CN103734152B - 一种吸附重金属纳米植物生长调节剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制剂的制备方法，具体地说是一种纳米粒子级的、可吸附重金属且促进植物生长的制剂的制备方法，利用该方法获得的制剂，能够在纳米水平上发挥作用。它初步探究了获得的制剂在对重金属锌胁迫下小麦种子萌发和种苗生长的调控作用。结果表明本方法所获的纳米制剂不仅保留了壳聚糖及细胞分裂素调控植物生长的作用，而且还能够吸附重金属，从而使植物能够正常生长。其作用效果比只加壳聚糖和细胞分裂素原剂好很多，能更好的促进种子的萌发和根的生长。

Description

一种吸附重金属纳米植物生长调节剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种生长调节剂的制备方法，特别是一种吸附重金属纳米植物生长调节剂的制备方法。

背景技术

壳聚糖（Chitosan,CS）是甲壳素失去乙酰基后的产物，脱乙酰度一般为65%～99%，其与甲壳素的差别是脱乙酰度的不同。壳聚糖是天然高分子中少有的碱性多糖，可生物降解，不溶于水和有机溶剂，可溶于pH<6.5的稀酸，如冰醋酸、甲酸、乳酸、苹果酸、丙酸和琥珀酸等。其中，以甲酸的溶解度最高，但在无机酸中的溶解度则相当有限。在稀酸中，其葡萄糖氨基转化为R-NH3+，形成聚阳离子凝胶溶液。

壳聚糖是自然界中唯一大量存在的阳离子聚合物，有良好的吸附性、成膜性、通透性、成纤性、吸湿性和保湿性，而且它还具有分子量大、粘度大、生物相容性、可降解性、抗菌性及价格低廉等特点。由于壳聚糖比甲壳素具有更优异的生物特性，因此壳聚糖已广泛的应用于生物医学、化学化工、食品工业、农业、轻工业、环保治污和微电子等领域。近年，壳聚糖在农业上的应用越来越广泛，成为绿色农业不可缺少的材料之一，除了用作农药载体、杀虫剂、保湿剂、抗旱剂、饲料添加剂和土壤改良剂等外，还可用作植物生长调节剂。许多研究表明，壳聚糖可增加植物叶绿素含量，加速种子萌发，并有促进植物幼苗生长、激活植物细胞，提高机体免疫力达到增产的作用。

壳聚糖还可以吸附重金属，壳聚糖的糖残基在C2上有1个乙酰氨基或氨基，在C3上有1个羟基，从结构上来看，它们都是平行键，这种特殊结构，使得它们在一定的pH值条件下对具有一定离子半径的金属离子具有螯合作用。壳聚糖是一种高效的阳离子型絮凝剂、一种新型的配位体或螯合剂，主要用于捕集有毒重金属离子及有机物。壳聚糖高性能的重金属离子捕集剂，主要得益于壳聚糖分子上有大量的羟基和氨基，随着氨基的质子化表现出阳离子聚电解质的作用，使得壳聚糖对具有一定离子半径的重金属在一定的条件下与水中的Cd2+、Zn2+、Cu2+、Pb2+等离子形成稳定的五环状螯合物。

细胞分裂素是一种高效促进植物生长的助剂，产品的明显效果是增强植物的光合，有效的加快植物细胞延长，植物的生长发育，并可以减少植物落花、落果、提高植物结果率，也可形成无籽果实，也可打破种子、块茎等植物器官的休眠，促进发芽，是植物调节剂中产品最为有效的促长、抗病调节剂。它的化学名称为6-糠基氨基嘌呤，纯品为白色固体，能溶于强酸、碱中。

