CN108142059A - 一种应用ito纳米粒子溶胶作为叶面肥促进切花月季对光吸收的方法 - Google Patents

一种应用ito纳米粒子溶胶作为叶面肥促进切花月季对光吸收的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用氧化铟锡(ITO)纳米粒子溶胶作为叶面肥促进切花月季对光吸收的方法，包括如下步骤：步骤一、ITO纳米粒子的合成；步骤二、ITO叶面肥的合成；步骤三、ITO叶面肥的施用方法。本发明合成的ITO纳米粒子溶胶首次作为叶面肥使用，并增强了切花月季的光合作用，拓宽了植物叶片光合作用吸收波长的范围，在植物光合吸收作用中具有广泛的潜在应用。

Description

一种应用ITO纳米粒子溶胶作为叶面肥促进切花月季对光吸 收的方法
技术领域
本发明属于纳米技术与新材料技术领域，特别涉及一种应用ITO纳米粒子溶胶作为叶面肥促进切花月季对光的吸收的方法。
背景技术
近年来，随着施肥技术的发展，叶面施肥作为强化园林植物的营养吸收和防止某些缺素病状的一种施肥措施，已经得到迅速推广和应用。实践证明，叶面施肥是肥效迅速、肥料利用率高、用量少的施肥技术之一。传统肥料是通过给植物的根系提供营养，而叶面肥是通过给植物叶面提供能量，有关研究表明叶面肥的效果要优于传统肥料。
相比于传统肥料，叶面肥具有以下特点。针对性强，叶面肥可以根据土壤养分缺失状况，以及植物生长所缺乏的营养元素合理的进行施用；吸收快，相比于根系吸收而言，当把液体喷施在叶面上被吸收的速度是其2倍左右；肥效好，养分通过叶面更易到达其它部位；环境污染小，叶面肥不接触土壤，直接通过叶面吸收可以减轻土壤和水源的污染；施用方法简单、经济，施用不受植物生育期、植株高度以及密度的影响；补充根部对养分吸收的不足，在植物苗期或生长后期，根系吸收能力弱，或当土壤条件不利于营养吸收时，采取叶面喷施，能迅速补充营养，满足作物生长发育的需要。
而氧化铟锡(ITO)纳米粒子溶胶肥料以其形态新，功效新，运用方式新，功能领域较宽，价格便宜，低投入，高产出，高效率等优点，有望突破资源和市场的双重制约，必将促进化学肥料进入一个高速发展的新时期。适宜浓度的ITO纳米粒子溶胶叶面肥喷施能够刺激植物生长发育，增强光合作用能力，提高切花月季产量和改善其品质。当用含有ITO纳米粒子溶胶的叶面肥处理蔷薇科植物切花月季时，可以提高切花月季对光的吸收、转运、分配、能量转换等各环节效率。同时可以提高光合电子传递效率，使叶片的叶绿素类囊体与基粒数目增加，因而可以提高光合效率，使光合产物增加。
光合作用可以划分为四个独立的过程，首先是光能的吸收与利用(捕光色素分子对光能的吸收及其在不同色素分子之间的传递)；其次是原初光化学反应；再者是电子传递及偶联的磷酸化作用；第四是碳同化作用。那ITO纳米粒子究竟在光合反应中可以促进哪一个步骤呢？作为光合作用的第一个阶段，植物叶片对光能的吸收与利用的效率取决于叶绿素的多少与类囊体与基粒数目的多少。业已证明，经过ITO纳米粒子溶胶叶面肥处理之后，植物叶片的叶绿素会增加同时也会改变叶绿体的结构(类囊体、基粒数目增多)，植物捕光色素越丰富，吸收的光能越多，光合反应的效率越高。这是因为ITO纳米粒子溶胶叶面肥对光合链电子传递体的关键部位可能起着激活剂的作用。这种作用会促使光能的转化，增大光反应效率，从而带动整个光能转换和光化学反应。
