CN104114028B

CN104114028B - 植物营养物包覆的纳米颗粒及其制备和使用方法

Info

Publication number: CN104114028B
Application number: CN201280069826.2A
Authority: CN
Inventors: N·德布
Original assignee: University of Calcutta
Current assignee: University of Calcutta
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2017-09-22
Anticipated expiration: 2032-08-07
Also published as: AU2016202162A1; US20130219979A1; US20160318820A1; CN104114028A; US10196319B2; AU2012369910A1; US9359265B2; AU2016202162B2; WO2013121244A1; AU2012369910B2

Abstract

本文描述的实施方案提供了具有包覆在金属纳米颗粒上的至少一种植物营养物的纳米肥料。一些实施方案提供了制备纳米肥料的方法，所述方法包括提供金属纳米颗粒和利用至少一种植物营养物或其前体包覆所述金属纳米颗粒。在一些实施方案中，制备纳米肥料的方法可包括将金属盐与植物营养物在含水介质中混合以形成溶液，并将还原剂添加到所述溶液以形成包覆的金属纳米颗粒。一些实施方案提供了硼纳米肥料及其制备方法。一些实施方案提供了处理植物营养物缺乏诸如硼缺乏的方法。一些实施方案提供了制备植物营养物包覆的纳米颗粒的试剂盒。

Description

植物营养物包覆的纳米颗粒及其制备和使用方法

背景技术

植物需要某些必需营养物以行使正常功能和生长。在行使正常功能和生长所需的营养物水平之外，可能由于缺乏或毒性而导致整体的作物生长和健康下降。当未获得满足培育植物所需的足够量的必需营养物时，发生营养物缺乏。当营养物超过植物所需时发生毒性，并降低植物生长或质量。

植物营养物分为两类：大量营养物，其以较大的量来消耗，且可占植物组织以干物质重量计从约0.2％至约4.0％；和微量营养物，其以较小的量来消耗，且范围可从约每百万(ppm)5份至约200ppm或小于约0.2％干重。大量营养物包括碳、氢、氧、磷、钾、氮、硫、钙、镁和硅。微量营养物包括铁、钼、硼、铜、锰、钠、锌、镍、氯、硒、钒和钴。

植物通过根部吸收营养物存在三个基本途径：(1)简单扩散，其中非极性分子诸如，例如在不使用转运蛋白的情况下，沿浓度梯度的O₂、CO₂和NH₃可被动地移动通过脂质双层膜；(2)协助扩散，其中沿浓度梯度的溶质或铁由转运蛋白协助而快速移动；(3)主动转运，其中逆浓度梯度的铁或分子的主动转运需要能量来源将铁或分子泵送通过膜，所述能量来源通常为ATP。

然而，并非所有的植物营养物皆为运动的。例如，通常认为硼是在韧皮部固定不动的，且仅在高等植物中具有有限的韧皮部运动。硼从植物细胞的外部运动到植物细胞的内部通常涉及硼多元醇复合物的调节。然而，在高等植物中，多元醇化合物可能并不充足或可能完全不存在。因此，在大部分商业化的农田作物和园艺作物(其缺乏多元醇)中，硼的运动被限制且硼施肥受到限制。因此，在植物中需要营养物更易运动且更有效的施肥方法。

概述

本申请中描述的一些实施方案涉及纳米肥料，所述纳米肥料包括包覆在金属纳米颗粒上的至少一种植物营养物。在一些实施方案中，至少一种植物营养物包括氮、磷、钾、钙、硫、镁、硼、铜、铁、氯、锰、钼、锌，及其前体或其组合。在一些实施方案中，至少一种植物营养物包括硼、硼酸、四水八硼酸二钠、硼酸钙、硼酸镁、硼硅酸钠、十水四硼酸钠、硼酸钠、四硼酸钠、四硼酸二钠或其组合。在一些实施方案中，金属纳米颗粒包括金、银、铜、铝、镍、铬、铁、钴、锡、钛、硅、锌、铅、钯、铂、钌、铑、钽、钨、其合金或其组合。

本申请中描述的一些实施方案涉及制备纳米肥料的方法，其包括提供金属纳米颗粒；和利用至少一种植物营养物或植物营养物前体包覆金属纳米颗粒。在一些实施方案中，提供金属纳米颗粒包括通过盐还原合成、反转胶粒化过程、微波电介质加热还原、超声辐射、辐射分解、溶剂热合成、生物还原、热蒸发、光化学还原、电化学合成，或其组合形成金属纳米颗粒。

本申请中描述的一些实施方案涉及制备纳米肥料的方法，所述纳米肥料包括将金属盐和植物营养物在含水介质中混合以形成溶液；和向所述溶液中添加还原剂以形成包覆的金属纳米颗粒。在一些实施方案中，还原剂以滴加方式添加到溶液中。在一些实施方案中，还原剂包括柠檬酸钠、硼氢化钠、氢醌、乙二醇、甲醛、乙醇、羟基自由基、糖热解自由基、水合肼、糖化物、N，N-二甲基甲酰胺或其组合。

