石墨烯材料在農業(yè)領域的應用研究進展.pdf

nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull 李曉莎 武 寧 劉 玲 等 null 不同秸稈還田和耕作方式對夏玉 米農田土壤呼吸及微生物活性的影響 null null 應用生態(tài)學報 nullnullnullnull nullnull null nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnull null nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull null null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnull null nullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnull null nullnullnullnull null nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull null null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull null nullnullnullnull null null nullnull null null nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull null nullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull null null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull 萬淑紅 田應兵 許昌雨 等 null 氮素調控對水稻黃華占生長發(fā)育 及產量的影響 null null 江蘇農業(yè)科學 nullnullnullnull nullnull null nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull null null nullnullnullnull null null nullnull null null nullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull null null nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull 李廷亮 王嘉豪 黃 璐 等 null 秸稈還田替代化肥對土壤有機碳 組分及冬小麥產量的影響 null null 山西農業(yè)科學 nullnullnullnull nullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull 嚴 君 韓曉增 鄒文秀 等 null 長期秸稈還田和施肥對黑土肥力 及玉米產量的影響 null null 土壤與作物 nullnullnullnull nullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull 李守華 null 長期秸稈還田對提高小麥 玉米輪作耕層土壤養(yǎng)分及 產量分析 null null 中國農學通報 nullnullnullnull nullnull nullnull nullnull nullnullnullnull 史大煒 伍 綱 楊其長 等 null 石墨烯材料在農業(yè)領域的應用研究進展 null null 江蘇農業(yè)科學 nullnullnullnull nullnull null nullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 石墨烯材料在農業(yè)領域的應用研究進展 史大煒 null null 伍 綱 null 楊其長 null 程瑞鋒 null nullnull 中國農業(yè)科學院都市農業(yè)研究所 四川成都 nullnullnullnullnullnull nullnull 中國農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所 北京 nullnullnullnullnullnull 摘要 石墨烯材料及其衍生物由于其電子效應遷移率高 導熱性能良好 比表面積大 優(yōu)良的生物相容性等特點 近年來成為材料領域的研究熱點 