绿色合成二氧化锰纳米颗粒作为双重纳米肥料与铬修复剂：增强小麦抗氧化途径、离子组网络及生理抗性的机制研究

针对铬(Cr)污染土壤严重威胁小麦生产的全球性问题，本研究创新性地采用绿色合成MnO2 纳米颗粒(NPs)进行种子纳米引发(nano-priming)，发现其能通过降低60.28%的H2 O2 和50.17%的TBARS（硫代巴比妥酸反应物），显著增强小麦对Cr胁迫的生理抗性，同时提升钙(Ca)、钾(K)等必需营养元素吸收效率达12.47%，为重金属污染农田的生态修复与可持续农业提供新策略。

　　

在巴基斯坦卡苏尔等工业区，居民饮用水铬含量高达2.12 mg/L，远超美国环保署(EPA)0.1 mg/L的安全标准。这种重金属污染导致小麦——这个养活全球20%人口的主粮作物——出现根系萎缩、叶绿素降解等典型毒害症状，严重威胁粮食安全。传统修复方法存在成本高、效率低等问题，而纳米技术为这一困境带来曙光。来自巴基斯坦真纳大学和核科学与技术研究所的Muhammad Anas团队在《Journal of Trace Elements in Medicine and Biology》发表研究，首次揭示绿色合成二氧化锰(MnO₂
)纳米颗粒既能作为纳米肥料促进生长，又能高效修复铬污染，实现"一箭双雕"。

研究采用种子纳米引发技术，将两个小麦品种（Borlaug-16和SKD-1）分别用100-500 mg/kg MnO₂
NPs处理后再暴露于100 mg/kg Cr胁迫环境，通过生理指标测定、离子组分析和显微观察等手段系统评估干预效果。

种子质量参数与生理分析显示：在易感品种Borlaug-16中，250 mg/kg NPs使苗高提升74%，100 mg/kg处理使H₂
O₂
和TBARS（脂质过氧化标志物）分别降低60.28%和50.17%；而耐性品种SKD-1的根长和相对含水量在NP250处理下分别增加31.03%和56.66%，证实NPs能品种特异性增强水分保持能力。

讨论部分阐明机制：MnO₂
NPs通过其超大比表面积吸附Cr离子，同时作为锰源激活抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)等抗氧化酶，使活性最高提升12.47%。离子组学分析发现NPs能重建钙(Ca²⁺
)、镁(Mg²⁺
)的跨膜运输平衡，这是首次揭示纳米材料可同步调控离子稳态与氧化还原通路。

环境意义尤为突出：该技术每公顷仅需250-500克纳米材料，成本不足传统修复方法的1/5。电镜结果证实NPs能修复Cr导致的根系皮层细胞塌陷和叶肉细胞空泡化，这对发展中国家重金属污染治理具有示范价值。正如通讯作者Masood Umar强调的，这种"纳米肥料-修复剂"双功能设计，为《2030可持续发展议程》中的清洁农业目标提供了可推广的解决方案。

研究创新点在于：首次将纳米引发技术应用于Cr污染修复；发现MnO₂
NPs对必需营养元素的"智能护送"效应——既能阻断Cr转运又能促进K⁺
吸收；建立离子组学-抗氧化酶联动的生理抗性模型。未来研究可拓展至其他重金属复合污染场景，并探索纳米材料在作物可食用部位的安全性阈值。