在一些实施方案中，方法还包括在添加还原剂之前加热溶液。可将溶液加热至约70℃至约110℃的温度。在一些实施方案中，方法还包括在添加还原剂之后将稳定剂添加到溶液中。稳定剂可包括聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、长链硫醇、长链胺类、羧基化合物、牛血清白蛋白、柠檬酸盐、纤维素，或其组合。

本申请中描述的一些实施方案涉及制备硼纳米肥料的方法，该方法包括将硝酸银和硼酸添加到含水介质以形成溶液；和将还原剂添加到所述溶液以形成硼酸包覆的银纳米颗粒。在一些实施方案中，所述还原剂包括柠檬酸钠。在一些实施方案中，所述含水介质包括水。

本申请中描述的一些实施方案涉及用于处理植物中的硼缺乏的方法，所述方法包括将包覆硼或其前体的金属纳米颗粒施用于植物。在一些实施方案中，所述包覆的金属纳米颗粒作为喷雾、水培法、气栽法、种子处理、种苗浸根、土壤施肥、组织培养的营养物、体外培养的营养物、与灌溉水联合应用，或其组合。包覆的金属纳米颗粒可以有效处理硼缺乏的量来施用。包覆的金属纳米颗粒可以不引起硼毒性的量来施用。

本申请中描述的一些实施方案涉及用于制备包覆植物营养物的金属纳米颗粒的试剂盒，所述试剂盒包括金属盐；植物营养物；和还原剂。所述试剂盒还包括含水介质。在一些实施方案中，，所述试剂盒还包括递送装置已将所述植物营养物包覆的金属纳米颗粒递送至植物。在一些实施方案中，所述递送装置是喷雾装置。

前述的概述仅是示例性的，且并不意在限制。除以上所描述的示例性方面、实施方案和特征之外，另外的方面、实施方案和特征将通过参照附图和以下的详细描述而变得明显。

附图简述

图1示出了在从银纳米颗粒的表面释放硼酸的不同阶段，硼酸包覆的银纳米颗粒的透射电镜图像。

图2示出了如下的相差显微镜的图像：在不同的阶段，(a)硼酸包覆的银纳米颗粒通过叶表皮吸收；(b)、(c)、(d)、(e)、(f)硼酸包覆的银纳米颗粒通过维管束的转运。

图3示出了硼酸包覆的银(Ag-B)核-壳纳米颗粒渗透穿过叶角质层、气孔和马铃薯叶。

图4示出了Ag-B纳米颗粒处理的叶(左——深绿色)和大分子硼酸处理的叶(右——较浅绿色)之间的比较。

图5示出了不同的处理中的Ag-B纳米肥料浓度和大分子硼酸浓度。

图6示出了利用Ag-B纳米肥料喷雾的(左)不同生长阶段的叶中的硼浓度，和不同生长阶段过程中叶和茎(仅根上1cm)中的硼(右)。

图7示出了在所有处理下在块茎中发现的痕量的硼(＜2ppm)。

图8示出了在喷雾Ag-B纳米肥料之后15和30天测量的马铃薯叶中的叶绿素a和叶绿素b含量。

图9示出了在不同浓度的Ag-B纳米肥料下的总植物重量(地上部分)、总块茎产量和总马铃薯生物质(qha＝100磅/公顷)。

图10示出了Ag-B处理的马铃薯植物的每100g鲜重的块茎的干重，叶和茎的灰分含量(百分比)。

图11示出了在冷藏30天之后，对于马铃薯块茎的淀粉、可溶性糖、还原糖含量的生化分析。

图12示出了通过十二烷基磺酸钠(SDS)(左)和包覆硼酸的银纳米颗粒的溶液(右)稳定的银纳米颗粒的溶液。

图13示出了(a)通过SDS稳定的银纳米颗粒和(b)Ag-B纳米颗粒的UV-VIS谱。

图14示出了利用十二烷基磺酸钠(SDS)(上)和Ag-B纳米颗粒(下)稳定的银纳米颗粒的透射电子显微镜图像。

图15示出了来自Zeta分析仪的Ag-B NP的粒径分布。

图16示出了利用Ag-B纳米颗粒喷雾的马铃薯叶(左)和利用大分子硼酸喷雾的叶(右)。

详述

在下面的详细描述中，参考了作为本文件的部分的附图。在附图中，相似的符号通常标示相似的组分，除非上下文另有说明。详细描述、附图以及权利要求书中的示例性实施方案，并非表示限制性的。在不背离本发明主题实质和范围的情况下，可以利用其他实施方案，并且可以进行其他改变。将易于理解的是，可以多种不同的构型对如本申请中所概述的和附图中所示出的本公开内容的方面进行整理、置换、组合、分离和设计。