隨著石墨烯產業(yè)的快速發(fā)展 其產品已逐步擴展到農業(yè)領域 縱觀中國農業(yè)的發(fā) 展史 生產技術的革新始終與科技創(chuàng)新息息相關 利用石墨烯材料自身優(yōu)良的生物相容性和比表面積等特點 可實現 對農業(yè)傳感器及農藥肥料的改良 探索其在農業(yè)環(huán)境中對農作物的生長發(fā)育進程所帶來的影響 可以為現代農業(yè)的發(fā) 展指明新的道路 本文綜述了國內外學者通過應用石墨烯材料制作新型農業(yè)傳感器 實現了對農業(yè)氣體 濕度 脅迫 環(huán)境的檢測 闡明了在農業(yè)環(huán)境上的新型控溫方式 并針對石墨烯對農作物生長發(fā)育的影響 探索石墨烯對農作物安 全 高效利用的合適濃度與使用方法 最后講述石墨烯作為載體對農藥肥料的改良 以及作為吸附劑凈化廢棄物的作 用 石墨烯材料可促進農業(yè)生產方式轉變和資源高效利用 為農業(yè)雙碳革命提供研究基礎 關鍵詞 石墨烯 農業(yè) 作物生長 農業(yè)傳感器 生理 毒理 農業(yè)污染 研究進展 中圖分類號 null nullnull 文獻標志碼 null 文章編號 nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnull 收稿日期 nullnullnullnull nullnullnull nullnullnull 基金項目 北京市科技計劃 編號 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 國家自然科 學基金 編號 nullnullnullnullnullnullnullnull 作者簡介 史大煒 nullnullnullnull 男 河南焦作人 碩士研究生 主要研究 方向為設施園藝環(huán)境工程 null null nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 通信作者 伍 綱 博士 副研究員 主要從事設施農業(yè)節(jié)能與新能源 利用研究 null null nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull 石墨烯是由一個碳原子與周圍 null 個近鄰碳原子 結合 以 nullnull null 雜化方式 形成蜂窩狀結構的碳原子單 層 厚度僅為 nullnull nullnullnull nullnull null nullnull 厚的石墨約包含 nullnullnull 萬層石墨烯 而氧化石墨烯 nullnull 是被最廣泛研究 的石墨烯衍生物之一 與石墨烯具有相似的單原子 二維結構 含有大量的含氧活性基團 具有良好的 生物相容性和水溶液穩(wěn)定性 有利于功能化修飾從 而達到在不同領域應用的目的 null nullnull 隨著石墨烯研究的不斷深入 其應用范圍已擴 展到了農業(yè)領域 圖 null 展示了近年來石墨烯在農業(yè) 領域上的不同應用 中國是農業(yè)大國 農業(yè)是中國 的立國之本 而從中國農業(yè)發(fā)展的歷史來看 生產 技術上的突飛猛進 離不開科技創(chuàng)新的貢獻 如雜 交水稻的育成解決了我國糧食資源短缺的問題 石墨烯材料在農業(yè)上的應用是當代農業(yè)發(fā)展的一 大機遇 研究石墨烯材料在農業(yè)領域的應用進展 對于未來農業(yè)發(fā)展具有重要意義 目前來看 石墨 烯材料在農業(yè)上的研究可以分為 null 類 一是在農業(yè) 環(huán)境中的調控作用 通過石墨烯材料的優(yōu)良特性開 nullnull 江蘇農業(yè)科學 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 null 期 發(fā)出生物傳感器 更精密測控環(huán)境參數 比如使用 石墨烯電熱膜與復合材料一起對溫室內作物進行 溫度調節(jié) 最終實現對設施農業(yè)環(huán)境因子的更高效 調控 二是探索石墨烯基材料對作物的生理與毒理 影響 包括種子萌發(fā) 幼苗生長 產量品質以及離子 毒性等方面 通過探索其中機制 最終減少其對作 物和環(huán)境的不利影響 三是在減少農業(yè)污染物上的 應用 其復合材料可用于消除農產品上的多種細 菌 石墨烯作為農藥的載體與增效劑 能通過吸附作 用達到肥料緩釋的目的 延長肥料的使用時間以及減 少對資源的浪費 具有高效吸附性與殺菌效果 也可 對農業(yè)廢棄物進行處理 因此在不損害生態(tài)系統(tǒng)的 前提下 采用石墨烯材料符合可持續(xù)農業(yè)的范疇 對 