综述：纳米技术在生物肥料配方中的潜在应用——促进植物生长的可持续途径

这篇系统综述探讨了纳米颗粒(NPs)与植物促生微生物(PGPM)协同应用的潜力，指出通过纳米封装技术构建纳米生物肥料(nanobiofertilizer)可提升微生物稳定性，缓解盐害/干旱等非生物胁迫，其中ZnO和壳聚糖(chitosan) NPs与芽孢杆菌属(Bacillus)等PGPR的组合最具研究价值。

　　

1 引言

可持续农业与粮食安全的双重需求催生了纳米技术与微生物肥料的融合创新。传统化肥虽贡献40%农作物产量，却导致土壤退化与温室气体排放。植物促生微生物(PGPM)包含根际促生菌(PGPR)、丛枝菌根真菌(AMF)和根瘤菌三大类，通过分泌吲哚乙酸(IAA)、固氮解磷等机制促进生长。而纳米颗粒(NPs)作为ZnO、TiO₂等无机材料或壳聚糖等有机载体，能通过缓释增效、靶向递送提升PGPM性能，两者结合形成的纳米生物肥料成为农业可持续发展新范式。

2 研究方法

基于PRISMA框架，从Scopus和Google Scholar筛选2000-2023年间70篇原创研究。搜索策略聚焦"PGPR/生物肥料"与"纳米技术/纳米生物肥料"交叉主题，最终纳入28项NPs与PGPM联合处理研究、16项NPs毒性实验及10项微生物封装研究。

3 结果与讨论

3.1 研究趋势

2016年后相关研究呈指数增长，2020-2023年占比达44.6%。但商业化产品仅报道6种，如含枯草芽孢杆菌(B. subtilis)的纳米石膏肥料，显示该领域仍处研发上升期。

3.2 关键材料

纳米颗粒：无机NPs（ZnO占比35%）主导研究，有机NPs以壳聚糖为主，碳基NPs最少。复合型载体如"壳聚糖-介孔二氧化硅"展现协同效应。

微生物：21属50余种PGPM中，芽孢杆菌(Bacillus)和假单胞菌(Pseudomonas)研究最多，AMF以球囊霉属(Glomus)为代表。

3.3 应用方式

• 分施联用：36项研究证实ZnO NPs与PGPR分施可使玉米生物量提升217%

• 纳米封装：电纺丝技术将Pseudomonas fluorescens包裹于壳聚糖-PVA纤维，存活期延长3倍

3.4 NPs-PGPM互作

浓度依赖性显著：10 ppm TiO₂促进B. subtilis分泌细胞分裂素，但100 ppm抑制其生长。金纳米颗粒(Au NPs)普遍增强PGPM活性，而高浓度Ag NPs抑制固氮菌(A. chroococcum)生长。

3.5 作物增效

在25种作物中，NPs-PGPM组合使小麦增产18-53%，番茄果实重量提升40%。盐胁迫下，SiO₂ NPs与Glomus mosseae使水稻脯氨酸含量增加2.1倍。

3.6 抗逆机制

• 生物胁迫：Fe₂O₃@AC微球搭载P. polymyxa抑制镰刀菌(Fusarium)发病率达76%

• 非生物胁迫：壳聚糖-ZnO复合体与AMF协同降低小麦叶片Na⁺/K⁺比，缓解盐害

4 结论

纳米生物肥料通过"载体-微生物"精准调控实现1+1>2效应，但需优化NPs浓度以避免微生物毒性。未来需加强碳基NPs研究和田间试验，推动实验室成果向产业化转化。