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随着全球人口日益增长,对粮食的需求量越来越高,可持续农业是提高粮食产量措施的一个关键组成部分。目前,由植物致病菌或害虫引起的农作物病害是导致农作物产量减少的主要问题,严重阻碍了农业发展。纳米生物技术是一种很有前途的可持续农业工具。一些具有独特理化性质的纳米颗粒可以被作为纳米载体,用来增强植物的生长和抗逆性。不同种类、类型的纳米颗粒对种子萌发、植物根或茎的生长、生物量或产量等都会产生积极的影响。
在农药、化肥缓释与输送方面,相较于传统材料,纳米材料颗粒尺寸小和比表面积大等特点使其具有了传统材料所不具备的物理和化学特性。因此将纳米材料作为载体,使农药和化肥均匀地分布其中,缓慢地向土壤中释放药剂和养分,可以更好地提高农药和化肥的利用率。目前,有金属纳米颗粒( 如无机纳米材料、纳米金) 及生物活性纳米颗粒( 如纳米羟基磷灰石、碳纳米管) 等作为纳米载体,在农药、化肥缓释和精准输送中使用。
在农业病虫害方面,功能化的纳米颗粒载体可实现靶向递药来提高药物利用率; 纳米颗粒载体上功能基团的引入及其尺度效应,可提高杀虫剂在植物表面的粘附性及被植物吸收的性能,可运载核算农药进入植物,进而调控植物或害虫目标基因表达。银纳米颗粒物、铜纳米颗粒物、硅纳米颗粒物等均可提高植物对病原菌的抗菌性。纳米二氧化硅颗粒可通过物理吸附作用穿透害虫的表皮脂质,破坏它们的水屏障,进而杀死害虫。
在农药检测方面,利用纳米颗粒的制作的生物传感器,检测有害物质残留的灵敏性和准确性都优于传统检测技术,如对硫磷或有机磷等的检测,光学传感器可通过金属纳米颗粒制备不同基底的拉曼光学传感器,可提高药物残留的检测精度、速度和可靠性,在药物残留检测方面应用前景广阔。
在农产品加工方面,可以利用纳米技术实现农产品加工副产物的有效利用,将其转化成具有特殊功能的材料,这一转化可提高农产品附加值,带动农民增收、减少资源浪费。比如,利用纳米技术可将包含果胶、纤维素等副产物,转化成胶体纳米粒子、纳米纤维素等材料,在其他领域发挥作用。
随着纳米颗粒在农业上应用研究的发展,仿生/生物合成的纳米颗粒在未来将是替代传统纳米颗粒和农用化学品的有效途径,在重金属土壤修复,促进农作物生长和植物病害管理有着毒性更少,性能更高的优点。因此,纳米颗粒的仿生/生物合成将是农业领域可持续发展的必然趋势。
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