ITO纳米粒子具有特殊的光学和催化效应，对植物有着独特的生理功能，其中让人尤为感兴趣的是它能够增强植物光合作用，促进植物生长。对ITO纳米粒子对植物生物学效应的研究，不但可为今后进一步开发高效低成本低污染的复合肥提供理论基础，提高施肥农用地安全性和经济性，更能为光合作用这一地球上最重要化学反应的机制研究提供新的思路。
ITO纳米材料的合成方法大体分为薄膜沉积和溶液合成两种。薄膜沉积法主要利用了气相蒸发、喷雾热解法、脉冲激光沉积法等，这些方法不易控制ITO纳米颗粒的尺寸。基于溶液的合成包括Penchini方法、共沉淀方法等，很多方法只能得到In(OH)3或InOOH前驱体，需要进一步加热才能获得氧化物产品，而且表面活性剂的使用也会造成其在ITO材料上的残留，影响材料的后续表征和使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种应用ITO纳米粒子溶胶作为叶面肥促进园林植物对光的吸收的方法，以提高园林植物的光合作用效率。经过含有ITO纳米粒子溶胶叶面肥处理过的切花月季其光合作用的强度明显增强。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种应用ITO纳米粒子溶胶作为叶面肥促进切花月季对光的吸收的方法，包括如下步骤：
步骤一、ITO纳米粒子的合成：
将乙酰丙酮铟和乙酰丙酮氯化锡加入到反应容器中，加入正丁醇，搅拌均匀后，超声10～20min至不存在沉淀，形成混合物，其中乙酰丙酮铟和乙酰丙酮氯化锡的用量比例为0.1～2.5g:0.01～0.27g；
取混合物置于25mL的干净釜衬内，装釜，并于140～220℃反应10～60h，反应结束后，在室温下自然冷却，并离心分离，得到产物；
将产物用乙醇超声洗涤3次，并离心分离，然后于40～80℃下干燥5～15h，将产物研碎收集，得到ITO纳米粒子，于室温空气中保存备用；
步骤二、ITO叶面肥的合成：
将乳化剂投入带有冷凝器的反应釜中，搅拌，并升温至80～100℃，脱出溶剂和水，停止加热，然后将步骤一中得到的ITO纳米粒子投入到反应釜中，搅拌并升温至50～80℃进行反应，反应时间20～50min，得到固体状态的ITO纳米粒子叶面肥，其中，所述乳化剂与ITO纳米粒子的用量比例为1～10g:0.1～1g；
步骤三、ITO叶面肥的施用方法：
将步骤二中的固体状态的ITO纳米粒子叶面肥加入清水中，充分溶解混匀得到ITO纳米粒子溶胶叶面肥，在切花月季展叶期，将ITO纳米粒子溶胶叶面肥均匀喷洒在切花月季叶片上，每两周喷施1次，喷施2～3次。
本发明的特点还在于，步骤三中，每次喷施保持叶面肥湿润叶片的时间为5～10min。
本发明的特点还在于，步骤三中，在无风的上午十点之前或下午的三点之后喷施叶面肥，若喷后3h遇雨，到晴天再补喷1次。
本发明的特点还在于，步骤三中，叶面肥的浓度为0.5～10g/L。
本发明的特点还在于，步骤二中，乳化剂为十二烷基苯磺酸钙、油酸钾、PIBSA-2PEG、Triton X中的一种。
本发明的特点还在于，步骤一中，离心分离的转速均为4000～9000rpm，离心时间5～15min。
本发明具有以下有益效果和优点：
(1)本发明合成的ITO纳米粒子溶胶首次作为叶面肥使用，并增强了园林植物切花月季的光合作用。
(2)本发明的方法经济、简单、方便、快速。
(3)本发明拓宽了园林植物叶片光合作用吸收波长的范围，在植物光合吸收作用中具有广泛的潜在应用。
附图说明
图1为净光合速率测定装置图。
图2为喷施和未喷施(CK)ITO纳米粒子溶胶叶面肥的切花月季叶片光合速率曲线图。
