石墨烯材料在农业领域的应用研究进展.pdf

nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull 李晓莎 武 宁 刘 玲 等 null 不同秸秆还田和耕作方式对夏玉 米农田土壤呼吸及微生物活性的影响 null null 应用生态学报 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 万淑红 田应兵 许昌雨 等 null 氮素调控对水稻黄华占生长发育 及产量的影响 null null 江苏农业科学 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 黄 璐 等 null 秸秆还田替代化肥对土壤有机碳 组分及冬小麦产量的影响 null null 山西农业科学 nullnullnullnull nullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull 严 君 韩晓增 邹文秀 等 null 长期秸秆还田和施肥对黑土肥力 及玉米产量的影响 null null 土壤与作物 nullnullnullnull nullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull 李守华 null 长期秸秆还田对提高小麦 玉米轮作耕层土壤养分及 产量分析 null null 中国农学通报 nullnullnullnull nullnull nullnull nullnull nullnullnullnull 史大炜 伍 纲 杨其长 等 null 石墨烯材料在农业领域的应用研究进展 null null 江苏农业科学 nullnullnullnull nullnull null nullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 石墨烯材料在农业领域的应用研究进展 史大炜 null null 伍 纲 null 杨其长 null 程瑞锋 null nullnull 中国农业科学院都市农业研究所 四川成都 nullnullnullnullnullnull nullnull 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 北京 nullnullnullnullnullnull 摘要 石墨烯材料及其衍生物由于其电子效应迁移率高 导热性能良好 比表面积大 优良的生物相容性等特点 近年来成为材料领域的研究热点 随着石墨烯产业的快速发展 其产品已逐步扩展到农业领域 纵观中国农业的发 展史 生产技术的革新始终与科技创新息息相关 利用石墨烯材料自身优良的生物相容性和比表面积等特点 可实现 对农业传感器及农药肥料的改良 探索其在农业环境中对农作物的生长发育进程所带来的影响 可以为现代农业的发 展指明新的道路 本文综述了国内外学者通过应用石墨烯材料制作新型农业传感器 实现了对农业气体 湿度 胁迫 环境的检测 阐明了在农业环境上的新型控温方式 并针对石墨烯对农作物生长发育的影响 探索石墨烯对农作物安 全 高效利用的合适浓度与使用方法 最后讲述石墨烯作为载体对农药肥料的改良 以及作为吸附剂净化废弃物的作 用 石墨烯材料可促进农业生产方式转变和资源高效利用 为农业双碳革命提供研究基础 关键词 石墨烯 农业 作物生长 农业传感器 生理 毒理 农业污染 研究进展 中图分类号 null nullnull 文献标志码 null 文章编号 nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnull 收稿日期 nullnullnullnull nullnullnull nullnullnull 基金项目 北京市科技计划 编号 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 国家自然科 学基金 编号 nullnullnullnullnullnullnullnull 作者简介 史大炜 nullnullnullnull 男 河南焦作人 硕士研究生 主要研究 方向为设施园艺环境工程 null null nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 通信作者 伍 纲 博士 副研究员 主要从事设施农业节能与新能源 利用研究 null null nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull 石墨烯是由一个碳原子与周围 null 个近邻碳原子 结合 以 nullnull null 杂化方式 形成蜂窝状结构的碳原子单 层 厚度仅为 nullnull nullnullnull nullnull