《Next Research》：Effect of CuO Nanoparticles in Pine Oil–Diesel Blends on Performance, Combustion, and Emissions of a Single-Cylinder Diesel Engine
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可持续农业中的纳米肥料应用研究：基于Syzygium cumini叶提取物的铁锌纳米复合材料（FeZnNCs）对鹰嘴豆（Cicer arietinum）生长及产量的影响。实验通过合成三种金属氧化物纳米颗粒（IONPs、ZnONPs、FeZnNCs），采用萌发实验、SEM/TEM表征、ICP-MS分析及生理指标检测，证实FeZnNCs在0.5 mg/g浓度下显著促进根长（19%）、干生物量（29%）和产量（12%），同时降低膜脂过氧化（MDA 13.3%）和氧化损伤相关指标，证明其通过增强根瘤菌共生效应及营养有效性实现作物提质增产。
萨米娅·萨利姆（Samia Saleem）|阿斯法·里兹维（Asfa Rizvi）|莫赫德·萨吉尔·汗（Mohd. Saghir Khan）
农业微生物学系；农业科学学院；阿尔格拉穆斯林大学（Aligarh Muslim University），阿尔格拉（Aligarh），202002；印度北方邦（Uttar Pradesh）
摘要
背景
解决全球粮食安全问题需要农业领域的可持续创新。纳米技术作为一种有前景的工具，能够实现粮食生产的可持续性。
方法
本研究使用Syzygium cumini的叶提取物生物合成氧化铁（IONPs）、氧化锌（ZnONPs）和铁锌纳米复合材料（FeZnNCs），并通过紫外-可见光谱（UV-Vis）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对其进行了表征。评估了三种不同浓度（0.1、0.25和0.5 mg/g）的纳米颗粒对接种了Mesorhizobium ciceri的鹰嘴豆种子在盆栽条件下130天内的发芽、植株生长和产量的影响。
结果
所有三种纳米颗粒都具有生物相容性，在1,000 μg ml?1的浓度下仍能促进M. ciceri的生长。结合Mesorhizobium和Fe–ZnNCs处理的组（0.5 mg g?1）表现出最强的效果，使根长、茎长、干生物量和籽粒产量分别增加了19%、7%和12%，优于仅接种Mesorhizobium ciceri的对照组。共生效率显著提高，根瘤数量增多，大量/微量营养素的吸收也得到增强。在FeZnNCs处理下，应激生物标志物显著下降：脯氨酸减少了13.6%，MDA减少了13.3%，表明氧化损伤减轻（p < 0.05）。
结论
生物合成的Fe-ZnNCs表现出优异的生物相容性和效果，优于单独使用的IONPs和ZnONPs。这种方法为提高产量和应对粮食生产挑战提供了一种有前景的、环保的策略。
引言
纳米颗粒已在许多领域得到广泛应用，包括医疗应用[28]、环境修复[41]和食品工业[5,35]。尽管化学肥料显著提高了作物产量，但其使用受到诸多限制，如养分利用效率低（NUE）、土壤污染、环境危害和水体富营养化以及高成本[9,34]。在这种情况下，纳米技术提供了有希望的解决方案：（i）减少养分损失；（ii）实现缓慢可控的肥料释放；（iii）提高植物难以获取的养分的有效性[29]。