细胞分裂素的生理作用主要是引起细胞分裂，诱导芽的形成和促进芽的生长。对组织培养的烟草髓或茎切段，细胞分裂素可使已停止分裂的髓细胞重新分裂。这种现象曾被用于细胞分裂素的生物测定。茎切段的分化常受细胞分裂素及生长素比例的调节。当细胞分裂素对生长素的浓度比值高时，可诱导芽的形成；反之则有促进生根的趋势。如对抑制的腋芽局部施用细胞分裂素，可以解除顶端对腋芽的抑制(即顶端优势)。天然的簇生植物（莲座状植物）或由于病害发生“丛枝病”的植物里，常含有较多的细胞分裂素。细胞分裂素还有防止离体叶片衰老、保绿的作用，这主要是由于细胞分裂素能够延缓叶绿素和蛋白质的降解速度，稳定多聚核糖体(蛋白质高速合成的场所)，抑制DNA酶、RNA酶及蛋白酶的活性，保持膜的完整性等。在叶片上局部施用细胞分裂素，能吸聚其他部分的物质向施用处运转和积累，除此之外，细胞分裂素还具有抑制不定根形成和侧根形成，延缓叶片衰老的作用。

锌是自然界中分布较广的金属元素，主要以硫化锌、氧化锌状态存在。锌与很多元素如铅、铜、镉的矿物共生。全世界每年通过河流输入海洋的锌约为393万吨。由采矿场、选矿厂、合金厂、冶金联合企业、机器制造厂、镀锌厂、仪器仪表厂、有机合成工厂和造纸厂等排放的工业废水中,含有大量锌化合物。锌在土壤中富集，会使植物体中也富集而导致食用这种植物的人和动物受害。用含锌污水灌溉农田对农作物特别是小麦影响较大，会造成小麦出苗不齐，分蘖少，植株矮小、叶片萎黄。过量的锌还会使土壤失去活性，细菌数目减少，土壤中的微生物作用减弱。我国规定生活饮水的锌含量不得超过1.0mg/L，工业废水中锌及其化合物的最高排放浓度为5.0mg/L，车间空气中氧化锌的最高容许浓度为5.0mg/L。

现在还没有一种能够将壳聚糖与细胞分裂素有机整合，使其协同作用、增强效率，且可以吸附锌等重金属的生长调节制剂。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述不足，提出一种植物生长调节剂的制备方法，利用该方法制备的调节剂，不仅保留了壳聚糖及细胞分裂素调控植物生长的作用，而且还能够吸附重金属，从而使植物正常生长。

本发明的技术解决方案是：一种吸附重金属纳米植物生长调节剂的制备方法，其特征在于：所述的方法按照以下步骤进行：

a、取壳聚糖溶于浓度为1-3%的醋酸中，获得浓度为200-400mg/L的壳聚糖醋酸溶液，将其置于40-50℃恒温水浴，在搅拌的条件下向其内逐滴加入浓度为5-6%的过氧化氢溶液获得混合溶液，所加入的过氧化氢溶液的体积与醋酸的体积之间的比值为3:10，反应4-6h后将混合溶液的pH值调节为中性，并使之沉淀，将所得的沉淀用去离子水反复洗涤，并将其脱水、烘干，获得壳聚糖样品，

b、取壳聚糖样品将其溶解在浓度为1-3%的醋酸中，获得浓度为2mg/ml的中间溶液，调节中间溶液的pH值至5.5-6.5，向中间溶液中加入细胞分裂素，细胞分裂素为本步骤中所使用壳聚糖样品质量的0.025-0.07倍，然后向中间溶液中逐滴加入浓度为0.5-1mg/ml三聚磷酸钠溶液，所加入的三聚磷酸钠溶液的体积为中间溶液体积的0.2-0.4倍，并在2000r/min的条件下磁力搅拌20-30min，在超声工作频率为80KHz、超声电功率为500W、且冰浴的条件下脉冲超声震荡15-30min，获得壳聚糖纳米微球悬浊液，即吸附重金属纳米植物生长调节剂。