图3为喷施与未喷施(CK)ITO纳米粒子溶胶叶面肥的切花月季叶片A-Ci曲线图
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种应用ITO纳米粒子溶胶作为叶面肥促进切花月季对光的吸收的方法，包括如下步骤：
步骤一、ITO纳米粒子的合成：
将0.249g乙酰丙酮铟和0.0261g乙酰丙酮氯化锡加入到50mL的烧杯中，加入15mL正丁醇，用玻璃棒搅拌均匀后，超声10min，形成混合物；
用量筒取12mL混合物置于25mL的干净釜衬内，装釜，并于恒温烘箱中220℃下反应10h，反应结束后，在室温下自然冷却，并于转速9000rpm下离心5min，得到反应物；
将反应物用乙醇、去离子水交替超声洗涤3次，并于转速9000rpm下离心5min，然后于真空干燥箱中80℃下干燥5h，将产物研碎收集，得到ITO纳米粒子0.094g，于室温空气中保存备用；
步骤二、ITO叶面肥的合成：
将1g十二烷基苯磺酸钙投入带有冷凝器的反应釜中，搅拌，并升温至80℃，脱出溶剂和水，停止加热，然后将步骤一中得到的0.1g的ITO纳米粒子投入到反应釜中，搅拌并升温至60℃进行反应，反应时间30min，得到固体状态的ITO纳米粒子叶面肥；
步骤三、ITO叶面肥的施用方法：
将1g固体状态的ITO纳米粒子叶面肥加入1kg清水中，充分溶解混匀得到浓度为1g/L的ITO纳米粒子溶胶叶面肥，在切花月季展叶期，于无风的上午十点之前或下午的三点之后，将ITO纳米粒子溶胶叶面肥均匀喷洒在月季切花叶片上，并保持叶面肥湿润叶片的时间为5min，且每两周喷施1次，喷施2～3次即可，若喷后3h遇雨，到晴天再补喷1次。
实施例2
一种应用ITO纳米粒子溶胶作为叶面肥促进切花月季对光的吸收的方法，包括如下步骤：
步骤一、ITO纳米粒子的合成：
将0.249g乙酰丙酮铟和0.0261g乙酰丙酮氯化锡加入到50mL的烧杯中，加入17mL正丁醇，用玻璃棒搅拌均匀后，超声15min，形成混合物；
用量筒取12mL混合物置于25mL的干净釜衬内，装釜，并于恒温烘箱中180℃下反应24h，反应结束后，在室温下自然冷却，并于转速4000rpm下离心15min，得到反应物；
将反应物用乙醇、去离子水交替超声洗涤3次，并于转速4000rpm下离心15min，然后于真空干燥箱中60℃下干燥10h，将产物研碎收集，得到ITO纳米粒子0.094g，于室温空气中保存备用；
步骤二、ITO叶面肥的合成：
将10g十二烷基苯磺酸钙投入带有冷凝器的反应釜中，搅拌，并升温至90℃，脱出溶剂和水，停止加热，然后将步骤一中得到的0.1g的ITO纳米粒子投入到反应釜中，搅拌并升温至80℃进行反应，反应时间20min，得到固体状态的ITO纳米粒子叶面肥；
步骤三、ITO叶面肥的施用方法：
将10g固体状态的ITO纳米粒子叶面肥加入1kg清水中，充分溶解混匀得到浓度为10g/L的ITO纳米粒子溶胶叶面肥，在切花月季展叶期，于无风的上午十点之前或下午的三点之后，将ITO纳米粒子溶胶叶面肥均匀喷洒在切花月季叶片上，并保持叶面肥湿润叶片的时间为8min，且每两周喷施1次，喷施2～3次即可，若喷后3h遇雨，到晴天再补喷1次。
实施例3
一种应用ITO纳米粒子溶胶作为叶面肥促进切花月季对光的吸收的方法，包括如下步骤：
步骤一、ITO纳米粒子的合成：
将0.249g乙酰丙酮铟和0.0261g乙酰丙酮氯化锡加入到50mL的烧杯中，加入15mL正丁醇，用玻璃棒搅拌均匀后，超声20min，形成混合物；
