综述：农业纳米技术

（编辑推荐）本文系统综述了纳米技术（NT）在农业领域的突破性应用，涵盖基因递送系统、纳米肥料/农药（nanofertilizers/nanopesticides）、光合作用增强、生物固氮及环境监测（nanosensors）等方向，揭示了NT通过1-100 nm材料的独特理化性质解决粮食安全与可持续发展的潜力，同时探讨了植物吸收机制与潜在毒性挑战。

　　

农业纳米技术：变革传统农业的纳米级解决方案

植物遗传工程递送系统
植物细胞壁是基因改造的主要障碍。纳米材料凭借尺寸效应和表面可修饰性，开发出碳纳米管（CNTs）、介孔二氧化硅纳米颗粒（MSNs）等载体，通过内吞或膜穿透实现DNA/RNA高效递送。例如，叶面喷洒带正电荷的纳米载体可静电吸附负电核酸，突破角质层屏障；金纳米颗粒（AuNPs）与CRISPR-Cas9复合体显著提高小麦基因编辑效率。

纳米材料与植物生长
• 光合作用增效：CeO₂纳米颗粒通过调控叶绿素合成基因和光系统II（PSII）电子传递链，将水稻光能转化率提升18%。
• 生物固氮促进：Fe₃O₄@MoS₂复合纳米材料模拟固氮酶活性，使大豆根瘤菌固氮效率提高2.3倍，减少合成氮肥依赖。

纳米肥料与农药的创新应用
• 控释型纳米肥料：壳聚糖包裹的ZnO纳米颗粒在土壤pH响应下缓释Zn²⁺，利用率达70%（传统肥料仅30%）。
• 靶向纳米农药：负载吡虫啉的介孔碳纳米球通过叶面气孔富集，对蚜虫致死率提升至95%，残留量降低80%。

环境治理与智能监测
• 污染物降解：TiO₂纳米管光催化分解有机磷农药，72小时降解率超90%。
• 纳米传感器：石墨烯量子点（GQDs）荧光传感器可实时监测土壤Cd²⁺浓度，检测限低至0.1 ppb。

植物吸收机制与安全性
纳米颗粒通过根系质流（<50 nm）或叶面气孔（<200 nm）内化，但过量AgNPs会抑制抗氧化酶活性，引发氧化应激。表面修饰（如PEG化）可降低毒性，而ZnO纳米颗粒在10 mg/L浓度下即促进番茄生长。

挑战与展望
当前瓶颈包括大规模生产成本、田间稳定性及长期生态风险评估。未来需开发可降解纳米载体（如纤维素基材料）和智能响应系统，推动精准农业（Precision Agriculture, PA）与纳米技术的深度融合。