作者亚历山德拉·乔治，卡内基梅隆大学土木与环境工程系 纳米粒子从植物外部传播到土壤的途径
(PDF)学分:卡内基梅隆大学 全球农业需要新的粮食和水可持续性解决方案
随着更频繁的极端气候、不断增长的人口、不断增长的粮食需求和全球作物威胁，环境工程师们正在寻找解决方案，从最小的层面开始管理未来的粮食生产
按照目前的做法，高达95%的微量营养素和99
9%的农药从未到达目的地，被浪费掉了
它们在土壤中积累或流入地下水，造成附带的环境损害，使土壤退化，浪费生产和应用中使用的水和能源
如果种植者可以在叶子上涂抹一些可以直接到达根部的东西，这可能会改变游戏规则，以近乎100%的效率输送营养物质、抗生素和杀虫剂
土木与环境工程教授格雷格·劳里(Greg Lowry)、博士后研究员阿斯特丽德·阿维兰(Astrid Avellan)和一组研究人员成功地发现了一种将纳米粒子应用于植物叶片的方法，这样它们就可以通过植物一直到达根部
他们的结果发表在最近的美国化学学会纳米论文中
“我们论文的结果真的有潜力改变我们向植物输送农用化学品的方式，”劳里说
这是第一次有人系统地研究纳米颗粒是如何穿过叶子，进入植物，到达根部，并渗入土壤的
小麦叶片水培和叶面暴露于柠檬酸盐(底部)和聚乙烯吡咯烷酮(顶部)包裹的金纳米粒子12小时后，金迁移的x射线荧光图谱
学分:卡内基梅隆大学 研究小组在小麦幼苗的叶子上喷洒了带有聚合物涂层的金纳米粒子
植物不需要黄金，但是因为黄金不存在于植物的任何地方，所以它们能够很容易地识别黄金的去向
他们使用小麦植物，因为它们是美国的重要作物，易受营养缺乏的影响
一旦纳米颗粒被喷洒到叶子上，它们就会穿过角质层，角质层是覆盖在叶子上的蜡状外层
然后，它穿过表皮
角质层和表皮是保护叶子免受伤害、防止水分流失和让植物呼吸的气体交换的层
然后，纳米颗粒进入内部叶片组织，或叶肉
最后，它进入植物的脉管系统，或植物的静脉
从那里，它可以沿着茎一直向下，进入根部，或者到达更高的叶子
研究人员首次证明，一旦到达根部，纳米粒子就可以渗透到土壤中，附着在根际的微环境中
根际是植物与土壤相互作用、吸收养分、释放小分子酸、二氧化碳和蛋白质的地方，也是细菌和真菌进入植物的地方
目前唯一可用的处理不健康根际的方法是在土壤中混合农用化学品或用水和化学品
在这两种情况下，都会损失大量的化学物质
研究人员已经证明了100%的高效输送，可以减少所需的化学物质数量，降低成本，并限制环境污染
小麦叶片水培和叶面暴露于柠檬酸盐(底部)和聚乙烯吡咯烷酮(顶部)包裹的金纳米粒子12小时后，金迁移的x射线荧光图谱
红色:金色，绿色:钾信用:卡内基梅隆大学 暴露7天后的小麦叶图像
红色表示存在金纳米粒子
图A的顶行暴露于柠檬酸盐包覆的金纳米粒子，图A的底行暴露于聚乙烯吡咯烷酮包覆的金纳米粒子
图B中的图像表明，暴露在聚乙烯吡咯烷酮包覆的金纳米颗粒中的叶子表面不再有金，这意味着它已经进入了叶子
学分:卡内基梅隆大学 这些小于50纳米的微小颗粒可能是一个非常重要的关键，有助于可持续地养活预计到2050年地球上的100亿人口
例如，生长在缺锌土壤中的小麦植株变黄，随着植株开始死亡，作物产量下降
但是如果你能把氧化锌纳米颗粒通过叶子送到根部，它们就能渗入土壤，使土壤和植物都健康
农民也可以向工厂输送抗生素
一旦植物将细菌带入其脉管系统，就没有什么可以挽救它了
但是，如果抗生素纳米颗粒可以通过叶子进入脉管系统，它们可以预防或治疗全身性细菌疾病
劳里与纳米粒子相关的一些工作
学分:卡内基梅隆大学 纳米粒子也比化学物质更有效，因为工程师可以将它们设计成具有特定的性质
例如，他们可以设计一种纳米粒子，下雨时它会粘在叶子上而不会掉下来
或者他们可以设计粒子外部的涂层来响应湿气或光
与目前使用的传统农用化学品相比，设计用量更少、对环境和人类健康更好的纳米颗粒也是可能的
可能性是无穷无尽的，这是重要的第一步
以100%高效的方式将纳米粒子输送到植物上是劳瑞的更大目标的一部分，该目标是原子高效农业(农作物中的每一个原子都被利用而不是被浪费)和应对食品不安全等社会挑战
洛瑞说:“我们现在必须在同样的土地上多种植80%的粮食，减少由此造成的污染。”
“这将改变我们的农业模式，这也是我们正在努力帮助的
"
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