CN110156508A - 一种可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥及其制备方法 - Google Patents

一种可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥及其制备方法。所述的可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥是以1/2强度霍格兰营养液为基液，在其中添加通过液相探头超声剥离制备的二维纳米黑磷悬浮液，使得最终黑磷浓度范围为1‑25mg/L。植物通过水培的方式进行培养。本发明提供的纳米磷肥的有益效果是：提高磷元素的利用率，同时提高其他大量元素及微量元素的吸收量，最终使得模式植物拟南芥的植物量有所提高。

Description

一种可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥及其制 备方法
技术领域
本发明属于肥料技术领域，具体涉及一种可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥及其制备方法。
背景技术
合理增施肥料是提高作物产量最直接有效的手段，但是在我国化肥利用率较低，其中钾肥为35％-50％，氮肥为30％-35％，磷肥仅为10％-20％。肥料利用率低不仅会造成资源的浪费，同时也会对环境造成极大的破坏，地下水造成污染，最终使得人类的健康也会受到威胁。
随着纳米技术的发展，近年来，研究人员开始利用纳米技术研发新型肥料——纳米肥料。纳米肥料是指结合纳米技术、医药微胶囊技术和化工微乳化技术改性而形成的全新肥料。纳米肥料包括纳米结构肥料、纳米材料胶结包膜缓/控释肥以及纳米碳增效肥料。其中，纳米结构肥料是将一些难溶性物质采用相应的纳米技术将其做成粒径达到纳米级别的肥料。由于纳米肥料的小尺寸效应，表面积、表面能、表面结合能增大，因此具有较高的化学活性，更容易被植物根系吸收，提高了肥料的利用率。同时，纳米材料的小尺寸效应使肥料带磁效应，从而使养分更容易被植物吸收，有利于植物生长。纳米结构肥料还能刺激植物生长，提高植物体内多种酶的活性，提高作物含量。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥；第二目的在于提供所述的可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥的制备方法。
为实现上述发明目的，本发采用的技术方案为：
一种可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥，纳米磷肥为1/2强度的霍格兰营养液和二维纳米黑磷悬浮液，其中，二维纳米黑磷终浓度为1-50mg/L。
优选，所述纳米磷肥中二维纳米黑磷终浓度为1-25mg/L；
上述添加的二维纳米黑磷悬浮液通过液相探头超声制备，所述纳米磷肥的厚度为几纳米到几十纳米，横向尺寸为几十到几百纳米。
所述二维纳米黑磷悬浮液为将黑磷晶体粉末浸于液氮液体中进行冷冻前处理，而后将冷冻处理的黑磷粉末溶解于厌氧水中超声6-18h，离心去除黑磷沉淀，得到二维纳米黑磷悬浮液。
所述冷冻处理的黑磷粉末与厌氧水的用量比例为1000mg/L；所述厌氧水为加热条件下通入氮气曝气至少1h制备的含氧量低的超纯水。
所述肥料适用于水培的植物。
所述肥料添加在水培营养液中一并施入植物中；最佳用量随植物种类不同有所差异，其中，对模式植物拟南芥的使用量在1-25mg/L。
一种可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥的制备方法，其以1/2强度的霍格兰营养液作为基液，而后加入二维纳米黑磷悬浮液，至肥料中二维纳米黑磷终浓度为1-50mg/L。
本发明制备获得具有高的磷元素利用率的纳米磷肥，同时可以促进大量元素及微量元素在植物中的吸收。
本发明所具有的优点：
本发明纳米磷肥解决传统磷肥利用率低的局限性，提高了磷肥的利用率，同时保证对环境无破坏作用，不产生二次污染，可减少化学肥料在土壤中的累积，同时还可以促进大量元素和微量元素的吸收，增加植物量。本发明制备工艺简单，成本较低。
附图说明
图1为采用本发明肥料在水培条件下，拟南芥在不同处理下暴露10天后，根鲜重、地上部鲜重及总的生物量，误差线代表4个重复的标准误差；相同字母代表没有显著的差异(p<0.05)。
图2为采用本发明肥料在水培条件下，拟南芥在不同处理下暴露10天后，根部及地上部中必需营养元素的含量，其中，2a,2b,2c,2d,2e,2f依次分别对应营养元素P、K、Ca、Mg、Fe、Cu，误差线代表4个重复的标准误差，相同字母代表没有显著的差异(p<0.05)。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本发明实施例提供一种可促进拟南芥生长的纳米磷肥，其是由以下步骤制备得到：