null nullnull 厚的石墨约包含 nullnullnull 万层石墨烯 而氧化石墨烯 nullnull 是被最广泛研究 的石墨烯衍生物之一 与石墨烯具有相似的单原子 二维结构 含有大量的含氧活性基团 具有良好的 生物相容性和水溶液稳定性 有利于功能化修饰从 而达到在不同领域应用的目的 null nullnull 随着石墨烯研究的不断深入 其应用范围已扩 展到了农业领域 图 null 展示了近年来石墨烯在农业 领域上的不同应用 中国是农业大国 农业是中国 的立国之本 而从中国农业发展的历史来看 生产 技术上的突飞猛进 离不开科技创新的贡献 如杂 交水稻的育成解决了我国粮食资源短缺的问题 石墨烯材料在农业上的应用是当代农业发展的一 大机遇 研究石墨烯材料在农业领域的应用进展 对于未来农业发展具有重要意义 目前来看 石墨 烯材料在农业上的研究可以分为 null 类 一是在农业 环境中的调控作用 通过石墨烯材料的优良特性开 nullnull 江苏农业科学 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 null 期 发出生物传感器 更精密测控环境参数 比如使用 石墨烯电热膜与复合材料一起对温室内作物进行 温度调节 最终实现对设施农业环境因子的更高效 调控 二是探索石墨烯基材料对作物的生理与毒理 影响 包括种子萌发 幼苗生长 产量品质以及离子 毒性等方面 通过探索其中机制 最终减少其对作 物和环境的不利影响 三是在减少农业污染物上的 应用 其复合材料可用于消除农产品上的多种细 菌 石墨烯作为农药的载体与增效剂 能通过吸附作 用达到肥料缓释的目的 延长肥料的使用时间以及减 少对资源的浪费 具有高效吸附性与杀菌效果 也可 对农业废弃物进行处理 因此在不损害生态系统的 前提下 采用石墨烯材料符合可持续农业的范畴 对 于未来农业各领域的发展具有十分重要的意义 null 1 石墨烯对农业环境的调控作用 nullnull null 石墨烯农业传感器在环境检测中的应用 农业生产过程中影响作物生长的因素主要包 括光 温 水 气 肥等 null 个方面 因此需要高精度的 传感器用于各环境因子的检测 石墨烯及其衍生 物具有良好的生物相容性 意味着利用石墨烯及其 衍生物构建传感器是可行的 其巨大比表面积的结 构特性以及电子传递速率 使得传感器在理论上具 有了更高的灵敏度与良好的选择性 null nullnull 根据目前 石墨烯在农业上的研究来看 石墨烯基气体传感器 和湿度传感器具有更多的研究基础 同时 由于人 们对农产品品质的关注增多 各类用于农产品质量 检测的传感器也应运而生 nullnull nullnull null 对气体环境的检测 由于石墨烯完美的晶 体结构具有内在的低电学噪声 能够屏蔽电荷波 动 nullnullnullnull 年 nullnullnullnullnullnullnullnullnull 研究组首次报道了基于石 墨烯的单分子气体探测传感器 证明了石墨烯在气 体探测领域的应用潜能 null 在随后的研究中 一些 与作物生长紧密相关的石墨烯气体传感器被相继 报道 null null 是一种重要的植物气体信号分子 其杀菌 效果可替代部分农药 促进果蔬成长 改良土壤 因 此可应用于种子萌发 花期调控 农作物产品保鲜 等方面 李聆声等结合石墨烯的优异性质 研制了 一种基于石墨烯敏感层的高灵敏度声表面波传感 器 可以用于检测极低浓度的 null null 有助于精准调 控 null nullnull null 是一种常见的气态化学污染物 高浓度 的 nullnull null 会使植物生长更快 更大 但过量排放也会 导致气候问题 因此开发高灵敏的 nullnull null 气体传感技 术对于环境监测 农业生产具有重要意义 nullnullnullnullnull 等通过不同元素掺杂石墨烯传感器 表明了该新型 气体传感器在农业上应用的可能 可用于实现 nullnull null 的精准调控 null nullnull null 通过破坏植物细胞膜 会抑制 植物的光合作用和呼吸作用 最终导致植物发育不 良 叶片损失 尚念泽等利用原子薄石墨烯光子晶 体光纤传感器 通过石墨烯与目标分子的相互作 nullnull 江苏农业科学 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 null 期 用 实现了对 nullnull null 的选择性检测 nullnull 石墨烯的衍生物 nullnullnull 还原氧化石墨烯 已经 被证明是一种有潜力的气敏材料 nullnull 其缺陷进一步 增强了与气体分子的化学相互作用 可以通过以下 null 种方法来进一步增强 nullnullnull 的气体响应性能 null 利用金属或金属氧化物等纳米材料对 nullnullnull 