1. 引言
在全球人口增长和粮食资源有限的背景下，可持续农业发展面临巨大挑战。据联合国预测，到 2030 年全球人口将达 85 亿，粮食需求增加 50% 。传统农业发展受病虫害、非生物胁迫以及大量使用农用化学品带来的环境污染等因素制约。
纳米技术作为一门跨学科科学，融合多领域知识，其独特的纳米颗粒（NPs）特性，如超小尺寸、高比表面积等，为农业带来新机遇。绿色纳米科学强调可持续、无毒的纳米材料设计与应用，其中绿色合成 NPs 因使用植物提取物等生物资源，具有环保、生物安全性高的优势，在农业领域展现出巨大潜力。
2. 绿色合成
纳米材料的制备方法主要有物理法和化学法，但化学法存在有毒副产物、成分复杂等问题。绿色化学旨在遵循绿色原则进行纳米材料合成，减少实验危害。
2.1 微生物介导的纳米材料绿色合成
许多微生物可作为生物工厂生产 NPs。微生物能利用自身代谢产生的酶将金属离子转化为零价金属 NPs，根据 NPs 形成位置不同，可分为细胞内和细胞外合成。
- 细菌：多种细菌可通过绿色合成法制备金属及金属氧化物 NPs，如假单胞菌（Pseudomonas）、芽孢杆菌（Bacillus）等。利用银抗性细菌合成银纳米材料，溶液颜色变化可确认合成。
- 真菌：显微镜下的丝状真菌等能还原金属离子产生生物活性化合物。例如，曲霉（Aspergillus）介导合成的银 NPs 对草莓植株上的病原菌有抑制作用。
- 病毒：病毒的纳米级结构可与金属离子相互作用。酵母能合成多种 NPs，如利用不同念珠菌（Candida）菌株可制造银纳米颗粒。
2.2 植物介导的纳米材料绿色合成
植物提取物或整株植物用于 NPs 生产具有优势，其废弃物环保，提取物富含多种代谢物，可通过氧化还原反应将块状材料转化为纳米材料。不同植物部位提取物合成的 NPs 在尺寸、形状等方面存在差异，如利用黑种草（Nigella arvensis）叶、葡萄籽等分别合成不同尺寸的银 NPs 和零价铁 NPs（FeNPs）。
3. 纳米材料在农业实践中的应用
纳米技术在农业领域的应用前景广阔，有望提高农业产量、减少能源投入和保护环境。
3.1 纳米肥料
从化学肥料到生物肥料，再到纳米肥料，是农业可持续发展的重要进程。纳米肥料可分为纳米颗粒肥料、微量营养素 NPs 和大量营养素 NPs，能为植物提供关键养分，促进生长和提高产量。与传统肥料相比，磷酸纳米肥料可使种子产量提高 20%，大豆作物增产 32% ；钙磷纳米颗粒可降低植物氮需求。纳米肥料还能减少对天然气等传统资源的依赖，优化养分吸收，减少环境污染，推动绿色经济发展。
3.2 纳米农药
农药行业在全球农业市场中占据重要地位，随着对环境保护的重视，纳米技术在农药中的应用引发了农业操作的变革。基于 NP 的杀虫剂配方具有更精准的靶向性和可控的释放机制，能提高药效、降低环境影响。例如，氧化铁 NPs 对番茄潜叶蛾幼虫有较高致死率，生物制造的银 NPs 对多种蚊虫具有杀幼虫活性。但目前对纳米农药的环境影响了解有限，需进一步研究其最佳使用剂量，以平衡其利弊。
3.3 增强植物胁迫耐受性
植物在面对自然和人为造成的胁迫时，会通过改变新陈代谢来适应环境变化。绿色合成介导的纳米材料可通过分子、细胞和药理学改变，提高植物对胁迫的耐受性。银 NPs 能提高作物在缺水条件下的抗逆性，四氧化三铁（Fe3O4）NPs 在低浓度下可促进草莓植株在干旱条件下的生长。
4. 绿色合成纳米颗粒的局限性
绿色合成的 NPs 在尺寸和形状上存在显著差异，难以控制生产过程中的尺寸均匀性，不利于大规模生产。一些材料存在结构完整性缺陷，生物合成的 NPs 保质期较短，且许多国家缺乏纳米材料审批和测试的监管指南，植物源 NPs 可能具有细胞毒性，纳米颗粒暴露还存在潜在健康风险和伦理问题。因此，需要开发标准化和改进的合成程序，优化合成参数，以克服这些限制。
5. 未来展望
绿色纳米技术在可持续农业中的应用前景广阔，但仍有许多方面需要进一步研究。目前对绿色纳米科学的作用机制了解有限，需要深入探究其在植物保护中的详细机制，评估纳米技术对人类和环境的长期毒性。未来，绿色 NPs 有望作为生物纳米传感器，实时监测病原体、害虫和土壤健康状况；与物联网（IoT）、人工智能（AI）和无人机等技术结合，实现精准农业管理；还可用于修复污染土壤，促进土壤微生物多样性和活性，推动农业可持续发展。
6. 结论
绿色合成 NPs 及其在农业中的应用为可持续农业发展提供了创新策略，能减少对环境的负面影响，提高作物产量，增强植物对非生物胁迫的耐受性。然而，在大规模应用前，需要解决合成过程的可扩展性、一致性以及长期环境影响等问题。政策制定者应支持相关研究，推动绿色植物源 NPs 在农业中的广泛应用，以保障全球粮食安全。
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