1)将黑磷晶体研磨成粉末之后，浸于液氮液体中1.5h进行冷冻，而后将黑磷粉末溶解于厌氧水中，通过液相探头超声6h后，离心去除黑磷沉淀，得到二维纳米黑磷悬浮液。以1/2强度的霍格兰营养液为基液，添加以上制得的二维纳米黑磷悬浮液，使得黑磷最终浓度为1mg/L(pH＝5.7)，即得含有纳米磷肥的拟南芥生长基质。
2)拟南芥种子在1/2强度的Murashige Skoog(MS)半固体培养基(pH＝5.7)上发芽后移栽到蛭石中培养21天。然后，将幼苗转移到1/2强度的霍格兰营养液(pH＝5.7)中培养5天，之后转移到含有1mg/L黑磷纳米片的1/2强度的霍格兰营养液(pH＝5.7)中培养10天。将未添加二维纳米黑磷悬浮液的1/2强度的霍格兰营养液作为空白对照，过程中每天测定溶液的pH并且使用1M的KOH溶液调整到控制水平(pH＝5.7)。
由图1中空白对照(Control)和BP 1mg/L可知，添加纳米磷肥(二维黑磷最终浓度1mg/L)培养10天之后，与对照组相比，拟南芥的地上部鲜重和整体植株的总重都有所增加。
实施例2
本发明实施例提供一种可促进拟南芥生长以及大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥，其是由以下步骤制备得到：
1)将黑磷晶体研磨成粉末之后，浸于液氮液体中1.5h进行冷冻，而后将黑磷粉末溶解于厌氧水中，通过液相探头超声6h后，离心去除黑磷沉淀，得到二维纳米黑磷悬浮液。以1/2强度的霍格兰营养液为基液，添加以上制得的二维纳米黑磷悬浮液，使得黑磷最终浓度为5mg/L(pH＝5.7)，即得含有纳米磷肥的拟南芥生长基质。
2)拟南芥种子在1/2强度的Murashige Skoog(MS)半固体培养基(pH＝5.7)上发芽后移栽到蛭石中培养21天。然后，将幼苗转移到1/2强度的霍格兰营养液(pH＝5.7)中培养5天，之后转移到含有5mg/L黑磷纳米片的1/2强度的霍格兰营养液(pH＝5.7)中培养10天。将未添加二维纳米黑磷悬浮液的1/2强度的霍格兰营养液作为空白对照，过程中每天测定溶液的pH并且使用1M的KOH溶液调整到控制水平(pH＝5.7)。
由图1中空白对照(Control)和BP 5mg/L可知，添加纳米磷肥(二维黑磷最终浓度5mg/L)培养10天之后，与对照组相比，拟南芥的地上部鲜重和整体植株的总重都有所增加。同时由图2a,2d,2e中空白对照(Control)和BP 5mg/L可知，根内的P、Mg和Fe的含量相对于对照组也都有所增加。
实施例3
本发明实施例提供一种可促进拟南芥生长以及大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥，其是由以下步骤制备得到：
1)将黑磷晶体研磨成粉末之后，浸于液氮液体中1.5h进行冷冻，而后将黑磷粉末溶解于厌氧水中，通过液相探头超声6h后，离心去除黑磷沉淀，得到二维纳米黑磷悬浮液。以1/2强度的霍格兰营养液为基液，添加以上制得的二维纳米黑磷悬浮液，使得黑磷最终浓度为10mg/L，即得含有纳米磷肥的拟南芥生长基质。
2)拟南芥种子在1/2强度的Murashige Skoog(MS)半固体培养基(pH＝5.7)上发芽后移栽到蛭石中培养21天。然后，将幼苗转移到1/2强度的霍格兰营养液(pH＝5.7)中培养5天，之后转移到含有10mg/L黑磷纳米片的1/2强度的霍格兰营养液(pH＝5.7)中培养10天。将未添加二维纳米黑磷悬浮液的1/2强度的霍格兰营养液作为空白对照，过程中每天测定溶液的pH并且使用1M的KOH溶液调整到控制水平(pH＝5.7)。
由图1中空白对照(Control)和BP 10mg/L可知，添加纳米磷肥(二维黑磷最终浓度10mg/L)培养10天之后，与对照组相比，拟南芥的地上部鲜重和整体植株的总重都有所增加。同时由图2a,2d,2f中空白对照(Control)和BP 10mg/L可知，根内的P、Mg和Fe的含量相对于对照组也都有所增加。
实施例4
本发明实施例提供一种可促进拟南芥生长以及大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥，其是由以下步骤制备得到：
1)将黑磷晶体研磨成粉末之后，浸于液氮液体中1.5h进行冷冻，而后将黑磷粉末溶解于厌氧水中，通过液相探头超声6h后，离心去除黑磷沉淀，得到二维纳米黑磷悬浮液。以1/2强度的霍格兰营养液为基液，添加以上制得的二维纳米黑磷悬浮液，使得黑磷最终浓度为25mg/L，即得含有纳米磷肥的拟南芥生长基质。
2)拟南芥种子在1/2强度的Murashige Skoog(MS)半固体培养基(pH＝5.7)上发芽后移栽到蛭石中培养21天。然后，将幼苗转移到1/2强度的霍格兰营养液(pH＝5.7)中培养5天，之后转移到含有25mg/L黑磷纳米片的1/2强度的霍格兰营养液(pH＝5.7)中培养10天。将未添加二维纳米黑磷悬浮液的1/2强度的霍格兰营养液作为空白对照，在1/2强度的霍格兰营养液中添加Na3PO4·10H2O使得添加的磷元素的浓度为10mg/L来作为离子对照(由实验结果表明，在1/2强度霍格兰营养液中添加25mg/L的黑磷纳米片10天之后，溶液中溶解态磷的浓度为10mg/L)，过程中每天测定溶液的pH并且使用1M的KOH溶液调整到控制水平(pH＝5.7)。
