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本研究聚焦于铜氧化物纳米颗粒（CuO NPs）对大麦的潜在毒性效应，揭示了其在高浓度下诱导的氧化胁迫、激素失衡及系统抗性激活机制，为纳米颗粒在农业中的安全应用提供了重要参考
纳米技术的快速发展使得纳米颗粒在农业领域的应用前景广阔，但其潜在的环境和生态风险也日益受到关注。铜氧化物纳米颗粒（CuO NPs）作为一种常见的纳米材料，因其独特的物理化学性质被广泛研究。然而，高浓度CuO NPs对农作物的毒性效应尚不明确。伊朗沙希德·贝赫什提大学的研究人员通过对比CuO NPs、CuO块体和铜离子对大麦的影响，揭示了其在诱导氧化胁迫、激素失衡和系统抗性方面的潜在风险。研究结果表明，CuO NPs处理导致大麦叶片营养失衡、活性氧（ROS）水平上升以及植物激素的显著变化，进而激活了系统获得性抗性（SAR）和诱导系统抗性（ISR）相关基因的表达。该研究为评估纳米颗粒在农业中的安全性提供了重要依据，并为未来纳米技术在可持续农业中的应用提供了科学指导。论文发表在《BMC Plant Biology》上。
研究人员采用的主要技术方法包括：利用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、动态光散射（DLS）、Zeta电位分析和X射线衍射（XRD）对CuO NPs进行表征；通过能量色散X射线分析（EDX）确认CuO NPs在大麦叶片中的存在；采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）测定营养元素含量；利用高效液相色谱（HPLC）分析植物激素含量；并通过定量实时PCR（qRT-PCR）检测相关基因的表达水平。
研究背景与意义
随着纳米技术的飞速发展，纳米颗粒因其独特的物理化学性质在农业领域展现出巨大应用潜力。然而，其在农业生产中的广泛应用也引发了对环境和生态系统的潜在风险的关注。铜氧化物纳米颗粒（CuO NPs）作为一种常见的纳米材料，因其在土壤中的积累和对植物的潜在毒性而备受关注。大麦作为一种重要的谷物作物，其对CuO NPs的响应机制尚不清楚。因此，研究CuO NPs对大麦的毒性效应及其潜在机制具有重要意义。
研究结果
营养失衡
研究人员发现，CuO NPs、CuO块体和铜离子处理均导致大麦叶片中铜含量显著增加，同时氮（N）、钙（Ca）、锌（Zn）和镁（Mg）等营养元素含量显著下降。这表明CuO NPs的处理破坏了大麦的营养平衡，可能影响其正常生长发育。
氧化胁迫
CuO NPs处理导致大麦叶片中过氧化氢（H2O2）含量显著增加，同时抗氧化酶（如过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX））的活性也显著上升。这表明CuO NPs诱导了氧化胁迫，植物通过激活抗氧化系统来应对这种胁迫。
植物激素变化
CuO NPs处理显著影响了大麦叶片中的植物激素水平。研究发现，生长素（IAA和IBA）、赤霉素（GA1、GA4和GA9）含量显著下降，而脱落酸（ABA）、乙烯（ET）和茉莉酸（JA）含量显著上升。这种激素失衡可能与植物的胁迫响应机制密切相关。
系统抗性激活
研究人员还发现，CuO NPs处理显著上调了与系统获得性抗性（SAR）相关的PR1基因以及与诱导系统抗性（ISR）相关的LOX-1和PAL基因的表达。这表明CuO NPs可能通过激活植物的系统抗性机制来增强其对胁迫的耐受性。
结论与讨论
本研究揭示了高浓度CuO NPs对大麦的毒性效应，包括营养失衡、氧化胁迫、激素失衡和系统抗性激活。这些结果表明，CuO NPs的潜在风险不仅源于其纳米特性，还与其释放的铜离子有关。尽管CuO NPs在农业中具有一定的应用潜力，但其高浓度使用可能对农作物和生态系统造成不利影响。因此，在将CuO NPs应用于农业生产之前，需要对其潜在风险进行更全面的评估。该研究为纳米颗粒的安全应用提供了重要参考，并为未来纳米技术在可持续农业中的应用提供了科学依据。
