据预计,2050年全球人口将达96亿,粮食产量需增加50～70%方能满足全球粮食需求。随着可耕地面积的减少、全球气候变化、农药和化肥的低效使用等因素将加剧农业化学品的施用量,造成一系列环境问题。因此,寻找新的促进农业可持续发展技术是当前世界面临的共同挑战。纳米技术被认为是继绿色革命后可以为农业生产带来变革的新技术。纳米材料被定义为在三维空间中至少一个维度尺寸小于100纳米（nm）的材料。纳米材料具有优异物理化学及生物特性,在促进植物生长和保护方面具有一定的潜力。纳米酶被定义为具有类酶催化活性的无机纳米材料,其优异的抗氧化能力使其在促进植物生长方面具有潜在的优势。然而,目前尚没有提出将纳米酶应用于作物生长的报道。本研究首先合成了具有多种活性氧淬灭能力（超氧阴离子、过氧化氢、羟基自由基）的四氧化三锰纳米颗粒（Mn3O4 NP）。继而,将Mn3O4 NP做为外源抗氧化剂喷施到植物叶片,研究其对植物光合作用和生长的影响。结果表明,叶喷一定浓度的Mn3O4 NP显著促进了生菜与黄瓜幼苗的生长。进一步利用基于质谱的代谢组学对黄瓜叶片中小分子代谢产物进行定性和定量分析,发现叶喷Mn3O4 NP显著改变黄瓜叶片代谢谱图,并上调了一系列小分子抗氧化代谢产物的水平。最后,基于Mn3O4 NP自身具有的抗氧化能力及其能够激发植物内源小分子抗氧化物的特点,探讨其在缓解植物逆境胁迫的潜力。结果表明,叶喷Mn3O4 NP有效减缓了干旱和盐胁迫下黄瓜植株生物量的下降。以上研究结果表明,Mn3O4 NP有潜力成为一种新型纳米调节剂应用于农业。主要研究结果如下:（1）叶面喷施Mn3O4 NP（2 mg/株）使生菜幼苗的光合色素含量、糖、多酚含量、总抗氧化能力显著增加,同时显著增加了生菜的生物量。由此推测Mn3O4NP可清除生菜光合作用过程中产生的过量自由基,提高光合速率,促进生菜幼苗的生物量增加。叶面喷施Mn3O4 NP（1 mg/株）显著增加了黄瓜幼苗光合色素含量、光合速率、总抗氧化能力,增加了根部长度以及叶片生物量。同时,黄瓜叶片代谢组学的结果表明,莽草酸和苯丙氨酸代谢途径的前体和下游产物（白藜芦醇、绿原酸、二羟基肉桂酸、苯三醇、羟基苯甲酸、三羟基苯、奎宁酸和儿茶素）都在Mn3O4NP作用下上调,说明1 mg/株的Mn3O4 NP使黄瓜叶片中的内源抗氧化物质含量上调。（2）在干旱胁迫下,叶喷Mn3O4 NP（1 mg/株）显著增加了黄瓜叶片的光合作用、光合色素含量、总抗氧化能力。Mn3O4 NP处理组黄瓜叶片生物量相比于干旱胁迫组显著增加了11.5%。同样,相比于盐胁迫处理组,叶喷Mn3O4 NP（1 mg/株）显著提高了17.7%整株黄瓜幼苗生物量,同时降低了根部的MDA含量。以上结果表明,Mn3O4NP不仅可以作为外源性抗氧化剂清除活性氧,同时还可以上调黄瓜内源性抗氧化代谢物。叶面喷施Mn3O4 NP通过协助植物清除氧化代谢过程中过量的活性氧,增强了植物光合作用、提高了植物生物量。同时,在干旱、盐胁迫下,Mn3O4 NP通过自身优异的类氧化酶活以及增强黄瓜幼苗的总抗氧化能力清除了由干旱、盐胁迫引起的过量活性氧,从而减缓了黄瓜幼苗在干旱、盐胁迫下的生物量损失。