于未來農業(yè)各領域的發(fā)展具有十分重要的意義 null 1 石墨烯對農業(yè)環(huán)境的調控作用 nullnull null 石墨烯農業(yè)傳感器在環(huán)境檢測中的應用 農業(yè)生產過程中影響作物生長的因素主要包 括光 溫 水 氣 肥等 null 個方面 因此需要高精度的 傳感器用于各環(huán)境因子的檢測 石墨烯及其衍生 物具有良好的生物相容性 意味著利用石墨烯及其 衍生物構建傳感器是可行的 其巨大比表面積的結 構特性以及電子傳遞速率 使得傳感器在理論上具 有了更高的靈敏度與良好的選擇性 null nullnull 根據目前 石墨烯在農業(yè)上的研究來看 石墨烯基氣體傳感器 和濕度傳感器具有更多的研究基礎 同時 由于人 們對農產品品質的關注增多 各類用于農產品質量 檢測的傳感器也應運而生 nullnull nullnull null 對氣體環(huán)境的檢測 由于石墨烯完美的晶 體結構具有內在的低電學噪聲 能夠屏蔽電荷波 動 nullnullnullnull 年 nullnullnullnullnullnullnullnullnull 研究組首次報道了基于石 墨烯的單分子氣體探測傳感器 證明了石墨烯在氣 體探測領域的應用潛能 null 在隨后的研究中 一些 與作物生長緊密相關的石墨烯氣體傳感器被相繼 報道 null null 是一種重要的植物氣體信號分子 其殺菌 效果可替代部分農藥 促進果蔬成長 改良土壤 因 此可應用于種子萌發(fā) 花期調控 農作物產品保鮮 等方面 李聆聲等結合石墨烯的優(yōu)異性質 研制了 一種基于石墨烯敏感層的高靈敏度聲表面波傳感 器 可以用于檢測極低濃度的 null null 有助于精準調 控 null nullnull null 是一種常見的氣態(tài)化學污染物 高濃度 的 nullnull null 會使植物生長更快 更大 但過量排放也會 導致氣候問題 因此開發(fā)高靈敏的 nullnull null 氣體傳感技 術對于環(huán)境監(jiān)測 農業(yè)生產具有重要意義 nullnullnullnullnull 等通過不同元素摻雜石墨烯傳感器 表明了該新型 氣體傳感器在農業(yè)上應用的可能 可用于實現 nullnull null 的精準調控 null nullnull null 通過破壞植物細胞膜 會抑制 植物的光合作用和呼吸作用 最終導致植物發(fā)育不 良 葉片損失 尚念澤等利用原子薄石墨烯光子晶 體光纖傳感器 通過石墨烯與目標分子的相互作 nullnull 江蘇農業(yè)科學 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 null 期 用 實現了對 nullnull null 的選擇性檢測 nullnull 石墨烯的衍生物 nullnullnull 還原氧化石墨烯 已經 被證明是一種有潛力的氣敏材料 nullnull 其缺陷進一步 增強了與氣體分子的化學相互作用 可以通過以下 null 種方法來進一步增強 nullnullnull 的氣體響應性能 null 利用金屬或金屬氧化物等納米材料對 nullnullnull 進行修 飾 通過材料間的協同效應提高器件的氣敏性能 null 通過制備 nullnull 的器件結構或者制備特殊形貌的 敏感材料 以增大氣敏材料的比表面積 增加與氣 體分子的作用位點 null 選擇傳感器的最佳工作溫 度或者借助紫外光照射等外在條件 改善氣體傳感 器的響應性能 基于此 張瑩分別設計和制備了 nullnull 和 nullnull nullnullnull null nullnullnullnull nullnullnull 型 nullnull null 氣體傳感器 獲得了較 高的響應度 nullnull 符合溫室 低成本及集成化趨勢的 氣體傳感器發(fā)展方向 nullnull nullnull null 對濕度環(huán)境的檢測 在農業(yè)應用中 土壤水 分監(jiān)測的重要作用之一是提高作物產量和生長 只 有水分適宜時 根系吸水和葉面蒸騰才能達到平衡 狀態(tài) 因此 對植物水分狀況進行實時測量具有十 分重要的意義 基于 nullnull 的濕度傳感器在農業(yè)領域 具有廣闊的應用前景 nullnull 圖 null 展示的是目前開發(fā) 的基于 nullnull 的濕度傳感器 具有輕便性和柔韌性的 特點 這類濕度傳感器可以通過緊貼在葉片下實 時獲取葉片的濕度變化情況 其橫截面的展示解釋 了其獲取濕度數據的工作原理 基于濕度檢測的石墨烯高性能傳感器需具備 足夠高的靈敏度 寬濕度范圍 高選擇性 快速回復 和響應時間短等特點 nullnull 