进行修 饰 通过材料间的协同效应提高器件的气敏性能 null 通过制备 nullnull 的器件结构或者制备特殊形貌的 敏感材料 以增大气敏材料的比表面积 增加与气 体分子的作用位点 null 选择传感器的最佳工作温 度或者借助紫外光照射等外在条件 改善气体传感 器的响应性能 基于此 张莹分别设计和制备了 nullnull 和 nullnull nullnullnull null nullnullnullnull nullnullnull 型 nullnull null 气体传感器 获得了较 高的响应度 nullnull 符合温室 低成本及集成化趋势的 气体传感器发展方向 nullnull nullnull null 对湿度环境的检测 在农业应用中 土壤水 分监测的重要作用之一是提高作物产量和生长 只 有水分适宜时 根系吸水和叶面蒸腾才能达到平衡 状态 因此 对植物水分状况进行实时测量具有十 分重要的意义 基于 nullnull 的湿度传感器在农业领域 具有广阔的应用前景 nullnull 图 null 展示的是目前开发 的基于 nullnull 的湿度传感器 具有轻便性和柔韧性的 特点 这类湿度传感器可以通过紧贴在叶片下实 时获取叶片的湿度变化情况 其横截面的展示解释 了其获取湿度数据的工作原理 基于湿度检测的石墨烯高性能传感器需具备 足够高的灵敏度 宽湿度范围 高选择性 快速回复 和响应时间短等特点 nullnull 利用土壤湿度传感器进 行原位土壤湿度测量 响应时间和重复性是非常重 要的参数 nullnullnullnullnullnull 等通过以碳酸丙烯酯中的 nullnullnullnullnull null 为电解液 在室温下从 nullnull 电化学合成了直径为 null null null nullnull 的石墨烯量子点 在 null 种土壤中进行土壤水分 测定 都能达到快速响应效果 nullnull 在红壤 淤泥质 壤土 和黑土 黏性土 的灵敏度分别为 nullnullnull 和 nullnullnull 传感器可稳定工作 null 个月以上 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 等 使用氧化石墨烯作为测量相对湿度和土壤水分的 传感薄膜 在相对湿度从 nullnullnull 到 nullnullnull 的范围内 网 格阵列化的氧化石墨烯微传感器显示出高的灵敏 度 约 null nullnullnullnull nullnull 表明了石墨烯基湿度传感器在 农业应用上的前景 nullnull nullnull null 对胁迫环境的检测 随着农业的发展 广大 消费者对食品的内在安全与营养投以越来越多的 关注 因此农产品的检验在食品安全中的地位越来 越重要 nullnull 石墨烯及其复合材料作为一种全新的 纳米吸附剂 具有独特的物理化学性质 对于采后 的农产品检测具有重要意义 nullnull 随着石墨烯比表 面积大的特点被深入挖掘 通过合成复合材料检测 农产品中农药残留 重金属残留或毒性检测的研究 越来越多 nullnullnullnullnullnullnullnullnull 等利用氧化石墨烯制作了电 化学免疫传感器 可用于快速 灵敏地检测花生芽 坏死正孢病毒 nullnull 证明了基于 nullnull 的免疫传感器作 为传感设备具有巨大潜力 有望克服传统病毒检测 方法在田间条件下的局限性 转变农业诊断方法 nullnull 等制作了一个基于超材料石墨烯基太赫兹传感 器 用于生物界面检测甲基毒死蜱 检 出 限 为 nullnull nullnull nullnullnullnull nullnull 陈曦等通过对氮掺杂石墨烯的制备 探究了其在重金属离子检测方面的应用 最低可检 测 nullnull null null 为 nullnull null nullnullnullnullnullnull nullnull null null 为 nullnull null nullnullnullnullnullnull nullnull null null 为 nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull 等通过构建了基于银纳米板修 饰石墨烯片的高灵敏度表面来增强拉曼散射 从而实 现对有机农药的快速检测 nullnull nullnull null 石墨烯在设施农业中温度调节的研究 nullnull nullnull null 石墨烯电热膜在温室加温的研究 传统农 业的增温方式 燃油 燃煤 电热等 存在着能耗高 安全性低 空气污染 操作复杂等缺点 石墨烯具 有优异的电导性和导热率 生产出来的石墨烯电加 热膜电热转化率高达 nullnullnull 且安全无污染 可以成为 理想的新型增温材料 nullnull 