材料，凭借其高比表面积、优异的生物相容性以及独特的理化性质，在促进植物生长、增强养分吸收以及调节次生代谢物合成方面展现出广阔前景。然而，GO-NPs 与绿肥联合施用对薰衣草生长及精油品质的协同效应尚未得到充分探索。

为此，Mohammad Asadi 等人于2025年在《BMC Plant Biology》发表了题为“Application of graphene oxide nanoparticles for improvement of growth parameters, photosynthetic pigments, and essential oil quality and yield of Lavandula angustifolia Mill. under green manure incorporation”的研究论文。该研究通过田间实验，系统评价了不同浓度GO-NPs叶面喷施与两种绿肥（毛叶箭筈豌豆和苦野豌豆）结合对薰衣草农艺性状、光合色素、矿质营养、精油产量及化学成分的影响，旨在开发一种可替代化学投入品的可持续栽培策略。

本研究采用随机区组设计，设置绿肥（无绿肥、毛叶箭筈豌豆、苦野豌豆）和GO-NPs叶面喷施（0、12、25、50 mg·L?1）双因子实验。GO-NPs通过离子液体辅助电化学剥离法合成，并通过X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和扫描电子显微镜（SEM）进行表征。薰衣草幼苗在温室培育后移栽至大田，于开花期进行生长指标测定、光合色素分析、矿质元素含量检测、精油提取及气相色谱-质谱（GC-MS）成分分析。数据通过双因素方差分析（ANOVA）和最小显著差异法（LSD）进行统计处理，并使用R软件进行了相关性分析和热图聚类。

生长特性与产量

研究结果显示，GO-NPs与绿肥的交互作用对薰衣草的株高、花序长度、鲜重和干物质产量（DMY）均具有显著影响。其中，50 mg·L?1 GO-NPs与苦野豌豆绿肥处理组合使株高和花序长度分别比对照增加48.5%和83.9%。而25 mg·L?1 GO-NPs与毛叶箭筈豌豆绿肥联合施用则使鲜重和干物质产量达到最高，分别较对照提高50.9%和76.1%。这表明，适量GO-NPs与绿肥配合可有效促进薰衣草的营养生长和生物量积累。

光合色素浓度

GO-NPs与绿肥的联合应用显著提高了薰衣草叶片中的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素（a+b）及类胡萝卜素含量。其中，50 mg·L?1 GO-NPs与毛叶箭筈豌豆绿肥处理的效果最优，叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素分别较对照增加40.1%、27.7%和34.6%。类胡萝卜素含量也在同一处理下达到最高。这些结果说明，GO-NPs可能通过保护叶绿体结构、增强光吸收能力以及调节抗氧化酶活性来提升光合效率，而绿肥则通过改善氮素供应进一步强化了这一效应。

矿质元素浓度

GO-NPs与绿肥的配合施用显著提高了薰衣草植株中氮（N）、磷（P）、钾（K）、铁（Fe）、锰（Mn）和锌（Zn）的含量。50 mg·L?1 GO-NPs与毛叶箭筈豌豆绿肥处理使N、Fe和Mn浓度达到最高；25 mg·L?1 GO-NPs与苦野豌豆绿肥组合则最优于P和Zn的积累；而K含量在25 mg·L?1 GO-NPs与毛叶箭筈豌豆处理下最高。这表明，GO-NPs作为纳米载体可增强根系对养分的吸附与运输，而绿肥则通过矿化作用释放更多有效养分，二者协同促进了薰衣草对矿质元素的吸收。

总可溶性蛋白与碳水化合物含量

总可溶性蛋白（TSP）和总可溶性碳水化合物（TSC）含量在GO-NPs与绿肥处理下均显著增加。25 mg·L?1 GO-NPs与苦野豌豆绿肥使TSP含量较对照提高180%；而50 mg·L?1 GO-NPs与毛叶箭筈豌豆绿肥则使TSC含量增加136.5%。这些结果反映，GO-NPs可能通过调控蛋白质合成相关基因表达及促进碳代谢，而绿肥则通过提供充足氮源和碳源，共同增强了薰衣草的初级代谢活动。

精油含量与成分

GO-NPs与绿肥的联合应用显著提高了薰衣草精油的含量（EOC）和产量（EOY）。50 mg·L?1 GO-NPs与毛叶箭筈豌豆绿肥处理使EOC和EOY分别达到0.59%和0.98 g·m?2，较对照提高92.7%和37%。GC-MS分析表明，精油中的主要成分包括Borneol（15.70–27.91%）、Linalool（4.16–15.53%）、Linalyl acetate（3.82–14.96%）和1,8-桉叶素（1,8-Cineole, 4.90–12.94%）。其中，50 mg·L?1 GO-NPs与毛叶箭筈豌豆处理使Borneol含量最高（27.91%），而25 mg·L?1 GO-NPs与同一绿肥使Linalool含量达到峰值（15.53%）。这些结果说明，GO-NPs与绿肥可通过调节萜类合成通路关键酶活性，选择性提高高价值精油成分的积累。

相关性分析与热图聚类

Pearson相关分析显示，EOC、EOY、株高、鲜重和干重间呈显著正相关；Borneol和Camphor与这些生长及产油性状正相关，但与Linalool负相关，提示代谢流可能在不同处理下发生重定向。热图聚类进一步表明，50 mg·L?1 GO-NPs与毛叶箭筈豌豆绿肥处理在多数参数（包括光合色素、养分含量、生物量及精油特性）上响应最强，证实了该组合处理的综合优势。

本研究通过整合绿肥与GO-NPs的农业应用，成功验证了其在促进薰衣草生长、提升精油产量与品质方面的协同效应。毛叶箭筈豌豆绿肥与50 mg·L?1 GO-NPs叶面喷施的组合被确定为最优处理，可显著改善植株的农艺性状、光合性能、矿质营养状况及次生代谢物合成。这一策略不仅减少了对化学肥料的依赖，还为可持续药用植物栽培提供了可靠技术途径。未来研究应关注长期田间试验以评估该系统的持久性，深入探索GO-NPs与植物代谢互作的分子机制，并开展经济可行性分析以推动实际应用。