利用土壤濕度傳感器進 行原位土壤濕度測量 響應時間和重復性是非常重 要的參數 nullnullnullnullnullnull 等通過以碳酸丙烯酯中的 nullnullnullnullnull null 為電解液 在室溫下從 nullnull 電化學合成了直徑為 null null null nullnull 的石墨烯量子點 在 null 種土壤中進行土壤水分 測定 都能達到快速響應效果 nullnull 在紅壤 淤泥質 壤土 和黑土 黏性土 的靈敏度分別為 nullnullnull 和 nullnullnull 傳感器可穩(wěn)定工作 null 個月以上 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 等 使用氧化石墨烯作為測量相對濕度和土壤水分的 傳感薄膜 在相對濕度從 nullnullnull 到 nullnullnull 的范圍內 網 格陣列化的氧化石墨烯微傳感器顯示出高的靈敏 度 約 null nullnullnullnull nullnull 表明了石墨烯基濕度傳感器在 農業(yè)應用上的前景 nullnull nullnull null 對脅迫環(huán)境的檢測 隨著農業(yè)的發(fā)展 廣大 消費者對食品的內在安全與營養(yǎng)投以越來越多的 關注 因此農產品的檢驗在食品安全中的地位越來 越重要 nullnull 石墨烯及其復合材料作為一種全新的 納米吸附劑 具有獨特的物理化學性質 對于采后 的農產品檢測具有重要意義 nullnull 隨著石墨烯比表 面積大的特點被深入挖掘 通過合成復合材料檢測 農產品中農藥殘留 重金屬殘留或毒性檢測的研究 越來越多 nullnullnullnullnullnullnullnullnull 等利用氧化石墨烯制作了電 化學免疫傳感器 可用于快速 靈敏地檢測花生芽 壞死正孢病毒 nullnull 證明了基于 nullnull 的免疫傳感器作 為傳感設備具有巨大潛力 有望克服傳統(tǒng)病毒檢測 方法在田間條件下的局限性 轉變農業(yè)診斷方法 nullnull 等制作了一個基于超材料石墨烯基太赫茲傳感 器 用于生物界面檢測甲基毒死蜱 檢 出 限 為 nullnull nullnull nullnullnullnull nullnull 陳曦等通過對氮摻雜石墨烯的制備 探究了其在重金屬離子檢測方面的應用 最低可檢 測 nullnull null null 為 nullnull null nullnullnullnullnullnull nullnull null null 為 nullnull null nullnullnullnullnullnull nullnull null null 為 nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull 等通過構建了基于銀納米板修 飾石墨烯片的高靈敏度表面來增強拉曼散射 從而實 現對有機農藥的快速檢測 nullnull nullnull null 石墨烯在設施農業(yè)中溫度調節(jié)的研究 nullnull nullnull null 石墨烯電熱膜在溫室加溫的研究 傳統(tǒng)農 業(yè)的增溫方式 燃油 燃煤 電熱等 存在著能耗高 安全性低 空氣污染 操作復雜等缺點 石墨烯具 有優(yōu)異的電導性和導熱率 生產出來的石墨烯電加 熱膜電熱轉化率高達 nullnullnull 且安全無污染 可以成為 理想的新型增溫材料 nullnull 國內外研究表明 石墨烯 nullnull 江蘇農業(yè)科學 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 null 期 采暖作為一種全新采暖方式 不僅可以用于房屋供 暖 也可以廣泛應用在蔬菜大棚 nullnull 花卉栽培 農林 育苗 糧食烘干 nullnull 土壤保溫 畜禽養(yǎng)殖 nullnull 等產業(yè) 上 石墨烯電熱材料具有以下幾個優(yōu)點 null 升溫迅 速且適用電壓寬泛 null 節(jié)能環(huán)保 石墨烯通電后發(fā) 熱 電能幾乎全部轉化為熱能 無發(fā)光損耗 null 發(fā)熱 均勻且柔韌性好 null 穩(wěn)定性好且使用壽命長 nullnull 石墨烯電熱膜實物圖及其熱管理涂層工作原 理如圖 null 所示 石墨烯薄膜以紅外輻射的方式增加 周圍環(huán)境的溫度 而紅外輻射波的波長集中在 null null nullnull nullnull 研究表明 波長在 nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull 的紅外光 能夠促進植物伸長生長 而 null null nullnull nullnull 的紅外線被 稱為 生命光波 很容易被植物吸收并轉化為植物 的內能 nullnull nullnull nullnull null 石墨烯在補光裝備中散熱涂料的應用 nullnullnull 補光技術越來越多被應用于設施農業(yè) 植物工 廠一般采用空調進行作物光 null暗期的變溫控制 空 調熱負荷的 nullnullnull 以上來自于人工光源在植物光期 散發(fā)的熱量 nullnull 盡管現有光源多采用 nullnullnull 冷光源 但仍有 nullnullnull 以上的電能轉化為熱量 nullnull 空調能耗 占到植物工廠總能耗的 nullnullnull null nullnullnull nullnull 由于 nullnullnull 本身散熱較少 熱量的積累導致 nullnullnull 芯片溫度的迅 速上升 從而引發(fā)發(fā)光效率下降 波長漂移 器件失 效及壽命極劇減短等一系列問題 nullnull 由于單層石墨烯導熱率高達 null nullnullnull nullnull null null 電阻率約為 nullnull nullnull null nullnull 比銅和銀更低 近年來國 內外專家學者針對石墨烯的散熱做了許多研究 圖 null 所展示的是一種石墨烯復合材料噴涂散熱器的 制作流程 通過天然鱗片石墨經過一系列官能團引 入及導熱樹脂引入 高溫等處理制造出成熟的石墨 烯噴涂散熱器 nullnull 等將非連續(xù)單層 連續(xù)單層 連 續(xù)雙層石墨烯散熱膜應用于高功率的電子器件散 熱 取得了比較明顯的散熱效果 nullnull 周偉等通過制 作石墨烯復合材料噴涂到散熱器表面得到了石墨 烯噴涂散熱器 散熱性能比傳統(tǒng)鋁擠散熱器提高了 nullnullnull nullnull 與陽極氧化散熱器相比提高了 nullnull nullnull nullnull 因此通過石墨烯導熱片及涂料降低植物工廠中 nullnullnull 自身熱量積累是可行的 有利于延長 nullnullnull 燈源 的使用壽命 并進一步降低植物工廠的能耗 2 石墨烯對作物的生理與毒理研究 nullnull null 對種子萌發(fā)和幼苗生長的影響 近年來 有學者提出石墨烯具有調控植物生長 的特性和能力 nullnull 將石墨烯材料粉碎后溶解于去 離子水中 經超聲處理后進行水培處理 可用于提 高種子發(fā)芽率并刺激生長 但也會產生相互矛盾的 效果 結果取決于各種因素的不同 比如接觸時間 濃度 顆粒大小 植物種類等 nullnull 低濃度的石墨烯 加速了番茄種子的萌發(fā) nullnull 是因為石墨烯可穿透種 子表皮 使種子更容易破裂 吸收更多水分使種子 快速發(fā)芽 劉永文等選定 null null nullnullnull nullnullnullnull 質量濃度 范圍的 nullnull 溶液 可加速檜柏種子破殼 縮短檜柏種 子的休眠期 nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 等在香菜和大蒜植物 種子種植前用 nullnull null nullnullnullnullnull 的石墨烯溶液處理 null null 也發(fā)現生長速度有所增加 nullnull 在幼苗生長階段 石墨烯碳納米材料能夠促進 植物呼吸 光合作用和根系生長 減少氨的揮發(fā) 提 高產出率 nullnull nullnull 等通過試驗驗證了吸收石墨烯可 增強水稻葉綠體的光合磷酸化過程 累積石墨烯分 別被動地轉運到葉綠體和類囊體中 顯著增強了葉 綠體的熒光強度 比對照組增加了約 nullnull null 倍三磷酸 腺苷 產量 nullnull 談詩通過試驗驗證了氧化石墨烯對 nullnull 江蘇農業(yè)科學 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 null 期 大花蕙蘭原球莖的誘導增殖 生根和壯芽壯苗培養(yǎng) 均起到了一定的促進作用 nullnull 根據使用濃度的不同 氧化石墨烯可以降低葉 綠素含量 抑制植物生長 破壞細胞結構 誘導植物 的遺傳毒性或氧化脅迫 nullnull nullnull nullnullnull 如圖 null null null 所示 在不同濃度 nullnull 處理下 石墨烯表型呈現出適宜濃 度促進生長 過量濃度抑制生長的現象 高聰等通 過試驗驗證 nullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull 的處理顯著促進擬南 芥主根伸長 nullnull nullnullnullnullnull 濃度處理顯著促進擬南芥?zhèn)?