稀土元素对农作物的影响越来越受关注。目前,稀土元素对农作物的作用主要通过传统方法定量植物组织各部分稀土元素含量多少,但不能直接观察到稀土元素在植物体上的分布和迁移规律。因此,需要发展新的研究方法。稀土上转换发光纳米材料作为一种新型生物发光标记材料,拥有化学稳定性高、发光稳定性好和优异的光学穿透性等优点,广泛应用于生物体荧光成像。本论文设计与制备了980 nm和808 nm双通道激发的稀土上转换发光纳米材料。进一步,将双通道激发的稀土上转换纳米粒子作用于生物的荧光标记,开展了以下研究:1.双通道稀土上转换发光纳米材料的制备及表征通过高温裂解法合成了具有980 nm和808 nm的双通道激发的多层核壳结构稀土上转换发光纳米材料NaYbF₄:Tm³⁺@NaYF₄:Yb³⁺@NaYbF₄:Nd³⁺@NaYF₄:Yb³⁺（CSSS）。另外,发展了具有核壳结构的稀土上转换发光粒子NaYF₄:Yb³⁺,Nd³⁺,Tm³⁺,Er³⁺@NaYF₄:Nd³⁺（CS-Nd）。通过电子扫描显微镜、透射电子显微镜、EDS能谱和红外光谱表征了CS-Nd的形貌、元素含量和官能团。通过上转换光谱测试,实验结果表明CS-Nd实现了980 nm和808 nm的双通道激发。2.水溶性稀土上转换纳米发光材料的制备及荧光标记成像采用透射电子显微镜和红外光谱对柠檬酸改性的CS-Nd-cit纳米粒子进行形貌和表面官能团测试,实验结果证实CS-Nd-cit的表面增加了亲水基团并实现了水溶改性。其次,将CS-Nd-cit用于细胞的荧光标记成像研究,实验结果表明CS-Nd-cit可以有效实现细胞荧光标记成像。CS-Nd-cit用于小鼠的活体荧光标记成像,实验结果表明CS-Nd-cit能够实现808 nm激发的活体荧光标记成像。3.水溶性稀土上转换发光纳米材料用于拟南芥生物分布荧光成像研究了纳米材料CS-Nd-cit在拟南芥上的分布规律。拟南芥水培实验结果表明,在一定时间内,拟南芥根、茎和叶中未检测到CS-Nd-cit的上转换换发光。拟南芥叶面喷洒CS-Nd-cit实验中,共聚焦荧光成像数据表明叶面喷洒CS-Nd-cit后,随着培养时间增加,叶面能够观察到纳米粒子CS-Nd-cit的上转换荧光信号。进一步,通过整体叶片的荧光成像观察,证实叶片中可以检测到纳米粒子CS-Nd-cit的发光。