国内外研究表明 石墨烯 nullnull 江苏农业科学 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 null 期 采暖作为一种全新采暖方式 不仅可以用于房屋供 暖 也可以广泛应用在蔬菜大棚 nullnull 花卉栽培 农林 育苗 粮食烘干 nullnull 土壤保温 畜禽养殖 nullnull 等产业 上 石墨烯电热材料具有以下几个优点 null 升温迅 速且适用电压宽泛 null 节能环保 石墨烯通电后发 热 电能几乎全部转化为热能 无发光损耗 null 发热 均匀且柔韧性好 null 稳定性好且使用寿命长 nullnull 石墨烯电热膜实物图及其热管理涂层工作原 理如图 null 所示 石墨烯薄膜以红外辐射的方式增加 周围环境的温度 而红外辐射波的波长集中在 null null nullnull nullnull 研究表明 波长在 nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull 的红外光 能够促进植物伸长生长 而 null null nullnull nullnull 的红外线被 称为 生命光波 很容易被植物吸收并转化为植物 的内能 nullnull nullnull nullnull null 石墨烯在补光装备中散热涂料的应用 nullnullnull 补光技术越来越多被应用于设施农业 植物工 厂一般采用空调进行作物光 null暗期的变温控制 空 调热负荷的 nullnullnull 以上来自于人工光源在植物光期 散发的热量 nullnull 尽管现有光源多采用 nullnullnull 冷光源 但仍有 nullnullnull 以上的电能转化为热量 nullnull 空调能耗 占到植物工厂总能耗的 nullnullnull null nullnullnull nullnull 由于 nullnullnull 本身散热较少 热量的积累导致 nullnullnull 芯片温度的迅 速上升 从而引发发光效率下降 波长漂移 器件失 效及寿命极剧减短等一系列问题 nullnull 由于单层石墨烯导热率高达 null nullnullnull nullnull null null 电阻率约为 nullnull nullnull null nullnull 比铜和银更低 近年来国 内外专家学者针对石墨烯的散热做了许多研究 图 null 所展示的是一种石墨烯复合材料喷涂散热器的 制作流程 通过天然鳞片石墨经过一系列官能团引 入及导热树脂引入 高温等处理制造出成熟的石墨 烯喷涂散热器 nullnull 等将非连续单层 连续单层 连 续双层石墨烯散热膜应用于高功率的电子器件散 热 取得了比较明显的散热效果 nullnull 周伟等通过制 作石墨烯复合材料喷涂到散热器表面得到了石墨 烯喷涂散热器 散热性能比传统铝挤散热器提高了 nullnullnull nullnull 与阳极氧化散热器相比提高了 nullnull nullnull nullnull 因此通过石墨烯导热片及涂料降低植物工厂中 nullnullnull 自身热量积累是可行的 有利于延长 nullnullnull 灯源 的使用寿命 并进一步降低植物工厂的能耗 2 石墨烯对作物的生理与毒理研究 nullnull null 对种子萌发和幼苗生长的影响 近年来 有学者提出石墨烯具有调控植物生长 的特性和能力 nullnull 将石墨烯材料粉碎后溶解于去 离子水中 经超声处理后进行水培处理 可用于提 高种子发芽率并刺激生长 但也会产生相互矛盾的 效果 结果取决于各种因素的不同 比如接触时间 浓度 颗粒大小 植物种类等 nullnull 低浓度的石墨烯 加速了番茄种子的萌发 nullnull 是因为石墨烯可穿透种 子表皮 使种子更容易破裂 吸收更多水分使种子 快速发芽 刘永文等选定 null null nullnullnull nullnullnullnull 质量浓度 范围的 nullnull 溶液 可加速桧柏种子破壳 缩短桧柏种 子的休眠期 nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 等在香菜和大蒜植物 种子种植前用 nullnull null nullnullnullnullnull 的石墨烯溶液处理 null null 也发现生长速度有所增加 nullnull 在幼苗生长阶段 石墨烯碳纳米材料能够促进 植物呼吸 光合作用和根系生长 减少氨的挥发 提 高产出率 nullnull nullnull 等通过试验验证了吸收石墨烯可 增强水稻叶绿体的光合磷酸化过程 累积石墨烯分 别被动地转运到叶绿体和类囊体中 显著增强了叶 绿体的荧光强度 比对照组增加了约 nullnull null 倍三磷酸 腺苷 产量 nullnull 