根數形成 但 nullnull nullnullnullnullnull 低濃度和 nullnullnull nullnullnullnullnull 高濃 度處理會抑制側根形成 圖 null null null 展示了 nullnull 不同濃 度對擬南芥根系生長的可能作用原理 nullnull nullnullnull 等 通過調整銀 null 氧化石墨烯復合材料的濃度 發(fā)現當 銀 null 氧化石墨烯濃度為 nullnull null null nullnull null nullnullnullnullnull 時 蘿卜 的生長增加 但當其濃度為 nullnull null nullnullnullnullnull 時 黃瓜的 生長減緩 而濃度超過 nullnull null nullnullnullnullnull 時 紫花苜蓿的 生長受到抑制 nullnull 但并非石墨烯對于所有植物都 有促進作用 通過圖 null null null 與圖 null null null 可以觀察到 隨著石墨烯濃度的不斷增大 對番茄 甘藍 紅菠菜 的種子萌發(fā)及生長狀況均存在抑制 nullnull null 對作物品質及貯藏時間的影響 在全球范圍內 田間生產的水果和蔬菜有 nullnullnull nullnullnullnull在食用前就已損失 通過提升作物品質 以及使用保護劑增長其貨架期 可以減少因此帶來 的浪費 從氧化石墨烯 nullnull 中釋放的防腐劑水楊 醛 分別采用乙二胺和 null null 硝基苯基氯甲酸鹽兩步 活化 在過熟果汁的刺激下能有效地釋放防腐劑 提高貨架期 nullnull 微量元素營養(yǎng)不良是一個全球性問題 nullnullnullnullnullnull 等開發(fā)了基于氧化石墨烯和上轉換納米顆粒的便 攜式儀器 用于早期檢測作物中的鋅缺乏癥 感應 作物中編碼 nullnullnull 轉運蛋白家族成員的 nullnullnullnull 通過 此類方法的使用 可現場確定作物養(yǎng)分狀況 最終 得到重要的養(yǎng)分管理決策 nullnull 食品在生產的不同步驟中隔離的農藥 抗生 素 毒素 硝酸鹽和其他化學物質等污染物 會在動 物和人類中引起不同的食源性疾病 基于石墨烯 在暴露于不同分析物時對物理化學性質的固有高 調制能力 以及在惡劣化學條件下的穩(wěn)定性 可用 于快速診斷檢測污染物含量 nullnull 進一步提升農產品 nullnull 江蘇農業(yè)科學 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 null 期 的質量與安全 如圖 null 所示 可以通過熒光標記的 適配體對石墨烯表面的毒素進行快速熒光檢測 從 而降低食品中毒素對人類健康造成的危害 對石墨烯基復合材料及檢測方式的不斷開發(fā)應 用 對于作物產量及品質提升的影響是極其深遠的 nullnull null 對作物與土壤環(huán)境的毒理影響 盡管石墨烯基材料作為一種促進植物和作物 生長的新工具有潛力 但也會產生相互矛盾的效果 和問題 如細胞毒性 nullnull nullnull 其毒性大小取決于材料 特性 細胞類型 功能化基團的出現 層數 劑量 給 藥途徑時間和溫度 主要機制為產生活性氧 從而 誘導氧化應激反應 干擾生物體的免疫能力 影響 生物體正常的生殖發(fā)育 nullnullnullnullnull 等評估了氧化石墨 烯對蠶豆 Vicia faba 谷胱甘肽氧化還原系統(tǒng)的影 響 這是細胞氧化還原反應是否穩(wěn)定的主要決定因 素 依次觀察到濃度依賴性的應激反應 反應順序 null nullnullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnull 以 及氧化酶活性的降低 nullnull 在一項后續(xù)研究中 nullnullnullnullnull 等報告稱 氧化石墨烯在 nullnullnull nullnullnullnull 以下沒有 毒性 最高濃度 null nullnullnull nullnullnullnull 導致生長下降 抗氧 化酶活性下降 電解質滲漏增多 nullnull 由于石墨烯基 材料存在不可生物降解性 這些物質可能被機體大 分子吸收 并影響酶和其他蛋白質的運行機制 nullnull 同時在研究和實際領域之間 存在著納米材料 潛在的安全性問題 納米材料作用過程接觸植物體 