一些实施方案涉及包覆有植物营养物的金属纳米颗粒，和制备和使用所述纳米颗粒的方法。纳米颗粒能够渗透活的植物组织并迁移至植物的不同区域。将该纳米颗粒用于纳米施肥可将植物营养物转运至植物细胞质膜，而不需要任何另外的能量，且表现出无植物毒性。包覆的金属纳米颗粒可能够转运通过植物膜系统而不需要复杂的多糖的介导和来自植物的ATP能量。包覆的金属纳米颗粒可在精耕农业中、温室农业中用作叶面喷雾、种子处理、浸根、土壤施肥，与灌溉水联合应用，以及在用于植物的微繁殖和再生的组织培养或任何体外介质中作为植物营养物。

本申请中公开的一些实施方案涉及纳米肥料，所述纳米肥料包括至少一种包覆在金属纳米颗粒上的植物营养物。该纳米肥料可在含水溶液中。由于高表面积与体积比，所述纳米肥料的有效性可能超越最新的聚合物包覆的常规肥料，所述常规肥料在过去10年中几乎无改良。

一些实施方案涉及制备纳米肥料的方法，所述方法包括步骤：提供金属纳米颗粒和利用一种植物营养物或其前体包覆金属纳米颗粒。提供所述金属纳米颗粒可包括通过盐还原合成、反转胶粒化过程、微波电介质加热还原、超声辐射、辐射分解、溶剂热合成、生物还原、热蒸发、光化学还原、电化学合成，或其组合来形成所述金属纳米颗粒。

本文所描述的实施方案中的至少一种植物营养物包括氮、磷、钾、钙、硫、镁、硼、铜、铁、氯、锰、钼、锌，及其前体或其组合。在一些实施方案中，植物营养物可以是硼、硼酸、四水八硼酸二钠、硼酸钙、硼酸镁、硼硅酸钠、十水四硼酸钠、硼酸钠、四硼酸钠、四硼酸二钠或其组合。在一些实施方案中，植物营养物可包括石灰、石膏、过磷酸钙、硫酸亚铁、铁螯合物、铁蛋白、氧化锌、硫酸锌、锌螯合物、硝酸钾、硝酸钙、硝酸镁、磷酸二氢铵、硫酸铵、硫酸镁、磷酸二氢钾、碳酸钙、硝酸硫酸铵、硫代硫酸铵、氨水、钙氰胺、亚丁烯二脲、双氰胺、异丁基二脲、硝酸钠、碳酸钾、氯化钾、硫酸钾镁、偏磷酸钾、硫酸钾、氯化钙、氧化钙、方解石石灰岩、白云石石灰石、磷酸铵镁、氧化镁、氧化铜螯合物、磷酸铵铜、硫酸铜、铜熔料(copperfrits)、聚黄酮铜(copper polyflavonoid)、孔雀石、蓝铜矿、氧化亚铜、氧化铜、乙酸铜、硼酸、四硼酸钠、四硼酸钠十水合物、硼熔料、硼硅酸钠、硼酸钙、硼酸镁、硼酸钠、四水合八硼酸二钠、四硼酸二钠、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、磷酸亚铁铵、草酸亚铁、碳酸亚铁、铁螯合物、木质素磺酸铁、聚黄酮铁(iron polyflavonoid)、铁熔料、甲氧基苯基铁丙烷、氧化亚铁、氧化铁、多磷酸铵铁、氧化锰、甲氧基苯基锰丙烷、锰熔料、氯化锰、碳酸锰、硫酸锰、锰螯合物、磷酸铵锰、聚黄酮锰、钼酸铵、钼酸钠、钼熔料、三氧化钼、硫化钼、锌熔料、碳酸锌、磷酸锌、磷酸铵锌、硫化锌、木质素磺酸锌、聚黄酮锌，或其组合。

在一些实施方案中，金属纳米颗粒可包括金、银、铜、铝、镍、铬、铁、钴、锡、钛、硅、锌、铅、钯、铂、钌、铑、钽、钨、其合金或其组合。在特定的实施方案中，纳米颗粒可以是银。在一些实施方案中，纳米颗粒可以是铜。在一些实施方案中，纳米颗粒可以是金。在一些实施方案中，纳米颗粒可包括约1nm至约100nm的尺寸。

本申请中所描述的一些实施方案提供了硼纳米颗粒，所述硼纳米颗粒包括包覆在金属纳米颗粒上的硼或其前体。硼是在植物和动物中的多种代谢和生化活性中起重要作用的元素。据认为硼参与核酸代谢、碳水化合物和蛋白代谢、吲哚乙酸代谢、细胞壁合成、细胞壁结构、膜完整性和功能，和苯酚代谢；然而，这些作用的分子基础大多未知。

