无机，纳米，酶，这几个看似风马牛不相干的词，却组合到一起成为了一种前沿的农药肥料助剂。酶一般概念上是指蛋白质或RNA等有机物，纳米也给人很高科技的感觉，无机纳米酶，这种超出我们以前认知的物质到底是什么东西，又有哪些作用，让农要君为您揭晓谜团。
何为纳米酶
纳米酶是一类具有类酶活性的纳米材料，其催化活性主要源于其独特的纳米尺度和表面特性。这种材料不仅具有纳米材料的小尺寸效应，还具备类似天然酶的催化活性，能够在植物体内发挥重要的调节作用，例如通过催化作用清除活性氧，从而提高作物的抗逆性。
纳米酶的研究涉及多个学科，包括材料学、催化化学和生命科学等。这种跨学科的研究领域使得纳米酶在农业、医学和环境治理等多个领域展现出广泛的应用前景，特别是在提高作物抗非生物胁迫方面的潜力备受关注。
纳米酶研究历史
这块其实有一定的争议。
纳米酶的研究始于2004年，Manea等人首次提出了纳米酶的概念，他们将具有类核糖核酸酶活性的纳米Au命名为纳米酶，但并未严格定义，且其催化机制和类酶活性也未被充分证实和广泛认可。
公认的纳米酶的发现是中国阎锡蕴院士团队在07年发布的成果。
2007年，阎锡蕴院士团队在《Nature Nanotechnology》上报道了纳米Fe₃O₄具有辣根过氧化氢酶（HRP）的酶学特性，能够快速催化分解H₂O₂，这一发现极大地推动了纳米酶领域的发展。此后，研究者对纳米酶的催化机理和应用进行了深入研究，发现纳米酶在催化活性、成本效益和稳定性等方面具有显著优势。
这一突破性发现推动了纳米酶催化机制与应用研究的广泛开展，并引起了国际科学界的广泛关注 。目前，全球已有22个国家超过130个实验室投身于纳米酶的研究，纳米酶的应用领域已扩展至生物、医学、农业等多个方向 。
中国纳米酶的研究处于国际领先地位。
纳米酶在农业上的应用
提高作物抗逆性
纳米酶通过其独特的催化活性，能够有效清除植物体内的活性氧（ROS），从而减轻氧化应激对植物的损伤。这种能力显著增强了作物的抗逆性，特别是在面对高盐、干旱和高温等非生物胁迫时，能够提高作物的生长能力和产量。例如，Singh等的研究表明，氧化铁纳米酶可以通过上调编码抗氧化酶的基因表达来消除氧化应激的负面影响，从而促进桉树在高盐环境中的生长。此外，Lu等的研究发现，四氧化三锰纳米酶作为一种抗氧化调节剂，能够增强黄瓜植物的内源性抗氧化能力，改善氧化应激的不良影响。
促进作物生长
纳米酶可以通过调节植物体内的代谢过程来促进作物的生长。例如，某些纳米酶能够模拟植物生长调节剂的活性，显著提高作物的生长速度和产量。这种作用机制可能与纳米酶提高植物对养分的吸收和利用效率有关。研究表明，纳米酶能够增强植物的光合作用效率，增加叶绿素的含量，从而提高作物的生物量和产量。此外，纳米酶在种子萌发阶段的应用也显示出显著效果。通过促进种子的吸水过程和基因表达，纳米酶能够显著提高种子的萌发率和幼苗的生长速度。例如，在菠菜种子的研究中，使用纳米酶处理的种子萌发率显著高于对照组，并且幼苗的生物量也有显著增加。
土壤改良
纳米材料在土壤改良中展现出显著的应用潜力，尤其是在调节土壤养分释放和吸附重金属离子方面。纳米材料的大比表面积和高活性使其成为优秀的吸附剂，例如，二氧化硅纳米颗粒能够有效吸附土壤中的重金属离子，减少其在土壤中的迁移和累积，从而防止重金属对植物和环境造成污染。此外，纳米材料的缓释性质为植物提供了可控释放的养分。例如，将氮纳米颗粒嵌入肥料中，可以实现氮素的缓慢释放，减少养分的流失，提高养分利用效率。这种方式既有助于提高作物产量，又能减少对环境的负面影响。
病虫害防治
纳米技术在病虫害防治中的应用主要通过开发纳米农药来实现，这种新型农药具有更高的效力和更低的毒性。与传统农药相比，纳米农药如银、铜、二氧化硅等显示出更好的广谱杀虫和抗病效果。例如，含银的二氧化硅纳米颗粒(Si-Ag NP)对葫芦科白粉病有100%的防治效果 。此外，纳米材料还可以通过增强植物的抗病能力来间接防治病虫害。研究表明，铁基纳米材料能够有效提高植物的光合作用效率，增强其抵御病虫害的能力 。南京善思公司开发的C2M定制化植保托管模式，利用纳米农药技术为种植大户提供病虫害防治全程定制化服务，进一步提升了病虫害防治的效率和效果 。
环境保护
纳米酶在环境保护中也扮演着重要角色，其催化活性可以有效分解土壤和水体中的有机污染物，减少农药残留对环境的污染
农残检测
纳米酶在农药残留检测中也展现出高效性。由于其制备方法简单且成本较低，纳米酶在农产品检测中成为一种有潜力的天然酶替代品，能够快速、准确地检测农药残留，保障食品安全。
纳米酶的产业化
纳米酶这么多的优点现在市面上却很少见，是不是离实际应用还有很远呢？实则不然。
河南郑州24年设立了中原纳米酶实验室，在其最新的招聘信息中已有农业推广项目主管的职位，可见纳米酶在农业的落地已开始着手。
纳米酶的发展方向及应用前景
纳米酶的定向设计和性能优化是未来研究的关键方向之一。通过深入研究纳米酶的作用机制，可以更好地根据作物的特定需求对其进行设计，从而提升其在农业中的应用效果。具体而言，纳米酶可以通过表面分子的选择性修饰被吸收传输至作物的特定部位，并根据胁迫作用下作物体内累积ROS的类型和受抑制氧化还原酶的种类来合理调控纳米酶种类和活性。
单原子纳米酶作为纳米酶研究的前沿领域，通过将具有催化活性的孤立金属原子锚定在固体载体上，显著提高了原子利用率和类酶性能。其精确设计的配位结构使其能够模拟天然酶的催化活性中心，具有更高的催化效率和稳定性，因此在农业领域具有巨大的应用潜力。