本发明同现有技术相比，具有如下优点：

本发明公开了一种制剂的制备方法，具体地说是一种纳米粒子级的、可吸附重金属且促进植物生长的制剂的制备方法，利用该方法获得的制剂，能够在纳米水平上发挥作用。它初步探究了获得的制剂在对重金属锌胁迫下小麦种子萌发和种苗生长的调控作用。结果表明本方法所获的纳米制剂不仅保留了壳聚糖及细胞分裂素调控植物生长的作用，而且还能够吸附重金属，从而使植物能够正常生长。其作用效果比只加壳聚糖和细胞分裂素原剂好很多，能更好的促进种子的萌发和根的生长。

附图说明

图1是原剂的显微镜400倍下的照片。

图2是本发明所述方法获得的调节剂的显微镜400倍下的照片。

图3是原剂的扫描电镜图。

图4是发明所述方法获得的调节剂的扫描电镜图。

图5是运用原剂和调节剂处理的小麦种子培养5天后的照片与空白对照（由标准锌溶液处理的小麦种子）的比较，左图是锌胁迫下小麦种子的生长状况，中间为纳米制剂，右图为原剂。

图6是原剂和调节剂处理小麦种子的根长比较，左图为纳米制剂，右图为原剂。

图7是不同浓度原剂处理小麦种子5天后照片。

图8是不同浓度调节剂处理小麦种子5天后照片。

具体实施方式

下面将结合附图说明本发明实施例的具体实施方式，如图1至图8所示：一种吸附重金属纳米植物生长调节剂的制备方法，按照以下步骤进行：

首先取壳聚糖，将其溶于浓度为1-3%的醋酸中，获得浓度为200-400mg/L的壳聚糖醋酸溶液，并将获得的壳聚糖醋酸溶液置于40-50℃恒温水浴4-6h，在搅拌的条件下向壳聚糖醋酸溶液中逐滴加入浓度为5-6%的过氧化氢溶液，获得混合溶液，并且所加入的过氧化氢溶液的体积与醋酸的体积之间的比值为3:10，然后将混合溶液的pH值调节为中性，并使之沉淀，将所得的沉淀用去离子水反复洗涤后，并用无水乙醇使之降低脱水，并在40℃条件下烘干，获得壳聚糖样品。

取壳聚糖样品将其溶解在浓度为1-3%的醋酸中，获得浓度为2mg/ml的中间溶液，调节中间溶液的pH值至5.5-6.5，向中间溶液中加入细胞分裂素，所加入的细胞分裂素的质量为壳聚糖质量的0.025-0.07倍，然后向中间溶液中逐滴加入浓度为0.5-1mg/ml三聚磷酸钠溶液，并在2000r/min的条件下磁力搅拌20-30min，在超声工作频率为80KHz、超声电功率为500W、且冰浴的条件下脉冲超声震荡15-30min，获得交联并分散均匀的壳聚糖纳米微球悬浊液，即吸附重金属纳米植物生长调节剂。

实施例1：

取3.0g壳聚糖分散在100ml3%的醋酸溶液中，获得壳聚糖醋酸溶液，将其置于45℃恒温水浴，在搅拌条件下逐滴加入30ml6%的过氧化氢溶液，获得混合溶液，6小时后，取100ml的混合溶液，用10mol/L的氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH值为中性，并使之沉淀，将所得沉淀用去离子水反复洗涤，再用无水乙醇使之脱水，40℃烘干，获得壳聚糖样品。

取200mg的壳聚糖样品，将其溶解于100ml1%的醋酸溶液中，使形成浓度为2mg/ml的中间溶液，然后用10mol/L的氢氧化钠调节中间溶液的pH值5.5~6.5，取6mg的细胞分裂素，溶于经上述处理后的中间溶液中，在常温下、2000r/min进行磁力搅拌，并逐滴加入1mg/mL三聚磷酸钠溶液。磁力搅拌的时间以30min最宜。