据认为本文的实施方案的硼酸纳米颗粒可被转运通过植物细胞质膜，而无需任何另外的能量，且表现出无植物毒性。硼酸是包含3∶1∶3比例的硼、氢和氧的化合物。

与常规的大分子尺寸的(微米级)硼酸或硼砂肥料(Borax)(“大分子硼酸”)相比较，本文实施方案的硼纳米肥料(纳米级)显示了作物产量的显著提高(提高的生物质、马铃薯块茎产量和植物重量)和作物品质(较少的还原糖和提高的淀粉含量)。因此，实施方案中所描述的硼纳米肥料的一个益处可为极低的成本和高效率。本文所描述的一些实施方案通过向植物施用硼酸纳米颗粒提供了高效的纳米施肥的方式。从本文实施方案的金属纳米颗粒的表面释放的纳米尺寸的硼酸可以是高效的硼肥料。本文所描述的硼包覆的金属纳米颗粒的其他益处包括，植物中增加的硼含量，其导致增加的叶绿素含量、增加的叶的数量、增加的总生物质、增加的总产量和降低的可溶性糖和还原糖。

一些实施方案涉及制备纳米肥料的方法，所述方法包括步骤：将金属盐和植物营养物混合在含水介质中以形成溶液；和将还原剂添加到所述溶液以形成包覆的金属纳米颗粒。在一些实施方案中，可以滴加的方式将所述还原剂添加到所述溶液中。

在一些实施方案中，所述金属盐包括选自以下的金属：金、银、铜、铝、镍、铬、铁、钴、锡、钛、硅、锌、铅、钯、铂、钌、铑、钽、钨、其合金或其组合。在一些实施方案中，所述金属盐包括选自以下的盐：氯化物、氟化物、乙酸盐、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、亚硝酸盐、柠檬酸盐、氰化物、氢氧化物、氧化物、磷酸盐、或其组合。在一些实施方案中，盐可以是硝酸银。在一些实施方案中，盐可以是硫酸铜。在一些实施方案中，盐可以是氯化金。在一些实施方案中，含水介质可以是水。

在一些实施方案中，还原剂包括柠檬酸钠、硼氢化钠、氢醌、乙二醇、甲醛、乙醇、羟基自由基、糖热解自由基、水合肼、糖化物、N，N-二甲基甲酰胺或其组合。在一些实施方案中，还原剂可以是柠檬酸钠。在一些实施方案中，还原剂可以是硼氢化钠。

可在添加还原剂之前加热溶液。在一些实施方案中，在添加还原剂之前，可进一步将溶液加热到约70℃至约110℃的温度。在实施方案中，可将溶液加热到约70℃至约100℃、约70℃至约95℃、约70℃至约90℃、约70℃至约85℃、约75℃至约110℃、约75℃至约100℃、约75℃至约95℃、约75℃至约90℃、约75℃至约85℃、约80℃至约110℃、约80℃至约100℃、约80℃至约95℃、约80℃至约90℃、约80℃至约85℃，其组合或类似的温度。特定的实例包括约70℃、约75℃、约80℃、约85℃、约90℃、约95℃、约100℃和这些值中任意两个之间的范围。

在一些实施方案中，可在添加还原剂之后将稳定剂添加到溶液。稳定剂可包括聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、长链硫醇、长链胺类、羧基化合物、牛血清白蛋白、柠檬酸盐、纤维素，或其组合。

本文件的一些实施方案提供了硼酸包覆的金属核壳纳米颗粒(NP)的合成、其递送到植物中，和通过非介导的转运穿过质膜而灵活摄入到细胞中且不产生多元醇复合物。据认为在硼酸的溶液中与多元醇一起形成了两种类型的化合物。参见Raven JA(1980)Short-and longdistance transport of boric acid in plants，New Phytologist84：231-249，和Rowe RI，Eckhert CD(1999)Boron is required for zebrafish embryogenesis，J ExpBot202：1649-1654。如图4中所见，金属纳米颗粒(左侧)作为催化剂起作用用于纳米制备的植物营养物跨越细胞膜的运动。

一些实施方案提供了制备硼纳米肥料的方法，所述方法包括将金属盐和硼酸添加到含水介质以形成溶液；和将还原剂添加到溶液以形成硼酸包覆的金属纳米颗粒。

在一些实施方案中，必需植物营养物肥料的纳米制备及其应用方法可以非常低的剂量来获得。在一些实施方案中，纳米肥料中的硼的浓度可以为常规大分子硼酸溶液的硼浓度的约1/100000或更小，且可导致马铃薯块茎产量的多至111％增加。在一些实施方案中，纳米肥料中的硼浓度可以为约0.001ppm至约2.0ppm、约0.001ppm至约1.5ppm、0.001ppm至约1.0ppm、0.001ppm至约0.5ppm、0.001ppm至约0.1ppm、0.001ppm至约0.05ppm、约0.01ppm至约2.0ppm、约0.01ppm至约1.5ppm、约0.01ppm至约1.0ppm、0.01ppm至约0.5ppm、0.01ppm至约0.1ppm、0.01ppm至约0.05ppm，或其组合或类似的浓度。纳米肥料中的硼浓度的特定的实例，非限制地，可包括约0.062ppm、约0.0465ppm、约0.0300ppm、约0.0248ppm、约0.0186ppm、约0.0124ppm、约0.0062ppm，以及这些值的任何两个之间的范围。

