硅量子点作为一种新型的荧光纳米材料,展现出诸多优异的特性,如低毒性、光稳定性,良好的生物相容性、表面易修饰等,在生物成像、生物传感、荧光标记和光电器件等领域得到了广泛的应用。研究表明,硅量子点在生物体内可以被降解为低毒或者无毒的产物,进而被肾脏排出体外,使其在生物学领域备受青睐。农作物是人类赖以生存的基础,人们通常利用遗传育种等方法提高农作物的生产力,但是仍然面临许多问题。基于硅量子点独特的物理、化学和光学属性,在本工作中,我们利用简便、快捷的方法合成多色荧光硅量子点,并作为新兴纳米工具探究其在植物中的吸收分布规律及对植物生长、光合作用和分子检测中的应用。此外,在此过程中我们发现生物质丹参衍生的CDs具有强的抗氧化性,能够模拟植物体内的抗氧化系统,清除活性氧。主要研究内容概括如下:（1）最大限度地利用太阳光谱中的紫外光部分,一直是促进植物生长的最大目标,即最大程度的减少紫外光对植物伤害和收获其益处。因此,我们制备了具有单分散、平均尺寸为2.4 nm、胺基功能化、水溶性的荧光硅量子点（Si QDs）。将Si QDs作为人工天线,加强了意大利生菜的光捕获能力,从而增强了生菜的光合作用。在紫外光激发下,Si QDs发射的蓝色荧光刚好与叶绿体的吸收光谱相匹配,使得太阳辐射中的紫外线部分得到有效利用。Si QDs消耗的光能显著增强了光合系统II的活性,使得增强光合作用成为可能。当每天补充2 h的紫外光后,Si QDs对意大利生菜幼苗生长的影响具有显著的剂量依赖性。重要的是,在植物体内,当Si QDs浓度低于30 mg?L-1时,显著促进意大利生菜幼苗可溶性糖和水分的含量,分别增加了49.8%和40.9%,从而促进了意大利生菜根长、苗高和生物量的生长。有趣的是,即使Si QDs浓度为200 mg?L-1时,叶绿素a和b的含量增长也没有受到抑制,分别增加了41.0%和114.8%。本研究为利用量子点扩大紫外光在农业中的应用提供了一个新的视角。（2）本研究利用硅藻为硅源前驱体,以仿生的方法合成红光荧光硅量子点（Si QDs）。合成的Si QDs具有明亮的红色荧光、较高量子效率（15%）、窄的半峰全宽,且平均粒径约为2 nm。为了研究Si QDs对黄瓜幼苗生长的影响,将Si QDs用于培养黄瓜幼苗。研究发现,Si QDs具有调节植物生长的潜力。当Si QDs浓度为10-300mg·L-1时,显著促进黄瓜幼苗的生长。与对照相比,Si QDs处理10天后,黄瓜幼苗的鲜重显著增加了51.91%（P＜0.001）。同时研究发现,黄瓜幼苗的生长与其根系的吸水速率呈现显著正相关关系。当用最佳浓度处理5天后,黄瓜幼苗根系的吸水速率与对照相比显著增加74.6%。进一步,通过实时荧光定量PCR分析表明,Si QDs处理后,黄瓜幼苗根系中的水通道蛋白基因的表达量与对照组相比明显上调。因此,与对照组相比,Si QDs溶液可以刺激黄瓜幼苗根系水通道蛋白基因的过量表达进而促进黄瓜幼苗生长。本文报道为拓宽Si QDs在植物科学中的应用奠定了基础。（3）本研究基于超亮荧光硅量子点（Si QDs）和PEG-Mn O2纳米片,组合了一种用于测定H2O2的“off-on”分析系统。其中,Si QDs作为荧光信号可以有效消除植物色素在365 nm激发下的干扰。PEG-Mn O2纳米片具有纳米猝灭剂和H2O2识别器的双重功能。与以往的报道不同,PEG-Mn O2纳米片对Si QDs荧光猝灭机制是由内过滤效应（IFE）和静态猝灭效应（SQE）共同作用的结果。因此,随着PEG-Mn O2纳米片浓度的增加,Si QDs在445 nm处的荧光强度逐渐减弱。随后,当加入H2O2后,PEG-Mn O2纳米片被还原为Mn2+,从而恢复了Si QDs荧光。结合这些特性,我们开发了一种高灵敏度和高选择性的“off-on”荧光检测系统,用于测定植物叶片组织中H2O2的含量。在目前的测定方法中,当H2O2的线性范围为0-1μM时,检测极限为0.09μM。当H2O2线性范围为1-80μM时,检测极限为4.04μM。该传感系统的优良性能证明此方法具有实际应用的潜力。（4）在农业生产中,有效清除植物中多余的活性氧以实现最大限度的减少生物和非生物胁迫来提高农作物产量是十分重要的。虽然目前高效的天然活性氧清除酶已经进化出来,但它们对环境条件十分敏感,难以大规模生产。因此,人工合成具有抗氧化酶特性的纳米材料已经成为研究的热点,然而多数抗氧化纳米酶具有副作用,限制了其在生物中的应用。本研究中以生物质丹参为原材料,通过一步水热法,大规模合成荧光碳点（CDs）。丹参通过脱水、聚合、碳化等一系列结构变化,形成核-壳型CDs,并且其表面仍然保留一种类似于丹参的聚合物,从而赋予了CDs高效的抗氧化能力。结果表明,CDs模拟了多种酶活性,具有较强的抗氧化活性,能显著清除DPPH·、O2·-和·OH,清除效率分别高达88.9%、81.8%和71.4%。其中,对O2·-和·OH的清除效率显著高于天然抗氧化剂Vc。本研究合成的CDs不仅在体外具有良好抗氧化活性,而且能有效地清除植物体内的活性氧,减少盐胁迫对意大利生菜的氧化损害,这表明了合成的CDs在减缓植物生物和非生物胁迫方面具有潜在的应用前景。