人工纳米颗粒具有小尺寸效应、表面与界面效应、宏观量子隧道效应等特殊的物理化学性质,具有广泛的应用和巨大的市场潜力。其中多壁碳纳米管和纳米TiO₂因其结构复杂,性质特殊,具有较强的催化性能和抗氧化能力,在生命科学领域应用广泛。本研究以黑麦草、紫花苜蓿和多花木兰为研究对象,研究了不同浓度的多壁碳纳米管(0 mg·L^-1、50 mg·L^-1、100 mg·L^-1、200 mg·L^-1、500 mg·L^-1)和纳米TiO₂(0 mg·L^-1、100 mg·L^-1、500 mg·L^-1、1000mg·L^-1、2500 mg·L^-1)对黑麦草、紫花苜蓿和多花木兰种子萌发和幼苗生长的影响,揭示人工纳米材料对植物生长的生物学效应,并试着探讨其作用机制。实验结果如下:（1）多壁碳纳米管对植物种子萌发的影响多壁碳纳米管对黑麦草种子的萌发没有显著的促进作用,但各浓度多壁碳纳米管处理下黑麦草的发芽率、发芽势和发芽指数均高于对照。在处理浓度为200 mg·L^-1时显著提高了紫花苜蓿种子的发芽势和发芽指数,在该处理浓度下多花木兰的发芽率、发芽势和发芽指数显著高于对照组,说明由于草本植物本身发芽率很高,多壁碳纳米管对草本植物的发芽率的作用并不明显,但能显著提高植物种子的萌发速率,缩短发芽时间。结合实验数据发现在200mg·L^-1浓度多壁碳纳米管处理下对植物种子的萌发促进作用最为明显。（2）多壁碳纳米管对植物幼苗形态指标和生物量的影响多壁碳纳米管处理下黑麦草、紫花苜蓿和多花木兰幼苗的形态指标和生物量均高于对照组,其中黑麦草、紫花苜蓿在较低浓度多壁碳纳米管(50 mg·L^-1、100 mg·L^-1)处理下这种促进作用更为显著。在多壁碳纳米管浓度为200mg·L^-1时多花木兰幼苗的叶长、茎长、茎粗、叶厚和鲜重显著高于对照。实验结果显示多壁碳纳米管对试验范围内的所有植物的生长发育均有显著的促进作用,但叶长、茎长、鲜重等指标对浓度的变化反应更为敏感,处理不同植物的最适浓度也不同。（3）多壁碳纳米管对植物生理生化指标的影响各浓度多壁碳纳米管处理下黑麦草、紫花苜蓿和多花木兰幼苗的可溶性蛋白和叶绿素均高于对照,说明在多壁碳纳米管胁迫下能刺激植物幼苗蛋白质的合成,提高其抗逆性,保证植物的正常生长发育。另外幼苗MDA含量的变化趋势与抗氧化系统酶活性的变化趋势呈显著的负相关,说明在低浓度多壁碳纳米管处理下能激活植物组织内的抗氧化酶活性,降低植物细胞膜损伤,促进植物的生长发育,但随着处理浓度的增加,植物体内的活性氧过多超过了本身的代谢临界点,抗氧化酶活性降低,细胞膜受到一定程度的损伤。因此低浓度多壁碳纳米管处理对植物的生长发育效果最好。（4）纳米TiO₂对植物种子萌发的影响纳米TiO₂对黑麦草种子的萌发没有产生显著的促进或抑制作用,但在处理浓度为1000mg·L^-1时显著提高了紫花苜蓿的发芽势和发芽指数,加快了种子的萌发速率,说明纳米TiO₂对草本类植物种子的萌发受受试物种和处理浓度的影响会产生不同的效果。TiO₂处理下的多花木兰种子的萌发与对照无显著性差异,但各浓度纳米TiO₂处理下均在不同程度上抑制了多花木兰种子的萌发。（5）纳米TiO₂对植物幼苗形态指标和生物量的影响各个浓度的纳米TiO₂对黑麦草幼苗的生长是具有一定程度的促进作用的,且在浓度为2500 mg·L^-1时促进作用最为显著。500 mg·L^-1浓度的纳米TiO₂对紫花苜蓿幼苗生长的促进作用最为显著,但随着纳米TiO₂浓度的增加,这种促进作用在慢慢下降。说明低浓度纳米TiO₂处理对紫花苜蓿的生长具有促进作用,但高浓度纳米TiO₂可能会使其生长发育受到抑制。纳米TiO₂对多花木兰幼苗的生长具有显著抑制作用,且随着处理浓度的增加,抑制作用越来越明显。（6）纳米TiO₂对植物生理生化指标的影响各浓度纳米TiO₂均提高了黑麦草和紫花苜蓿幼苗的可溶性蛋白和叶绿素含量,同时POD和SOD酶活性也随处理浓度的升高而增加,MDA含量与纳米TiO₂浓度呈负相关。说明随着纳米材料浓度的升高,黑麦草和紫花苜蓿幼苗组织内的活性氧含量上升,为清除过量的活性氧,POD、SOD和CAT酶活性随之增加以提高幼苗的抗氧化能力,MDA含量随处理浓度的升高不断下降,说明在纳米TiO₂处理下抗氧化酶活性的提高降低了植物幼苗细胞膜的损伤。但纳米TiO₂处理下多花木兰幼苗的可溶性蛋白和叶绿素含量均低于对照,且随着处理浓度的升高不断降低。纳米TiO₂处理下多花木兰幼苗酶活性的变化趋势为:在低浓度纳米TiO₂(0-500 mg·L^-1)处理下POD、SOD和CAT酶活性高于对照,但随着浓度升高,抗氧化酶活性开始降低,在处理浓度为2500 mg·L^-1时达到最低。说明纳米TiO₂胁迫下破坏了幼苗蛋白质的合成,对细胞膜造成严重损伤,从而抑制了幼苗的生长发育。