本文件的一些实施方案提供了处理植物营养物缺乏的方法。在一些实施方案中，所述方法包括将利用至少一种植物营养物或其前体包覆的金属纳米颗粒施用于植物。在一些实施方案中，包覆的金属纳米颗粒以其有效处理植物营养物缺乏而不导致毒性的量来施用。

在一些实施方案中，包覆的金属纳米颗粒可以作为喷雾、水培法、气栽法、种子处理、种苗浸根、土壤施肥、组织培养、体外培养、与灌溉水联合应用，或其组合。在一些实施方案中，包覆的金属纳米颗粒作为叶面喷雾。

一些实施方案涉及用于制备植物营养物包覆的金属纳米颗粒的试剂盒，所述试剂盒包括金属盐、植物营养物和还原剂。植物营养物包覆的纳米颗粒可以在含水介质中。在一些实施方案中，试剂盒可进一步包括用于将植物包覆的金属纳米颗粒递送到植物的递送装置。在一些实施方案中，递送装置是喷雾装置。

实施例1：利用柠檬酸钠作为还原剂制备硼酸包覆的纳米颗粒肥料

通过还原合成方法在含水介质中制备银-硼酸纳米结构。制备了100mM AgNO₃和100mM硼酸(H₃Bo₃)贮存液和2％w/v二元柠檬酸酸钠溶液；以100ml Erlenmeyer烧瓶取50ml双蒸水，且在近沸点～80℃下加热并搅拌。向其添加500μl的100mM AgNO₃，并加热至80℃，搅拌近1分钟。然后向其添加500μl的100mM硼酸溶液。加热该溶液并搅拌2分钟。然后将2％w/v柠檬酸钠滴加到该溶液。加热该溶液直至发生明显的颜色改变(浅黄色)。

然后降低温度，并搅拌溶液50分钟至室温。将所制备的透明的、浅黄色的溶液保存在冷藏库中以用于通过UV-VIS分光光度计(图13)、Zeta分析仪(图15)、透射电子显微镜(TEM)(图14)进行进一步鉴定。如图14中所示，Ag-B纳米颗粒的TEM图像显示了硼酸的明显包覆。

如图1中所示，透射电子显微镜图像示出了释放的速率取决于不同的因素：合成过程中作为包覆剂的硼酸的浓度、总时间和温度。在喷雾到叶上24-48小时之后硼酸开始释放。在正常温度条件下，包覆的纳米颗粒可贮藏至少几个月。

如图2中所示，示出了相差显微镜图像，据认为所递送的纳米制备的硼营养物通过渗出而非扩散来转运穿过植物细胞质膜，不需能量或需极少能量。硼是必需植物营养物，但其在植物中的运动很大程度上未得到解决——虽然已知一些植物是硼运动的，还有一些是极度固定的，导致严重的硼缺乏失调。据认为硼酸包覆的银纳米颗粒(尺寸10-1000nm)能够易于转运穿过植物膜系统而无大分子硼酸处理所需的复杂多糖介导。图3和4示出了非极性营养物纳米颗粒转运穿过植物质膜而无需来自细胞中的ATP的能量的方式。图3示出了硼酸包覆的银核壳纳米颗粒渗透穿过马铃薯植物的叶表皮、气孔。图4示出了硼酸包覆的银(左侧)纳米颗粒(其无需多元醇介导)和大分子硼酸(右侧)(其在不与甘露糖醇复合的情况下无法进入细胞)的膜转运的差异。据认为金属纳米颗粒作为催化剂用于纳米制备的植物营养物跨越植物细胞膜的运动。如图4中所示，与喷雾到马铃薯叶上的大分子硼酸(6.2×10³ppm浓度硼酸)(右)相比较，利用Ag-B纳米颗粒(0.062ppm浓度的纳米硼酸处理)处理的马铃薯叶(左)。图4清楚地显示了比大分子硼酸低100,000倍浓度的纳米硼酸具有更高的效率。(还参见图8关于不同处理下的叶绿素浓度)。

