综述：ZnO和TiO?纳米颗粒胁迫下的土壤-微生物-植物连续体：毒性影响、风险评估及管理策略的深入洞察

本综述系统探讨了纳米颗粒（NPs）对农业生态系统的多重影响，重点聚焦ZnO和TiO? NPs的毒性机制及其在土壤-微生物-植物连续体中的迁移规律。通过整合最新研究进展，提出了针对NP污染的风险评估框架与创新管理策略（如生物修复、纳米安全设计），为可持续农业与环境健康提供理论依据。

　　

Chitosan nanoparticles (CSNPs)

壳聚糖纳米颗粒（CSNPs）是一种源自天然聚合物甲壳素的白色粉末状纳米材料，其平均粒径为80-100 nm，纯度超过99%。分子式为C₆H₁₁NO₄，分子量达1,526.454 g·mol^-1，具有1.4的比重特性。其关键参数包括3.0%的干燥失重率、20°C下52厘泊的粘度以及3.57%的灼烧残渣。脱乙酰度作为影响其生物活性的核心结构参数，展现了优异的生物相容性与可控释放特性。

Boosting Harvest: Enhanced Yield, Growth Performance related with Photosynthetic Parameters

锗（Ge）与CSNPs的协同应用显著提升了瓜尔豆（Cyamopsis tetragonoloba）的农艺性状。单独使用Ge可使产量参数（种子重量、地上部生物量等）提升16-33%，光合特性增强4-7%，其中地上部鲜重（+25%）、Rubisco活性（+7%）和气孔导度（+7%）增幅最为显著。而CSNPs单独处理虽促进生长10-20%，但部分光合参数呈现下降趋势。值得注意的是，Ge与CSNPs的联合处理展现出极强的协同效应，使瓜尔豆生物量与产量实现33-41%的飞跃性增长，这直接归因于光合作用的全面优化。

Chemical compositions

纳米处理对种子品质的改良效果显著。CSNPs单独处理使粗蛋白含量提高约15%，脂质提升14%，粗纤维增加15%，同时增强中性洗涤纤维（NDF, +20%）和酸性洗涤纤维（ADF, +17%）等结构性碳水化合物组分。Ge处理则温和提升粗蛋白（～9%）和脂质（～8%）含量。联合处理展现出颠覆性效果：粗蛋白、脂质、纤维和糖含量显著提升（相关系数r > 0.65-0.99），种子磷含量增加27.9%，抗氧化能力跃升57.4%。代谢层面呈现有机酸（17.5–35.5%）积累和脂质向不饱和脂肪酸转化的趋势，显著提升营养品质。

Discussions

协同增效机制的核心在于CSNPs与Ge的互补作用。CSNPs通过促进细胞分裂、营养吸收和激素调节（如生长素与细胞分裂素信号通路）增强生理活性；Ge则通过改善养分利用效率和提供抗氧化保护（如增强超氧化物歧化酶SOD活性）维持代谢稳态。两者联合激活了糖代谢与花青素生物合成的协同网络：叶片花青素水平显著上升，有效避免了前体物质（如苯丙氨酸）积累瓶颈，关键酶UDP-葡萄糖:类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶活性提升超4倍。主成分分析（71.65%方差贡献率）证实Ge+CSNPs通过协调糖可用性与花青素代谢的关联机制，驱动产量提升。

Conclusion

本研究揭示了CSNPs与Ge协同应用对瓜尔豆生产力与营养价值的革命性提升。其通过增强光合作用（叶绿素含量、气孔导度、Rubisco活性）、优化初级代谢（糖类、有机酸、脂肪酸）与次级代谢（酚类、类黄酮）网络，实现农艺性状与营养品质的同步突破。该策略为应对环境胁迫下的可持续农业生产提供了理论依据与实践范式。

CRediT authorship contribution statement

研究团队贡献声明：Hamada AbdElgawad负责研究监督与资源协调；Ashraf Khalifa完成数据验证与原始草案；Seham M. Hamed主导课题构思与资金获取；Marwa Yousry A. Mohamed承担资源管理与软件分析；U?ur TAN参与文稿修订与形式化分析。

Funding Statement

本研究由伊玛目穆罕默德·本·沙特伊斯兰大学（IMSIU）科研院长办公室资助（项目编号IMSIU-DDRSP-RP25）。

Declaration of Competing Interest

作者声明不存在任何可能影响研究成果的财务利益冲突或个人关系。