在冰浴条件下脉冲超声20min，超声工作频率为80KHz、超声电功率为500W，得到交联并分散均匀的复合纳米微球，其颗粒直径为300~500nm。

由壳聚糖和细胞分裂素所组成的复合原剂与利用本发明所述方法制备的纳米调节剂相比，其吸附锌离子性能的比较。

为了能更好的突出纳米壳聚糖对金属离子良好的吸附性能，在同一条件下对纳米调节剂与原剂的吸附性能加以比较。20℃时，取pH=6.0，浓度为100mg/L的Zn²⁺溶液10mL，加入40mL浓度为2mg/mL的原剂溶液和纳米调节剂溶液进行吸附120min，考察两种吸附剂对Zn²⁺的吸附情况。见表1

表1原剂和纳米调节剂吸附Zn²⁺的比较

试剂	溶液pH	吸附时间（min）	吸附容量（mg/g）	吸附率（％）
					原剂	6	120	80.4	89.3
纳米调节剂	6	120	89.9	96.7

从表1可以看出，纳米调节剂可以更好的吸附水中的Zn²⁺，其吸附率明显优于原剂。

纳米调节剂对锌胁迫下小麦种子萌发及幼苗生长的影响。

用电子天平称取实施例1的纳米调节剂溶液200mg，溶于100ml1%的醋酸溶液中，调节pH值，并加入6mg细胞分裂素，磁力搅拌至其溶解，取适量溶液同样稀释到5ppm、10ppm、15ppm、20ppm，用其溶液浸种12小时，然后转移到培养皿当中。小麦种子事先用0.5%的HgCl₂消毒，在1mg/ml的锌标准溶液下浸种12小时。结果如表2、表3所示。

表2不同浓度的原剂及纳米调节剂浸种对Zn胁迫下小麦种子萌发的影响

表2不同浓度的原剂及纳米调节剂浸种对Zn胁迫下小麦种子萌发的影响

表3不同浓度的原剂及纳米调节剂浸种对Zn胁迫下小麦种子株高和根长的影响

注：幼苗的株高是培养5天后测量；根长也是培养5天后测量

实验结论：从表2看实施例中不同浓度的纳米调节剂作用于小麦种子，对小麦种子的萌发率影响较小，不过纳米调节剂优于原剂，当纳米调节剂浓度为10ppm时，对小麦种子的萌发和芽的生长的促进效果最明显；从表3看，用纳米调节剂溶液浸种，其幼苗的株高、根长均优于经过原溶液处理的，且15ppm促进根生长最明显。而在不加纳米调节剂的小麦种子中，在锌的胁迫下表现出对根的抑制，而且，种苗萌发率低。

Claims (1)

1.一种吸附重金属纳米植物生长调节剂的制备方法，其特征在于：所述的方法按照以下步骤进行：

a.取壳聚糖溶于浓度为1-3%的醋酸中，获得浓度为200-400mg/L的壳聚糖醋酸溶液，将其置于40-50℃恒温水浴，在搅拌的条件下向其内逐滴加入浓度为5-6%的过氧化氢溶液获得混合溶液，所加入的过氧化氢溶液的体积与醋酸的体积之间的比值为3:10，反应4-6h后将混合溶液的pH值调节为中性，并使之沉淀，将所得的沉淀用去离子水反复洗涤，并将其脱水、烘干，获得壳聚糖样品，

b.取壳聚糖样品将其溶解在浓度为1-3%的醋酸中，获得浓度为2mg/ml的中间溶液，调节中间溶液的pH值至5.5-6.5，向中间溶液中加入细胞分裂素，细胞分裂素为本步骤中所使用壳聚糖样品质量的0.025-0.07倍，然后向中间溶液中逐滴加入浓度为0.5-1mg/ml三聚磷酸钠溶液，所加入的三聚磷酸钠溶液的体积为中间溶液体积的0.2-0.4倍，并在2000r/min的条件下磁力搅拌20-30min，在超声工作频率为80KHz、超声电功率为500W、且冰浴的条件下脉冲超声震荡15-30min，获得壳聚糖纳米微球悬浊液，即吸附重金属纳米植物生长调节剂。