Research progress on the effects of nano-material-carbon dots on crop growth and development

ZHU Qi¹ ，LIU Yang¹，CUI Maoya’，GAO Pinglei’， CHEN Yinglong'，DAI Qigen ^1，2 （1JiangsuKyeddiCenteforoderucichfs/KboliloeetdUl（saliald），MinistrfJointInteseboceuefgUscDevelopment，Yangzhou University，Yangzhou 2250o9，China）

Abstract：Carbondots（CDs），asanovel class ofnanomaterials，have garnered increasing atention intheagriculturalfieldduetotheiradvantagessuchaslowcost，easeofsynthesis，lowtoxicity，biodegradability，highquantumyield， small ize，and excellentbiocompatibility.Inthis paper，wereviewedtheefectsofCDsonthegrowthanddevelopmentof cropsand elaborated on the mechanisms through aspects such as seed germination，root growth and development，mineral elementbsorption，photosyntheticeactions，carbonassimilation，ntioxidantcapacity，ndstress resistance，withtheim of providing theoreticalreferences forthesafeandsustainableimprovementofcropyield.Finally，wediscussedthechallnges faced by the potential applications of CDs in agricultural systems.

Key words： carbon dots；growth and development；photosynthesis；stress resistance

随着人口增长和工业发展，到2050年，全球人口估计将达到 9.7×10⁹ 人，为满足不断增长人口对食物的需求，粮食产量至少需要提高 70%^[1-3] 。而耕地面积不断缩小、水资源短缺和极端天气频发，给粮食生产和分配带来了越来越大的压力[46]。此外，耐逆作物品种培育进展缓慢，转基因作物的安全性受到公众质疑，而化学肥料和农药的使用对环境、农产品以及人体的安全产生威胁[7-9]，农业需要提高生产力和多样化，以应对气候变化和有限自然资源的限制。纳米技术的迅速发展为多个领域带来了重大进步，并为农业开辟了充满希望的道路。

三维空间中至少有一维处于纳米尺寸（1＼～100nm）的材料被称为纳米材料，它具有独特的理化性质，可以在原子或分子水平上运行[1]，被广泛应用于成像[11]、医学[12-14]、能源[15-17]、食品[18-19]等领域。在其众多应用中，农业领域的应用正在被越来越多地探索，现已用于监测作物生长状况[20]、促进作物生长[21-22]、提高肥料和农药的效率[23-24]以及防治病虫害[25-26]。纳米材料独特的性质使其可以通过不同于化学和基因工程的机制为可持续农业做出贡献。

碳点（CD）是一种新型的纳米材料，根据其形成机理、微结构和性能的不同，主要分为石墨烯量子点（GQD）、碳量子点（CQD）和碳化聚合物点（CPD）[27]。2004年科学家在制备单壁碳纳米管时，意外地发现具有明亮荧光的碳纳米粒子一—碳点。碳点是一种介于分子和凝聚态固体之间的新型体系或碳材料，融合了纳米效应、表面官能团和碳元素的特性，因此具备光学、化学和生物学三种基本功能[28]。……