谈诗通过试验验证了氧化石墨烯对 nullnull 江苏农业科学 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 null 期 大花蕙兰原球茎的诱导增殖 生根和壮芽壮苗培养 均起到了一定的促进作用 nullnull 根据使用浓度的不同 氧化石墨烯可以降低叶 绿素含量 抑制植物生长 破坏细胞结构 诱导植物 的遗传毒性或氧化胁迫 nullnull nullnull nullnullnull 如图 null null null 所示 在不同浓度 nullnull 处理下 石墨烯表型呈现出适宜浓 度促进生长 过量浓度抑制生长的现象 高聪等通 过试验验证 nullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull 的处理显著促进拟南 芥主根伸长 nullnull nullnullnullnullnull 浓度处理显著促进拟南芥侧 根数形成 但 nullnull nullnullnullnullnull 低浓度和 nullnullnull nullnullnullnullnull 高浓 度处理会抑制侧根形成 图 null null null 展示了 nullnull 不同浓 度对拟南芥根系生长的可能作用原理 nullnull nullnullnull 等 通过调整银 null 氧化石墨烯复合材料的浓度 发现当 银 null 氧化石墨烯浓度为 nullnull null null nullnull null nullnullnullnullnull 时 萝卜 的生长增加 但当其浓度为 nullnull null nullnullnullnullnull 时 黄瓜的 生长减缓 而浓度超过 nullnull null nullnullnullnullnull 时 紫花苜蓿的 生长受到抑制 nullnull 但并非石墨烯对于所有植物都 有促进作用 通过图 null null null 与图 null null null 可以观察到 随着石墨烯浓度的不断增大 对番茄 甘蓝 红菠菜 的种子萌发及生长状况均存在抑制 nullnull null 对作物品质及贮藏时间的影响 在全球范围内 田间生产的水果和蔬菜有 nullnullnull nullnullnullnull在食用前就已损失 通过提升作物品质 以及使用保护剂增长其货架期 可以减少因此带来 的浪费 从氧化石墨烯 nullnull 中释放的防腐剂水杨 醛 分别采用乙二胺和 null null 硝基苯基氯甲酸盐两步 活化 在过熟果汁的刺激下能有效地释放防腐剂 提高货架期 nullnull 微量元素营养不良是一个全球性问题 nullnullnullnullnullnull 等开发了基于氧化石墨烯和上转换纳米颗粒的便 携式仪器 用于早期检测作物中的锌缺乏症 感应 作物中编码 nullnullnull 转运蛋白家族成员的 nullnullnullnull 通过 此类方法的使用 可现场确定作物养分状况 最终 得到重要的养分管理决策 nullnull 食品在生产的不同步骤中隔离的农药 抗生 素 毒素 硝酸盐和其他化学物质等污染物 会在动 物和人类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时对物理化学性质的固有高 调制能力 以及在恶劣化学条件下的稳定性 可用 于快速诊断检测污染物含量 nullnull 进一步提升农产品 nullnull 江苏农业科学 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 null 期 的质量与安全 如图 null 所示 可以通过荧光标记的 适配体对石墨烯表面的毒素进行快速荧光检测 从 而降低食品中毒素对人类健康造成的危害 对石墨烯基复合材料及检测方式的不断开发应 用 对于作物产量及品质提升的影响是极其深远的 nullnull null 对作物与土壤环境的毒理影响 尽管石墨烯基材料作为一种促进植物和作物 生长的新工具有潜力 但也会产生相互矛盾的效果 和问题 如细胞毒性 nullnull nullnull 其毒性大小取决于材料 特性 细胞类型 功能化基团的出现 层数 剂量 给 药途径时间和温度 主要机制为产生活性氧 从而 诱导氧化应激反应 干扰生物体的免疫能力 影响 生物体正常的生殖发育 nullnullnullnullnull 等评估了氧化石墨 烯对蚕豆 Vicia faba 谷胱甘肽氧化还原系统的影 响 这是细胞氧化还原反应是否稳定的主要决定因 素 依次观察到浓度依赖性的应激反应 反应顺序 null nullnullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnull 以 及氧化酶活性的降低 nullnull 在一项后续研究中 