前言

氧化铁纳米颗粒具有较大的比表面积和高度可调控的表面特性，这使得其在植物根际环境中能够提供更多的吸附表面和有效的反应位点，有利于植物的根系吸收和利用养分。

我们研究发现，在固体高乌头中，氧化铁纳米颗粒可以影响植物的生长素合成和分布，促进植物的根系生长和侧枝发育，从而增加植物的生物量和产量。

植物材料及处理

本研究采用了一个随机完全区组设计的因子实验，其中包括两个因素，Fe2O3纳米颗粒的浓度和叶面施用次数，Fe2O3纳米颗粒的浓度分为0、0.5或1mgL-1，而叶面施用次数则为1、2、3、4或5次。

在进行叶面喷施时，相邻两次喷洒之间的时间间隔为10天。整个实验被分为3个重复，共计45个试验单元。

在实验开始时，我们选择了具有4~5片叶子的固体高乌头植株（插枝），并将其移植到直径为24厘米的盆中，盆中填充了泥炭苔藓和土壤的混合物（比例为1:2）。

形态学测量

在叶面施用完最后一次后的30天，我们对固体高乌头植株进行了形态和生化研究，测量了植株的形态特征，包括株高（以厘米为单位）、分枝数、叶数和叶面积（以平方厘米为单位）。

为了测定叶片的重量和面积，我们选取了单株上不同位置的五片叶子，通过使用复制装置，把叶片复制到纸上，并将这些纸剪下来，使用精密天平对这些纸进行称重，记录它们的面积和重量。

生化和物理分析

我们对叶片进行了折射率（°Brix）、总挥发油含量（%）和叶片的SPAD值测定，对于折射率（°Brix），使用仪器进行测量，以反映叶片中溶解物的浓度。

总挥发油含量的测定涉及到芦丁（RUT）、槲皮素（QUE）和石竹烯（BCP）等化合物，采用高效液相色谱法进行测定，以确定叶片中黄酮类化合物的含量。

我们还进行了元素含量分析，对叶片样品进行了提取和测定，这包括使用kkeldahl法测定氮含量（%），比色法测定磷含量（%），火焰光度法测定钾含量（%），以及干灰化法和发射光谱法测定铁（mgL−1）、铜（mgL−1）和锌（mgL−1）的含量。

我们测定了其他生化化合物，作为挥发油的组成部分，这些化合物包括α-蒎烯（APN）、莰烯、柠檬烯（LMN）、芳樟醇（LIN）、没药烯（Myr）和萜烯（Tn），使用高效液相色谱法对它们的含量进行测定。

高效液相色谱分析

将30克新鲜成熟的叶子放入液氮中冷冻，并将其磨碎成粉末，粉末与15毫升氯仿混合，以室温下持续搅拌24小时，提取液置于超声装置中进行超声处理，持续15分钟，加入100毫升丁醇，并将混合物等分转移至分离漏斗中。

收集极性有机层（丁醇层），并把样品置于旋转蒸发器装置中进行干燥提取，这个步骤重复进行了三次，以确保充分提取目标化合物。

量化

我们使用高效液相色谱法对黄酮类化合物（RUT、QUE）和挥发油（BCP）进行分析，实验中使用了自动进样器（S5200）、四级梯度泵（S2100）和柱式烘箱（S4115）。

C18-ODS色谱柱（2504.6毫米）连接到SYKAM系统，采用流动相为甲醇，去离子水（HPLC水），甲酸，比例为70:25:5。

提取液样品（BCP0.01毫升，QUE0.05毫升，RUT0.1毫升）以1.3毫升/分钟的流速进行注射，并进行一次洗脱，使用紫外检测器（S2340）在280纳米处对洗脱液的吸光度进行扫描。

gc-ms分析

将植物的新鲜和成熟叶片放入烤箱中，保持温度在35℃下进行干燥，持续48小时，干燥后的样品将被用于后续的提取过程。

使用Clevenger系统对干燥后的样品进行蒸馏，将样品放入提取管中，进行3小时的蒸馏过程，在蒸馏结束后，测量提取管中的油体积。

将提取后的样品放置在无水硫酸钠下进行干燥，以去除水分，干燥后的样品将被保存在小瓶中，并存放在4℃下，以备进行气相色谱-质谱分析。

量化

使用气相色谱-质谱法对Solidago的精油进行分析，其中包括APN、camphene、LMN、LIN、Myr和Tn等成分。

实验中使用了Hewlett-Packard5890SeriesIIPlus气相色谱仪，配备30米×0.25毫米HP-5柱，膜厚0.25毫米，气相色谱与惠普5972型质谱检测器相连。

在分析过程中，根据色谱峰面积的总离子流，计算出样品中各成分的百分比，这种方法能够提供对精油中化合物组成的定性和定量信息。

统计分析

本研究使用方差分析对数据进行统计分析，采用了SAS软件来进行方差分析，然后利用最小二乘差分法（LSD0.05）进行均值比较，还使用了RStudio软件中的Corrplot包来进行相关性分析。

结果

对于株高和枝数这两个性状，我们观察到浓度和施用次数这两个因素之间存在交互作用，并且出现了1型误差，对于这两个指标的交互作用，均值比较也显示出显著性差异。

使用1mgL−1浓度并进行4次叶面处理的植株的分枝率显著高于进行1次和最多2次叶面处理的植株。

在大多数情况下，与除了4倍以外的所有对照处理次数相比，0.5mgL−1浓度也显示出显著差异，但在进行4次叶面施用1mgL−1浓度的对照处理中，枝条数量没有显示出显著差异，其原因尚不清楚。