時間非常短 而植物體本身的生命周期存在著復雜 的復制過程 隨著時間的推移 納米材料的易位可 能會導致生物系統(tǒng)逐漸改變其原有的穩(wěn)定性 石 墨烯影響不同種類土壤培養(yǎng)微生物的數量 對不同 種類微生物的研究表明 氧化石墨烯具有廣泛的抗 菌活性 被認為對哺乳動物細胞具有輕微的細胞毒 性 nullnull nullnullnull 氧化石墨烯在農業(yè)中的應用將不可避免 地導致與常規(guī)污染物的相互作用 從而出現環(huán)境污 染行為和毒性的潛在變化 氧化石墨烯顯著增強 nullnull null 和 nullnull null 的植物 毒性 其影響程度取決于 nullnull 的價態(tài) 濃度和植物種 nullnull 江蘇農業(yè)科學 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 null 期 類 因此在砷污染農業(yè)土壤中 應用氧化石墨烯應 考慮其環(huán)境風險 nullnull 有研究表明 使用聚醚酰亞胺 nullnullnull 和聚乙二醇 nullnullnull 可改善氧化石墨烯的生物 相容性 石墨烯的納米毒性也可以使用胺來降 低 nullnull 負 陰離子 表面的毒性比正 陽離子 表面 的毒性小 而中性表面的生物相容性更強 3 石墨烯在減少農業(yè)污染物上的應用 中國是農業(yè)大國 但同時也是農業(yè)污染最嚴重 的國家之一 nullnull 農業(yè)污染物的排放對環(huán)境帶來了嚴 重威脅 其中主要是對土壤和水源的污染破壞 一 方面是農業(yè)生產中農藥和化肥的過度使用 造成了 耕地土壤地力下降及板結 另一方面 污水灌溉 畜 禽糞便等污染物的不合理利用 使得土壤及水源中 的重金屬 獸藥殘留及有害細菌滋生 石墨烯材料 通過應用可以發(fā)揮其自身性質 減少農業(yè)污染物的 排放與含量 提升農業(yè)環(huán)境的品質 nullnull null 納米農藥中的載體作用 傳統(tǒng)農藥大多數難溶于水 存在溶劑用量大 粒子粗大 分散性差 容易粉塵飄逸 葉面脫落 流 失分解等問題 會引發(fā)農產品殘留與環(huán)境污染 利 用納米尺度的載體可以完美實現這些物質的傳遞 和緩慢釋放 nullnull 與傳統(tǒng)農藥制劑相比 納米農藥控 釋制劑具有顯著靶向性 智能性 高效環(huán)保等諸多 優(yōu)點 農藥配方不僅具有成分簡單 制備工藝簡 單 多功能 抗蟲活性強的特點 而且具有適宜的農 藥含量 貯存穩(wěn)定性和持久的蟲害防治效果 nullnull nullnullnull 在許多可行的碳納米載體中 氧化石墨烯 nullnull 脫 穎而出 nullnull nullnull 等利用 nullnull null 標記的石墨烯靜脈注射 小鼠 null 年后 發(fā)現只有少層石墨烯積聚肝臟 而較大 尺寸的石墨烯則被 nullnullnullnullnullnullnull 細胞降解為 nullnull nullnull null nullnull 同時 還原氧化石墨烯是土壤組成的主要成分 對 土壤化學特性無害 nullnull 除了作為載體外 氧化石墨烯也被用作農藥增 效劑 nullnull nullnullnullnull 等通過 nullnull 與角質層蛋白 nullnullnull 結 合并抑制 nullnullnull 基因的表達 吸附并破壞螨的角質 層 從而增加螨的角質層通透性 顯著提高了殺蟲 劑的殺螨效率 nullnull 石墨烯對細菌還有很強的細胞 毒性 nullnull 通過對誘導微生物膜的破壞和電子傳遞的 變化 還原氧化石墨烯有可能抑制米曲霉 鐮刀菌 和黑曲霉的菌絲生長 nullnull 而較大的石墨烯薄片比較 小的薄片具有更強的抗菌活性 nullnull nullnull null 納米肥料中的緩釋作用 農業(yè)中化肥的低效使用導致銨和氮進入土壤 水和氨進入空氣 嚴重威脅生物多樣性和其他水生 生態(tài)系統(tǒng) nullnull 氧化石墨烯對金屬離子的高吸附能 力 以及它作為負載和傳遞治療分子的載體作用 使得氧化石墨烯可以用作植物微量營養(yǎng)元素的載 體 因此開發(fā)出具有緩釋功能的氧化石墨烯基營 養(yǎng)載體 作為新型肥料材料具有廣闊的前景 以氧化石墨烯為基礎的載體具有營養(yǎng)物質雙 向釋放特性 能夠以快速釋放 在最初 null null 釋放約 nullnullnull 離子 和緩慢緩釋 null 種方式提供微量營養(yǎng)物 質 nullnull 這種釋放模式對于需要高養(yǎng)分的作物生長 后期需要緩