鹰嘴豆（Cicer arietinum）是一种富含蛋白质的营养价值高的豆类，在粮食安全和人类营养中起着关键作用[20,39]。然而，它通常在干旱和半干旱地区种植，这些地区的土壤缺乏铁、锌、锰和铜等关键微量养分，而这些养分对光合作用、呼吸作用、酶激活和叶绿素合成等生理和代谢过程至关重要[26]。铁（Fe）在地质和生物系统中起着重要作用，是地壳中第四大常见元素。尽管铁含量丰富，但其生物可利用性受到氧化铁形式的影响，在有氧环境中溶解度较低。土壤中铁的缺乏对农业生产力构成了重大挑战，影响了多个地区的作物产量和质量。这一问题在半干旱地区的碱性及石灰质土壤中尤为突出（Mohammed等人，202；[10]）。在这方面，纳米配方肥料提供了一种更可持续且经济高效的解决方案，既能改善养分供应，又能减少对生态环境的损害[12,14]。在纳米肥料中，金属氧化物纳米颗粒（MONPs），尤其是IONPs和ZnONPs，在作物栽培中受到了更多关注。例如，氧化铁纳米颗粒（IONPs）具有生物相容性，可以形成多种分子复合物，提高植物组织中铁（Fe）的生物可利用性[48]；它们的可控释放和逐步吸收进一步支持了植物中的关键生化过程[4,61]。同样，ZnONPs能提高发芽效率和种子生长[59]，并且由于其抗菌特性，能有效预防植物疾病[17]。与传统肥料相比，金属氧化物纳米颗粒（MONPs）具有显著的经济效益，所需施用量更低，同时仍具有成本效益[62]。鉴于人们对纳米制剂研究的兴趣日益增长，有必要探讨微量养分纳米肥料（单独使用或混合使用）对鹰嘴豆作物的有益影响。由于关于MONPs与Mesorhizobium和鹰嘴豆相互作用的科学数据和文献有限，本研究旨在评估：（i）三种MONPs在不同浓度下对根瘤细菌细胞生长的促进/抑制作用；（ii）在MONPs胁迫下鹰嘴豆的发芽效率、植株生长、共生关系、植物化学物质和抗氧化剂的变化；（iii）Rhizobium和鹰嘴豆植物对IONPs、ZnONPs和FeZnNCs的应激反应（通过SEM/TEM和CLSM观察）；（iv）通过ICP-MS分析MONPs的吸收和分布情况。
从根瘤中分离根瘤菌
通过系列稀释平板法从鹰嘴豆根瘤中分离出细菌菌株。采用标准微生物学和生化方法对该根瘤菌株进行了全面鉴定，并通过16S rRNA基因序列分析确定了其物种归属。
合成纳米颗粒的表征
本研究中使用的三种金属氧化物纳米颗粒（IONPs、ZnONPs和FeZnNCs）是由Syzigium cumini的叶提取物与金属盐合成的。其中，IONPs的合成使用了0.56克六水合氯化铁。
细菌菌株的表型特征和鉴定
从鹰嘴豆根瘤中分离出的RC4菌株表现出多种微生物学、生化特性以及促进植物生长的能力（见表1）。初步表型鉴定显示其为革兰氏阴性、短杆状细胞，生化分析表明其属于根瘤菌属（Rhizobium）。通过16S rRNA基因测序确认该菌株为Mesorhizobium ciceri，与NCBI中的参考菌株序列相似度达99.6%。
结论
传统的豆类种植方式往往涉及过量的农用化学品，因此开发更环保、更经济的方法显得尤为重要。本研究探讨了生物合成纳米颗粒作为商业农用化学品替代品的可能性。由S. cumini叶提取物制备的三种MONPs（IONPs、ZnONPs和Fe-ZnNCs）在形状和大小上有所不同，但并未对根瘤菌的存活产生致命影响。
作者贡献
概念构思、实验设计、初稿撰写、数据分析、图表制作及数据评估：萨米娅·萨利姆（Samia Saleem）
验证：阿斯法·里兹维（Asfa Rizvi）
审稿与编辑：莫赫德·萨吉尔·汗（Mohd. Saghir Khan）
所有作者均已阅读并同意发表的手稿版本。
CRediT作者贡献声明
萨米娅·萨利姆（Samia Saleem）：初稿撰写、可视化处理、数据验证、软件使用、项目管理、方法设计、实验实施、数据分析、概念构思。
阿斯法·里兹维（Asfa Rizvi）：审稿与编辑、数据验证。
莫赫德·萨吉尔·汗（Mohd. Saghir Khan）：审稿与编辑、数据验证、监督及概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
我们衷心感谢阿尔格拉穆斯林大学（AMU）和德里印度理工学院（IIT Delhi）的先进仪器设施，分别用于纳米颗粒和植物样品的表征分析。