用量筒取12mL混合物置于25mL的干净釜衬内，装釜，并于恒温烘箱中140℃下反应60h，反应结束后，在室温下自然冷却，并于转速7000rpm下离心10min，得到反应物；
将反应物用乙醇、去离子水交替超声洗涤3次，并于转速7000rpm下离心10min，然后于真空干燥箱中40℃下干燥15h，将产物研碎收集，得到ITO纳米粒子0.094g，于室温空气中保存备用；
步骤二、ITO叶面肥的合成：
将5g油酸钾投入带有冷凝器的反应釜中，搅拌，并升温至100℃，脱出溶剂和水，停止加热，然后将步骤一中得到的0.1g的ITO纳米粒子投入到反应釜中，搅拌并升温至50℃进行反应，反应时间50min，得到固体状态的ITO纳米粒子叶面肥；
步骤三、ITO叶面肥的施用方法：
将5g固体状态的ITO纳米粒子叶面肥加入1kg清水中，充分溶解混匀得到浓度为5g/L的ITO纳米粒子溶胶叶面肥，在切花月季展叶期，于无风的上午十点之前或下午的三点之后，将ITO纳米粒子溶胶叶面肥均匀喷洒在切花月季叶片上，并保持叶面肥湿润叶片的时间为10min，且每两周喷施1次，喷施2～3次即可，若喷后3h遇雨，到晴天再补喷1次。
采用Li-cor4600xt或Li-cor4600便携式光合仪对喷施本发明实施例中制备的ITO纳米粒子溶胶叶面肥后切花月季的净光合速率进行测试分析。
图1为净光合速率测定装置图。图1中，A为开关，B为玻璃钟罩，C为绿色植物，D为烧杯，烧杯内装有NaHCO3溶液，E为红墨水滴，F为直尺。图1中甲、乙装置D瓶中的NaHCO3溶液释放CO2，提供植物光合作用碳源。所以，甲装置红墨水滴E的移动只与绿色植物释放的O2多少有关，移动距离的大小可表示O2的释放量即净光合速率的强弱，装置乙为对照装置。
图2为喷施和未喷施(CK)ITO纳米粒子溶胶叶面肥的切花月季叶片光合速率曲线图。净光合速率测定采用Li-cor6400xt进行测定，光源采用Li-6400-02B光源，光照强度(PFD)在0～2000μmol·m-2·s-1范围内设定10个梯度，分别是0、20、50、100、200、500、800、1200、1600、2000μmol·m-2·s-1，最小等待时间和最长等待时间分别为2min和4min，测定相应的净光合速率值(Pn)。测定时通过系统控制叶片温度为20～30℃，叶室浓度为大气浓度，系统自动记录所有数据，并进行光曲线拟合。每个点重复测试5次，取其平均值。结果表明，在不同光照强度下，喷施ITO纳米粒子溶胶叶面肥比不喷施植物净光合速率都增加，尤其大于200μmol·m-2·s-1光照后净光合速率显著提高。
图3为喷施与未喷施(CK)ITO纳米粒子溶胶叶面肥切花月季叶片A-Ci曲线图。采用Li-cor6400便携式光合仪进行测定，设定测定光照强度为800μmol·m-2·s-1，设定浓度为50、100、200、400、600、800、1200、1600和2000μmol·mol-1，最小等待时间和最长等待时间分别为2min和4min，自动记录数据并保存。结果表明，在不同CO2浓度下，喷施比未喷施ITO纳米粒子溶胶叶面肥植物净光合速率显著增加。
表1为喷施与未喷施ITO纳米粒子溶胶叶面肥切花月季不同叶位的叶绿素相对含量。在喷施ITO纳米粒子溶胶后月季切花叶片的叶绿素含量明显增加。植物叶片的叶绿素增加，同时也会改变叶绿体的结构(类囊体、基粒数目增多)，吸收的光能增加，光合反应的效率提高。
表1喷施与未喷施ITO纳米粒子溶胶叶面肥切花月季不同叶位的叶绿素相对含量(％)
