生物炭与二氧化硅纳米颗粒协同降低番茄镉吸收及氧化应激：实现作物抗逆与环境可持续性

《Plant Science》：Synergistic effects of biochar and silicon dioxide nanoparticles abate cadmium uptake and oxidative stress in tomato: Achieving crop resilience and environmental sustainability

本研究揭示了生物炭纳米颗粒（BC NPs）与二氧化硅纳米颗粒（SiO2 NPs）复合应用（1.5%浓度）通过降低土壤镉（Cd）生物有效性、增强光合作用（提升29%）及抗氧化酶活性（SOD/CAT/POD分别提高27.9%/22.9%/13.4%），显著抑制番茄对Cd的吸收（果实Cd降低70.3%），为重金属污染农田的绿色修复与农产品安全提供创新策略。

　　

Section snippets

Biochar NPs preparation

采用风干小麦秸秆为原料，在氮气氛围马弗炉中550°C热解1小时制备生物炭，经球磨粉碎（使用乙醇辅助研磨）获得生物炭纳米颗粒（BC NPs），储存于塑料容器备用。

SiO₂ NPs preparation

二氧化硅纳米颗粒（SiO₂ NPs）通过[方法略]制备。

Characterization of BC NPs and SiO₂ NPs

BC NPs的傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示3378 cm^-1处为酚羟基（OH）弯曲振动，1582 cm^-1和1421 cm^-1对应芳香族C=O/C-O和酯基，1049 cm^-1为PO₄^3-伸缩振动，784 cm^-1和559 cm^-1分别为C-H和Si-O弯曲振动。SiO₂ NPs的FTIR谱中3344 cm^-1和1628 cm^-1为特征峰[数据未完整呈现]。

Conclusion

BC与SiO₂ NPs复合应用显著降低土壤中镉（Cd）的迁移性，改善土壤理化性质并提升硅（Si）浓度。定量分析表明，该复合处理使番茄根部、茎部和果实中的Cd吸收分别降低28.6%、36.2%和70.3%，同时增强抗氧化防御系统与光合性能，为作物重金属毒性 mitigation 提供高效协同策略。