由图1中空白对照(Control)、BP 25mg/L和离子对照P 10mg/L可知，添加纳米磷肥(二维黑磷最终浓度25mg/L)培养10天之后，与对照组和离子对照组相比，拟南芥的地上部鲜重有所增加，植物总重显著增加。同时由图2a,2d,2e,2f中空白对照(Control)、BP 25mg/L和离子对照P 10mg/L可知，根内的P、Mg、Fe和Cu的含量相对于对照组和离子对照组均显著增加，而地上部的Mg含量有所增加，Fe元素含量显著增加。
实施例5
本发明实施例提供一种可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥，其是由以下步骤制备得到：
1)将黑磷晶体研磨成粉末之后，浸于液氮液体中1.5h进行冷冻，而后将黑磷粉末溶解于厌氧水中，通过液相探头超声6h后，离心去除黑磷沉淀，得到二维纳米黑磷悬浮液。以1/2强度的霍格兰营养液为基液，添加以上制得的二维纳米黑磷悬浮液，使得黑磷最终浓度为50mg/L，即得含有纳米磷肥的拟南芥生长基质。
2)拟南芥种子在1/2强度的Murashige Skoog(MS)半固体培养基(pH＝5.7)上发芽后移栽到蛭石中培养21天。然后，将幼苗转移到1/2强度的霍格兰营养液(pH＝5.7)中培养5天，之后转移到含有50mg/L黑磷纳米片的1/2强度的霍格兰营养液(pH＝5.7)中培养10天。将未添加二维纳米黑磷悬浮液的1/2强度的霍格兰营养液作为空白对照，在1/2强度的霍格兰营养液中添加Na3PO4·10H2O使得添加的磷元素的浓度为25mg/L来作为离子对照(由实验结果表明，在1/2强度霍格兰营养液中添加50mg/L的黑磷纳米片10天之后，溶液中溶解态磷的浓度为25mg/L)，过程中每天测定溶液的pH并且使用1M的KOH溶液调整到控制水平(pH＝5.7)。
由图1中空白对照(Control)、BP 50mg/L和离子对照P 25mg/L可知，添加纳米磷肥(二维黑磷最终浓度50mg/L)培养10天之后，与对照组和离子对照组相比，拟南芥的根部鲜重、地上部鲜重以及植物总重均显著减少。但是由图2a,2b,2c,2d,2e中空白对照(Control)、BP 50mg/L和离子对照P 25mg/L可知，地上部的P、K、Ca、Mg和Fe的含量相对于对照组和离子对照组均显著增加，而根部的P含量显著增加。可见，添加50mg/L的黑磷溶液可以显著提高植物体内大量及微量元素的含量，但是由于浓度较高会对植物的生物量产生抑制作用。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥，其特征在于，纳米磷肥为1/2强度的霍格兰营养液和二维纳米黑磷悬浮液，其中，二维纳米黑磷终浓度为1-50mg/L。
2.按权利要求1所述的可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥，其特征在于，所述纳米磷肥中二维纳米黑磷终浓度为1-25mg/L。
3.按权利要求1或2所述的可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥，其特征在于，所述二维纳米黑磷悬浮液为将黑磷晶体粉末浸于液氮液体中进行冷冻前处理，而后将冷冻处理的黑磷粉末溶解于厌氧水中超声6-18h，离心去除黑磷沉淀，得到二维纳米黑磷悬浮液。
4.按权利要求3所述的可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥，其特征在于，所述冷冻处理的黑磷粉末与厌氧水的用量比例为1000mg/L；所述厌氧水为加热条件下通入氮气曝气至少1h制备的含氧量低的超纯水。
5.按权利要求1-2所述的可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥，其特征在于，所述肥料适用于水培的植物。
6.按权利要求1-2所述的可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥，其特征在于，所述肥料添加在水培营养液中一并施入植物中。，最佳用量随植物种类不同有所差异，对模式植物拟南芥的使用量在1-25mg/L。
7.一种权利要求1所述的可促进大量及微量元素在植物中吸收的纳米磷肥的制备方法，其特征在于，以1/2强度的霍格兰营养液作为基液，而后加入二维纳米黑磷悬浮液，至肥料中二维纳米黑磷终浓度为1-50mg/L。
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