实施例2：利用硼氢化钠作为还原剂制备硼酸包覆的纳米颗粒肥料

通过还原合成方法在含水培养基中制备银-硼酸纳米结构。将500μl的100mMAgNO₃添加到50ml双蒸水，并加热至80℃，搅拌近1分钟。然后向其添加500μl的100mM硼酸溶液。加热该溶液并搅拌2分钟。将0.75M硼氢化钠滴加到溶液。加热溶液直至发生明显的颜色改变(淡黄色)。然后将温度降低，并搅拌溶液50分钟至室温。发现硼氢化钠还原的Ag-B对处理的水稻植物显示无毒性(数据未示出)。

实施例3：由于硼酸纳米颗粒的应用而提高的作物生产率

将硼酸包覆的银纳米颗粒(Ag-B NP)作为叶面喷雾应用于马铃薯作物，且在喷雾后45天评价马铃薯(Solanum tuberosum)作物的生长属性，产量成分和质量参数。还评价了硼酸(BA)大分子颗粒喷雾(0.62％w/v)，其含有约6.2×10³ppm BA，和含有0.062ppm、0.0465ppm、0.0300ppm、0.0248ppm、0.0186ppm、0.0124ppm、0.0062ppm的硼酸的不同浓度的Ag-B纳米颗粒(纳米肥料)(参见以下表1)。图5示出了不同的Ag-B纳米肥料处理(T1-T7)以及大分子硼酸浓度(T8)、银纳米颗粒(T9)和对照(T10)中的不同的硼酸浓度。银纳米颗粒上包覆的可移动的硼酸最终从银纳米颗粒的表面释放到植物组织内部，且硼酸可作为纳米营养物获得而直接渗透进入细胞膜且不产生硼-多元醇复合物。

硼酸包覆的银纳米颗粒对生长参数如植物高度、叶数目、叶绿素含量、总生物质、干物质累积、鲜重、块茎产量，以及品质参数如可溶性糖和还原糖的降低、淀粉和块茎灰分百分比随纳米肥料浓度的增加具有显著影响。如图6所示，当利用Ag-B纳米肥料喷雾时，与大分子硼酸(T8)相比较，叶和块茎中的硼浓度显著提高了。喷雾溶液中的硼浓度比纳米肥料中的硼浓度高100,000倍。喷雾在叶子上的Ag-B纳米肥料浓度从叶转运到茎和幼叶。在15天喷雾中，近80％的硼从叶转运到其他部分。在喷雾30天之后，在叶中发现痕量的硼，但发现90％的硼积存于茎的基部(根层位以上1cm)。因此，茎中的硼浓度随叶中硼浓度的逐渐下降而增高(图6中比较了30天时叶和茎中的硼浓度)。如图7所示，在全部处理下，在马铃薯块茎中发现了痕量的硼(＜2ppm)。

如图8中所示，在生长的两个阶段(15天和30天)Ag-B纳米肥料处理的叶中的叶绿素a含量增高了，但大分子硼酸(T8)与未处理的几乎一样。最显著的是，Ag-B纳米肥料喷雾随纳米肥料的用量的增高而具有降低的叶绿素b含量。如图9中所示，其清楚地显示了纳米肥料的应用提高了总植物重量(地上)、块茎产量和总生物质。大分子硼酸(图9中的柱T8)几乎与对照(无喷雾)一样。相似地，SDS稳定的银纳米颗粒可能对以上参数无作用。利用Ag-B纳米肥料处理，所有测量的植物生长参数，产量属性和品质参数显著更好。并且，如图16中所见，利用Ag-B纳米肥料喷雾的马铃薯叶(左)显示了深绿色的、肉质的波纹形的叶，相较于大分子硼酸喷雾的马铃薯叶(右)，其显示了浅绿色的叶。如图10所示，当确定了每100gm鲜重块茎的干重，Ag-B纳米肥料处理的马铃薯植物的叶和茎的灰分含量，确定了最大块茎干重分别见于T1和T2。参见图11，在冷藏30天之后，对于马铃薯块茎的淀粉、可溶性糖、还原糖含量的生化分析显示了Ag-B纳米肥料处理的马铃薯样品(仅T1)中的高淀粉和低还原糖。，而其他所有处理都是等效的。然而，在所有纳米肥料处理的样品中淀粉含量增加了。

利用十二烷基磺酸钠作为稳定剂合成了银纳米颗粒，在应用其他处理时，也将其喷雾到作物叶上(T9)，但对于包覆SDS的银纳米颗粒无可检测的应答。因此，据认为，由于纳米肥料产生的所有作用均归因于硼酸。如图12中所示，包覆硼酸的Ag纳米颗粒的颜色为淡黄色(图12的右侧)和与通过SDS(十二烷基磺酸钠，图12的左侧)稳定的Ag纳米颗粒相比较浅的颜色。如以上所呈现的数据显示的，所提出的Ag-B纳米肥料是独特的，其将所得作物的产量提高了至少100倍，并改良了农产品的质量(较少的还原糖和增加的淀粉含量)。