表2是喷施与未喷施ITO纳米粒子溶胶叶面肥切花月季叶片荧光参数。叶片暗适应30min后测定最小荧光F0、最大荧光Fm和可变荧光Fv值。在800μmol·m-2·s-1光强下进行光适应，待Fv/Ft(在t时刻的瞬时荧光)在±5以内时测定光下最小荧光F0'、光下最大荧光Fm'、光下可变荧光Fv'、表观光合电子传递速率ETR和作用光存在时实际的光化学量子效率ΦPSII，每次重复3次，取其平均值。在喷施ITO纳米粒子溶胶叶面肥后各指标均有增加，荧光产量增加。
表2喷施与未喷施ITO纳米粒子溶胶叶面肥切花月季叶片荧光参数
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种应用ITO纳米粒子溶胶作为叶面肥促进切花月季对光的吸收的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、ITO纳米粒子的合成：
将乙酰丙酮铟和乙酰丙酮氯化锡加入到反应容器中，加入正丁醇，搅拌均匀后，超声10～20min至不存在沉淀，形成混合物，其中，所述乙酰丙酮铟和乙酰丙酮氯化锡的用量比例为0.1～2.5g:0.01～0.27g；
取所述混合物置于25mL的干净釜衬内，装釜，并于140～220℃反应10～60h，反应结束后，在室温下自然冷却，并离心分离，得到产物；
将产物用乙醇超声洗涤3次，并离心分离，然后于40～80℃下干燥5～15h，将产物研碎收集，得到ITO纳米粒子，于室温空气中保存备用；
步骤二、ITO叶面肥的合成：
将乳化剂投入带有冷凝器的反应釜中，搅拌，并升温至80～100℃，脱出溶剂和水，停止加热，然后将步骤一中得到的ITO纳米粒子投入到反应釜中，搅拌并升温至50～80℃进行反应，反应时间20～50min，得到固体状态的ITO纳米粒子叶面肥，其中，所述乳化剂与ITO纳米粒子的用量比例为1～10g:0.1g；
步骤三、ITO叶面肥的施用方法：
将步骤二中的固体状态的ITO纳米粒子叶面肥加入清水中，充分溶解混匀得到ITO纳米粒子溶胶叶面肥，在切花月季展叶期，将ITO纳米粒子溶胶叶面肥均匀喷洒在切花月季叶片上，每两周喷施1次，喷施2～3次。
2.根据权利要求1所述的一种应用ITO纳米粒子溶胶作为叶面肥促进切花月季对光的吸收的方法，其特征在于，所述步骤三中，每次喷施保持ITO纳米粒子溶胶叶面肥湿润切花月季叶片的时间为5～10min。
3.根据权利要求1所述的一种应用ITO纳米粒子溶胶作为叶面肥促进切花月季对光的吸收的方法，其特征在于，所述步骤三中，在无风的上午十点之前或下午的三点之后喷施叶面肥，若喷后3h遇雨，到晴天再补喷1次。
4.根据权利要求1所述的一种应用ITO纳米粒子溶胶作为叶面肥促进切花月季对光的吸收的方法，其特征在于，所述步骤三中，叶面肥的浓度为0.5～10g/L。
5.根据权利要求1所述的一种应用ITO纳米粒子溶胶作为叶面肥促进切花月季对光的吸收的方法，其特征在于，所述步骤二中，乳化剂为十二烷基苯磺酸钙、油酸钾、PIBSA-2PEG、Triton X中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种应用ITO纳米粒子溶胶作为叶面肥促进切花月季对光的吸收的方法，其特征在于，步骤一中，离心分离的转速均为4000～9000rpm，离心时间5～15min。
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