近日，资源与环境学院芮玉奎教授课题组在自然指数期刊《环境科学与技术》（Environmental Science ＆ Technology）上在线发表了研究论文《纳米氧化镍提高大豆产量和氮同化作用》（Nickel Oxide Nanoparticles Improve Soybean Yield and Enhance Nitrogen Assimilation）。研究首次证明，氧化镍纳米颗粒（n-NiO）可以直接被植物吸收并积累，以颗粒形式转移到大豆籽粒中，提高大豆产量并增强氮素吸收。该项研究加深了我们对纳米级和非纳米级镍在大豆中积累和迁移潜力的理解，以及这些材料在农田土壤中的归趋。

镍（Ni）是植物生长所必需须的微量元素，对于大豆而言，镍是脲酶和氢化酶的关键成分。为了提高大豆产量 ，需要提高其对氮素的吸收利用效率，然而n-NiO对大豆的生理效应，包括对固氮酶和氮循环的影响尚未得到研究。因此，选择n-NiO作为本实验研究对象，探索n-NiO在农业上的应用潜力。

研究发现，在镍基材料处理下，在大豆生命周期的两个关键阶段（R5和R8）都受到了镍基材料的影响（图1），R5（80天）是指种子的灌浆阶段，R8示（本研究中为140天）种子成熟期。所有镍基材料对豆荚产量的影响均呈浓度依赖性，并且低剂量n-NiO提高了豆荚产量和营养物质。

图 1.（A）实验设计示意图。在 R5 （80 DAS） 和 R8 （140 DAS） 阶段评估各种参数。
Ni基材料对全寿命栽培后盆底产量（B）、千粒重（C）和根瘤干重（D）的影响（R8）
*和#分别表示与对照组和组间相比，p<0.05（n>

进一步研究发现，n-NiO对C/N代谢有整体增强作用，而b-NiO和NiSO4的作用呈剂量依赖性。由于镍位于脲酶的活性位点，因此补充适当的镍可以增强脲酶活性，枝条中叶绿素含量增加并观察到净光合作用增强。这种光合效率的提高也促进了氮素的代谢，并促进了植物的生长。（图2）

图2.（A）与氮代谢和同化有关的酶的作用示意图。
Ni基材料在80 DAS时对（B） NR、（C） GS、（D） GOGAT和（E） UE活性的影响。全寿命栽培后，枝条和根部的C和N含量。
*表示与对照组相比，P < 0.05 （n = 6） 时存在显著差异。

采用sp-ICP-MS技术对大豆不同组织中的n-NiO进行鉴定。得到的结果是，n-NiO的含量随着与根系的传输距离的增加而降低。在暴露于50和200 mg/kg n-NiO 浓度情况下，n-NiO 可以以颗粒形式转移到大豆籽粒中。（图3）

图3. 在0、10、50、100和200 mg kg –1 的镍基材料下，大豆植株的（A）根、（B）芽和（C）种子中（140 DAS）的Ni浓度。通过sp-ICP-MS测量的n-NiO在用n-NiO处理的大豆（D）根、（E）芽和（F）种子中的粒径分布。（G）大豆不同部位Ni的形态组成（离子形态和颗粒形态）。数据是 4 个重复±标准差 （n = 4） 的平均值。

中国农业大学资源与环境学院已毕业硕士研究生周屏帆为该文的第一作者（目前在清华大学攻读博士学位），芮玉奎教授为本文通讯作者。该研究得到国家重点研发计划项目（2017YFD0801300、2017YFD0801103）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c00959