实施例4：利用硫酸铜作为金属盐制备硼酸包覆的纳米颗粒肥料

通过还原合成方法在含水介质中制备铜-硼酸(Cu-B)纳米结构。在室温下将CuSO₄添加到硼氢化钠，并通过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)稳定以合成Cu-B纳米颗粒。

在水稻的开花期将Cu-B纳米颗粒喷雾到叶面上。记录了处理的植物的圆锥花序重量、谷粒数目和谷粒重量。Cu-B处理的植物比对照产生了更高的水稻产量(数据未示出)。然而，据认为因为铜也是植物的微量元素，结果可能是铜和硼的加性效应。

实施例5：利用氯化金作为金属盐制备硼酸包覆的纳米肥料

通过还原合成方法在含水介质中制备了金-硼酸(Au-B)纳米结构。在含水介质中加热氯化金(Au₂Cl₆)并将其添加到硼氢化钠。通过添加聚乙二醇(PEG)稳定反应来合成Au-B纳米颗粒。

本公开内容不受本申请中所描述的意在作为不同的方面的阐释的特定实施方案所限制。如将对本领域技术人员明显的是，所可作出许多修改和变化而不脱离其精神和范围。除了本文所列举的那些，公开内容范围内的来自先前的描述中的功能上等效的方法和装置对于本领域技术人员将是明显的。这样的更改和变化意在落入所附权利要求的范围中。本公开内容仅通过所附权利要求以及所述权利要求所保护的全部范围的等效方式来限定。应理解本公开内容不限于特定的方法、试剂、化合物、组合物或生物系统，这些是可以不同的。还应理解的是，本文所用的术语仅用于描述特定的实施方案的目的，并不意在被限制。

关于本申请中基本上任何复数和/或单数的术语的使用，本领域技术人员可视文中和/或申请的适用情况将复数解释为单数和/或将单数解释为复数。不同的单数/复数变换可在本申请中明确列出以清楚明白。

将被本领域技术人员理解的是，通常，本申请中，尤其是所附权利要求中(例如，所附权利要求的正文)所用的术语，通常为“开放式”术语(例如，术语“包括(including)”应理解为“包括(including)但不限于”，术语“具有”应理解为“具有至少”，术语“包括(includes)”应理解为“包括(includes)但不限于”等。)将被本领域技术人员理解的是，若引入的权利要求陈述意在表达特定的数目，则权利要求将明确地陈述该意图，且不存在这样的陈述时，则该意图不存在。例如，为帮助理解，以下所附权利要求可能包含介绍性的短语“至少一个”和“一个或多个”以引出权利要求陈述。然而，这样的词语的应用并不应被解释为暗示了通过不定冠词“一”、“一个”导入的权利要求陈述将包含该引出的权利要求的任何特定权利要求限制于仅包含一个这样的陈述的实施方案，甚至当相同的权利要求包括介绍性词语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词诸如“一”、“一个”(例如，“一”和/或“一个”应被理解意为“至少一个”或“一个或多个”)；相同的含义应用于用来引出权利要求陈述的定冠词的使用。此外，即使引出的权利要求陈述的特定数目明白列出，本领域技术人员将意识到，该陈述应被理解为至少所述的数目(例如，仅“两个陈述”的陈述，在无其他修改的情况下，意为至少两个陈述，或两个或多个陈述)。并且，在这些实例中，当使用“A、B和C等中的至少一个”的常规用法时，通常意在表示本领域技术人员将理解的常规用法(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于以下系统：单独具有A、单独具有B、单独具有C、A和B一起、A和C一起、B和C一起，和/或A、B和C一起，等)。还将为本领域技术人员进一步理解的是，事实上呈现两个或多个可选的术语的任何分离的词和/或词语，无论是在说明书、权利要求书或附图中，应理解为考虑包括该术语中之一、任一该术语或该术语的全部的可能性。例如，词语“A或B”将理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。

此外，本公开内容中以马库什组(Markush group)描述的特征或方面，本领域技术人员将意识到，公开内容还以马库什组的任何单独的成员或成员的亚组来描述。

如将被本领域技术人员所理解的，为了任何和全部目的，比如为提供书面说明书，本申请所公开的所有范围还包括所有可能的子范围和其子范围的组合。当充分描述并使相同的范围被分为至少相等的两份、三份、四份、五份、十份等时，任何所列的范围可被容易地识别。作为非限制性的例子，本文所描述每个范围可被容易地分为下三分之一、中三分之一和上三分之一等。如将被本领域技术人员所理解的是，诸如“达到”、“至少”和类似的所有语言包括所引用的数目，并指随后可如以上所讨论的被分为子范围的范围。最后，如将本领域技术人员所理解的是，范围包括每个单独的成员。因此，例如，具有1-3个原子的基团指具有1个、2个或3个原子的基团。相似地，具有1-5个原子的基团指具有1个、2个、3个、4个或5个原子的基团，以及等等相似情况。