在进行4次叶面施用时，使用1mgL−1纳米颗粒的植株具有最多的叶片数量，而对照处理在4次叶面施用中具有最少的叶片数量，当叶面施用次数达到5次时，相较于0.5mgL−1浓度，1mgL−1浓度的叶片数量减少。

在1mgL−1浓度的影响下，叶片表面呈现出不规则的趋势，其中4倍叶面施用达到了最高水平，当浓度为0.5mgL−1时，叶面施用2至3次后呈现出增加的趋势，并保持相对稳定，与其他处理相比，对照植株的叶面积最低。

所有元素中，对照植株在各叶面施用时期的氮、磷、钾、铁、铜和锌等元素含量均最低，叶面施用1mgL−1浓度的植株在各元素含量方面表现出最高水平，除氮元素外。

第5次处理中，除钾、磷、铜和锌元素外，其他元素均出现了显著下降，即使在铜、锌和磷元素中，进行低浓度叶面施用5次也能显著增加元素含量，叶面施用5次1mgL−1浓度的植株的铁含量最高。

对于植物叶片的物理指标和总挥发油百分比进行的方差分析表明，纳米颗粒浓度和叶面施药次数之间存在显著的交互作用，在白化指数方面，与其他水平和次数相比，叶面施用3次1mgL−1纳米颗粒的植物显示出显著增加的白化指数。

就叶绿素含量而言，叶面施用4次1mgL−1纳米颗粒显著提高了叶绿素含量，与其他浓度水平和施用频率相比，尽管在相同浓度下进行3次施用没有显示出显著差异。

在挥发油的百分比方面，浓度为1mgL−1喷洒2~4次时，植物的挥发油含量较高，增加到5次后，挥发油的百分比显著下降。

针对药用植物固体高乌头，使用HPLC和GC-MS技术对其生化成分进行了分析，这些化合物包括两种黄酮类化合物（RUT和QUE）以及一些挥发油（BCP、APN、camphene、LMN、LIN、Myr和Tn）。

进行5次1mgL−1的叶面施用时，RUT的含量最高，有趣的是，随着叶面施用的频率增加，在三种浓度下观察到了RUT含量的增加趋势。

在研究的其他生化化合物中，如BCP、QUE、APN、莰烯、LMN、LIN、Myr和Tn，也观察到了类似的趋势，这可以解释为叶面施用即使是简单的喷水也为叶片的光合作用提供了更好的条件，涉及气体、温度和光吸收等方面。

叶片中的铁含量与植物的分枝数之间没有明显的关系，通常情况下，叶面施用Fe2O3纳米颗粒会相互影响矿物质含量，从而影响植物的生长。

叶片数和叶片的绿度受到矿物质含量的影响更大，即绿度越高，叶片数也越多，反之亦然，这可能与更多的光合作用和更好的生长条件有关。

讨论

通过叶面施用氧化铁（Fe2O3）纳米颗粒，可以促进黄花植物的生长和发育，包括株高、枝数、叶数和叶面积的增加，同时提高矿物质含量，如氮、磷、钾、铁、铜和锌。

叶面施用还能提高黄花植物的药用品质，包括挥发油的含量（如BCP、APN、camphene、LMN、LIN、Myr和Tn）和黄酮类化合物（如RUT和QUE）的含量。

在植物的生长和形态方面观察到，叶面施用4次1mgL−1氧化铁的植株比低浓度和对照组的植株生长更快，且随着施用次数的减少。

在1mgL−1浓度和4倍处理下，除铁元素外，其他矿物质元素的含量较高，1mgL−1浓度和5倍施用会导致铁的含量增加，这是符合自然和正常情况的结果。

在最高浓度和频率的叶面施用下，黄酮类化合物（RUT和QUE）和挥发油（BCP、APN、camphene、LMN、LIN、Myr和Tn）的含量呈上升趋势。

这意味着氧化铁纳米颗粒可以作为一种安全、健康的肥料，用于提高药用植物的药用品质，在目前的研究中，我们观察到不同浓度的铁纳米颗粒对不同类黄酮和挥发油的反应是相似的。

我们还发现，虽然盐度增加了挥发油的含量，但叶面施用的水杨酸（SA）和纳米颗粒的结合可以促进挥发油的含量增加，并增加内源SA含量和DPPH活性，这可能解释了铁纳米颗粒对次生代谢物生物合成的影响可能类似于胁迫信号，并可能促进其生物合成过程。

根据研究结果，大多数植物对铁纳米颗粒的反应是相似的，尤其是在生长、光合作用系统和营养吸收方面的作用。

一些不同的报告观察到了一些差异，可能是由于实验条件的不同，比如纳米颗粒的配方、浓度、施用频率，化合物的生物合成途径的不同，以及植物结构、形态和需求的差异，植物对纳米颗粒的吸收取决于纳米颗粒的性质、大小、形状和化学成分。

铁纳米颗粒和表面功能化的氧化铁纳米颗粒都能提高药用植物的品质，但功能化纳米颗粒由于其成分的协同作用更为有效，这不仅验证了铁纳米颗粒对药用植物的益处，同时也证明了它们的适用性。

结论

草药的定量和定性推广应建立在考虑人类安全、健康和经济途径的基础上，氧化铁纳米颗粒是一种安全、环保的化合物，能够影响植物的生化成分并促进植物的生长。

研究证实了铁纳米粒子在激发作用下促进植物生长，提高植物的药用和营养特性水平，通过增加营养元素的吸收来促进植物生长，以及通过吸收更多的元素营养物质来增加光合作用，这是植物中更多成分的重要代谢途径。

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