nullnullnullnullnull 等报告称 氧化石墨烯在 nullnullnull nullnullnullnull 以下没有 毒性 最高浓度 null nullnullnull nullnullnullnull 导致生长下降 抗氧 化酶活性下降 电解质渗漏增多 nullnull 由于石墨烯基 材料存在不可生物降解性 这些物质可能被机体大 分子吸收 并影响酶和其他蛋白质的运行机制 nullnull 同时在研究和实际领域之间 存在着纳米材料 潜在的安全性问题 纳米材料作用过程接触植物体 时间非常短 而植物体本身的生命周期存在着复杂 的复制过程 随着时间的推移 纳米材料的易位可 能会导致生物系统逐渐改变其原有的稳定性 石 墨烯影响不同种类土壤培养微生物的数量 对不同 种类微生物的研究表明 氧化石墨烯具有广泛的抗 菌活性 被认为对哺乳动物细胞具有轻微的细胞毒 性 nullnull nullnullnull 氧化石墨烯在农业中的应用将不可避免 地导致与常规污染物的相互作用 从而出现环境污 染行为和毒性的潜在变化 氧化石墨烯显著增强 nullnull null 和 nullnull null 的植物 毒性 其影响程度取决于 nullnull 的价态 浓度和植物种 nullnull 江苏农业科学 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 null 期 类 因此在砷污染农业土壤中 应用氧化石墨烯应 考虑其环境风险 nullnull 有研究表明 使用聚醚酰亚胺 nullnullnull 和聚乙二醇 nullnullnull 可改善氧化石墨烯的生物 相容性 石墨烯的纳米毒性也可以使用胺来降 低 nullnull 负 阴离子 表面的毒性比正 阳离子 表面 的毒性小 而中性表面的生物相容性更强 3 石墨烯在减少农业污染物上的应用 中国是农业大国 但同时也是农业污染最严重 的国家之一 nullnull 农业污染物的排放对环境带来了严 重威胁 其中主要是对土壤和水源的污染破坏 一 方面是农业生产中农药和化肥的过度使用 造成了 耕地土壤地力下降及板结 另一方面 污水灌溉 畜 禽粪便等污染物的不合理利用 使得土壤及水源中 的重金属 兽药残留及有害细菌滋生 石墨烯材料 通过应用可以发挥其自身性质 减少农业污染物的 排放与含量 提升农业环境的品质 nullnull null 纳米农药中的载体作用 传统农药大多数难溶于水 存在溶剂用量大 粒子粗大 分散性差 容易粉尘飘逸 叶面脱落 流 失分解等问题 会引发农产品残留与环境污染 利 用纳米尺度的载体可以完美实现这些物质的传递 和缓慢释放 nullnull 与传统农药制剂相比 纳米农药控 释制剂具有显著靶向性 智能性 高效环保等诸多 优点 农药配方不仅具有成分简单 制备工艺简 单 多功能 抗虫活性强的特点 而且具有适宜的农 药含量 贮存稳定性和持久的虫害防治效果 nullnull nullnullnull 在许多可行的碳纳米载体中 氧化石墨烯 nullnull 脱 颖而出 nullnull nullnull 等利用 nullnull null 标记的石墨烯静脉注射 小鼠 null 年后 发现只有少层石墨烯积聚肝脏 而较大 尺寸的石墨烯则被 nullnullnullnullnullnullnull 细胞降解为 nullnull nullnull null nullnull 同时 还原氧化石墨烯是土壤组成的主要成分 对 土壤化学特性无害 nullnull 除了作为载体外 氧化石墨烯也被用作农药增 效剂 nullnull nullnullnullnull 等通过 nullnull 与角质层蛋白 nullnullnull 结 合并抑制 nullnullnull 基因的表达 吸附并破坏螨的角质 层 从而增加螨的角质层通透性 显著提高了杀虫 剂的杀螨效率 nullnull 石墨烯对细菌还有很强的细胞 毒性 nullnull 通过对诱导微生物膜的破坏和电子传递的 变化 还原氧化石墨烯有可能抑制米曲霉 镰刀菌 和黑曲霉的菌丝生长 nullnull 而较大的石墨烯薄片比较 小的薄片具有更强的抗菌活性 nullnull nullnull null 纳米肥料中的缓释作用 农业中化肥的低效使用导致铵和氮进入土壤 水和氨进入空气 严重威胁生物多样性和其他水生 生态系统 nullnull 氧化石墨烯对金属离子的高吸附能 力 以及它作为负载和传递治疗分子的载体作用 使得氧化石墨烯可以用作植物微量营养元素的载 体 因此开发出具有缓释功能的氧化石墨烯基营 养载体 作为新型肥料材料具有广阔的前景 以氧化石墨烯为基础的载体具有营养物质双 向释放特性 能够以快速释放 在最初 null null 释放约 nullnullnull 离子 和缓慢缓释 null 种方式提供微量营养物 质 nullnull 这种释放模式对于需要高养分的作物生长 后期需要缓