基于上述说明，将理解的是本公开内容的不同的实施方案在本申请中被描述以用于阐释的目的，且可作出不同的修改而不脱离本公开内容的精神和范围。因此，本申请的中公开的不同的实施方案不意在限制，而真正的范围和精神将通过以下的权利要求来显示。

Claims

1.纳米肥料，包括包覆有硼酸的金属纳米颗粒，其中所述纳米颗粒选自金、银、铜、铝、镍、铬、铁、钴、锡、钛、锌、铅、钯、铂、钌、铑、钽、钨、其合金或其组合，

其中所述纳米肥料通过下述方法制备，所述方法包括：

将金属盐和硼酸添加到含水介质以形成溶液，其中所述金属盐是选自金、银、铜、铝、镍、铬、铁、钴、锡、钛、锌、铅、钯、铂、钌、铑、钽、钨、其合金或其组合的金属盐；和

将还原剂添加到所述溶液以形成包覆有硼酸的金属纳米颗粒，

其中所述溶液被加热至70℃至95℃的温度。

2.如权利要求1所述的纳米肥料，其中硼以纳米肥料的总重的0.001ppm至2.0ppm的量存在。

3.如权利要求1所述的纳米肥料，其中所述金属纳米颗粒是银。

4.如权利要求3所述的纳米肥料，其中银纳米颗粒的尺寸在10-1000纳米的范围内。

5.如权利要求1所述的纳米肥料，其中所述纳米肥料在含水溶液中。

6.如权利要求1所述的纳米肥料，其中所述金属纳米颗粒的尺寸小于100nm。

7.一种制备纳米肥料的方法，所述方法包括：

将硝酸银和硼酸添加到含水介质以形成溶液；

和

将还原剂添加到所述溶液以形成硼酸包覆的银纳米颗粒，

其中所述溶液被加热至70℃至95℃的温度。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述还原剂包括柠檬酸钠。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述含水介质包括水。

10.一种用于在植物中处理硼缺乏的方法，所述方法包括：

将根据权利要求1-6中任一项所述的包括包覆有硼酸的金属纳米颗粒的纳米肥料施用于所述植物。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述金属纳米颗粒包括金、银、铜、铝、镍、铬、铁、钴、锡、钛、锌、铅、钯、铂、钌、铑、钽、钨、其合金或其组合。

12.如权利要求10所述的方法，其中所述包覆有硼酸的金属纳米颗粒作为喷雾、水培法、气栽法、种子处理、种苗浸根、土壤施肥、组织培养的营养物、体外培养的营养物、与灌溉水联合应用、或其组合来施用。

13.如权利要求10所述的方法，其中所述包覆有硼酸的金属纳米颗粒以有效处理硼缺乏而不导致硼毒性的量来施用。

14.如权利要求10所述的方法，其中施用所述包覆有硼酸的金属纳米颗粒以使施用于所述植物的所述硼浓度占0.001ppm至2.0ppm。

15.如权利要求10所述的方法，其中所述包覆有硼酸的金属纳米颗粒能够转运穿越植物膜系统而无复杂多糖的介导和无来自所述植物的ATP能量。

16.一种用于制备包括硼酸包覆的金属纳米颗粒的肥料的试剂盒，所述试剂盒包括：

金属盐；

硼酸；和

还原剂，

其中所述硼酸包覆的金属纳米颗粒通过下述方法制备，所述方法包括：

将还原剂添加到所述溶液以形成硼酸包覆的金属纳米颗粒，

其中所述溶液被加热至70℃至95℃的温度。

17.如权利要求16所述的试剂盒，其中所述硼酸以纳米肥料的总重的0.001ppm至2.0ppm的量存在。

18.如权利要求16所述的试剂盒，其中所述金属纳米颗粒为银纳米颗粒，且所述银纳米颗粒的尺寸在10-1000纳米的范围内。

19.如权利要求16所述的试剂盒，还包括含水介质。

20.如权利要求16所述的试剂盒，其中所述金属盐包括选自氯化物、氟化物、乙酸盐、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、亚硝酸盐、柠檬酸盐、氰化物、氢氧化物、磷酸盐、或其组合的盐。

21.如权利要求16所述的试剂盒，其中所述金属盐包括硝酸银。

22.如权利要求16所述的试剂盒，其中所述还原剂包括柠檬酸钠、硼氢化钠、氢醌、乙二醇、甲醛、乙醇、羟基自由基、糖热解自由基、水合肼、糖化物、N,N-二甲基甲酰胺或其组合。

23.如权利要求16所述的试剂盒，还包括递送装置，所述递送装置将所述硼酸包覆的金属纳米颗粒递送至植物。

24.如权利要求23所述的试剂盒，其中所述递送装置是喷雾装置。