纳米氧化铈对绿豆生理生化及亚细胞结构的剂量效应研究：农业应用与生态风险的双刃剑

本研究针对CeO2-NPs在农业应用中潜在的生态风险问题，通过温室与半自然条件实验，系统揭示了500 mg L-1剂量促进绿豆生长而1000 mg L-1引发氧化应激的双重效应，为纳米材料安全应用提供了关键阈值数据。

　　

随着纳米技术在农业领域的快速应用，纳米氧化铈(CeO₂-NPs)因其独特的光电特性和催化性能被广泛用作纳米肥料。然而，汽油车尾气排放和农业投入导致的环境残留，使其通过食物链传递的风险日益凸显。尤其对于具有固氮功能的豆科作物，CeO₂-NPs可能干扰根瘤菌共生体系，进而威胁全球粮食安全。

为探究这一关键问题，伊朗沙希德·贝赫什提大学（Shahrekord University）的研究团队在《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》发表研究，通过温室与半自然条件下的对照实验，结合生理生化测定和透射电镜技术，系统评估了不同浓度CeO₂-NPs（250-1000 mg L^-1）对绿豆生长的影响。研究采用分光光度法测定抗氧化酶活性，电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析元素积累，并首次通过透射电镜(TEM)观察亚细胞损伤。

植物生长参数变化

500 mg L^-1处理使绿豆茎干重显著增加27.8%（p≤0.05），而1000 mg L^-1导致干重下降25.4%，且根瘤数量减少62.3%。这表明低浓度CeO₂-NPs具有生长促进作用，但超过阈值会破坏共生固氮系统。

生理生化响应

高浓度组出现典型的氧化应激特征：超氧化物歧化酶(SOD)活性激增720%，丙二醛（MDA，脂质过氧化标志物）含量升高137%，同时叶绿素b含量降低20%。透射电镜显示叶肉细胞出现质壁分离、类囊体膜瓦解等超微结构损伤。

种子质量与元素积累

1000 mg L^-1处理组种子中铈积累量达12.3 μg g^-1，而铁、锌等必需元素含量显著降低（p≤0.05），证实纳米颗粒可通过营养竞争机制影响作物品质。

该研究首次建立CeO₂-NPs在豆科作物中的毒性阈值（<250 mg L^-1），揭示其通过干扰ROS-抗氧化系统平衡、破坏细胞膜完整性、抑制光合作用等多途径产生毒性的机制。特别值得注意的是，根瘤菌对CeO₂-NPs的敏感性远高于植物本体，这为评估纳米材料对生态系统的级联效应提供了新视角。研究结果对制定纳米农业投入品安全标准、保障豆科作物安全生产具有重要指导价值，同时警示需加强城市周边农田的大气纳米颗粒污染监测。