CN111771908A - 一种提高荔枝花期授粉受精能力的纳米二氧化钛复合试剂 - Google Patents

一种提高荔枝花期授粉受精能力的纳米二氧化钛复合试剂 Download PDF

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Abstract

本发明属于植物培育技术领域，公开了一种提高荔枝花期授粉受精能力的纳米二氧化钛复合试剂，包括纳米二氧化钛和用于提高纳米二氧化钛粘附性的辅剂。纳米二氧化钛具有提高授粉受精的能力，同时具有光催化作用，因此能够增加荔枝的光合作用，促进荔枝生长；添加辅剂使得复合试剂的粘附性增加，从而更容易进入植物体中发挥作用，减少喷施流失率，提高试剂利用率；本发明纳米二氧化肽复合试剂的使用可有效延长荔枝开花时间和雌雄花相遇时间，提高花粉萌发率、花粉活力和柱头容受性，促进荔枝授粉受精，并能促进叶片光合能力增加碳水化合物的积累，增强荔枝在花期抵抗低温阴雨或高温干旱迫害的能力，提高坐果率。

Description

一种提高荔枝花期授粉受精能力的纳米二氧化钛复合试剂
技术领域
本发明涉及植物培育技术领域，更具体地，涉及一种提高荔枝花期授粉受精能力的纳米 二氧化钛复合试剂。
背景技术
荔枝(Litchi chinensis Sonn.)是无患子科、荔枝属常绿乔木，花期长为春季，果期为夏 季，荔枝栽培多分布于中国西南部，南部，东南部，其中以广东和福建南部栽培最盛，广东 春季天气温度不稳定，且阴雨天气较多，造成荔枝在花期很容易遇到不良天气，比如持续的 阴雨天气的影响，荔枝在花期阴雨天气过长，一是空气湿度大，蜜蜂无法活动，花粉难以从 雄花传递到雌花柱头上，从而不利于自然授粉，另外，阴雨天气的雨水容易附着在花药上， 甚至诱发病菌生长；二是由于气温不稳定，温度较低，造成花粉萌发率低，柱头容受性低， 荔枝授粉受精受阻，从而对荔枝产量造成了重大影响；另外，荔枝在持续干旱的天气也容易 导致花蜜粘稠，影响蜜蜂访花授粉。
由于荔枝的结构特点，荔枝必须经授粉受精形成种子后才能产生果肉，雌花未经授粉或 授粉受精不完全，则引起落花，而雄花花粉生活力常影响授粉受精过程及坐果率；采用营养 剂或生长调节剂等外源物质以促进花粉萌发和生长，提高花粉生活力是解决这一问题的重要 措施。利用外源物质可提高花粉生活力，如采用硼酸、尿素、NAA、2,4-D和复硝酚钠等物 质促进一些品种荔枝花粉萌发率，但多种矿质元素及生长调节剂对不同荔枝品种花粉萌发和 花粉管生长的效应有较大的差异，与使用浓度密切相关。且植物生长调节剂以及一些化学药 物所带来的残留危害亦不容忽视。
现有技术缺乏一种安全、适量、高效可用于提高荔枝在阴雨天气花期授粉受精能力的物 质。
发明内容
针对上述技术问题，本发明首先的第一个目的是提供一种用于提高荔枝花期授粉受精能 力的纳米二氧化钛复合试剂，以解决在花期阴雨，或者干旱天气下荔枝花期授粉受精能力。
本发明的第二个目的是提供上述纳米二氧化钛复合试剂的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的：
一种提高荔枝花期授粉受精能力的纳米二氧化钛复合试剂，包括纳米二氧化钛和用于提 高纳米二氧化钛粘附性的辅剂。
发明人通过研究发现：在阴雨或者干旱天气，纳米二氧化钛可以显著促进花粉萌发，由 此想到将其作为提高花期授粉受精能力的物质，为了提高纳米二氧化钛的粘附作用，还可以 添加辅剂，从而增加纳米二氧化钛对花粉的作用。
本发明所述纳米二氧化钛复合试剂喷施在荔枝花穗和进行人工辅助授粉，通过提高花粉 活力和柱头容受性，延长花期，提高成花质量和坐果量，降低花期阴雨或干旱带来的危害。
优选的，所述辅剂包括但不限于生物炭、凹凸棒；可以以纳米二氧化钛为主体，加入具 有纳米棒状结构、大的比表面积和高吸附能力的凹凸棒，以及大的比表面积和表面电负性等 的生物矿化硅组成的生物炭二者作为优良的辅剂(提高纳米二氧化钛的粘附性)。
优选的，所述纳米二氧化钛、凹凸棒和生物炭的质量比为40：5：1。
优选的，所述纳米二氧化钛复合试剂中，纳米二氧化钛的浓度不大于900mg/L。
优选的，所述荔枝的品种包括但不限于桂味、妃子笑、大红袍。
更优选的，当荔枝的品种为桂味时，所述纳米二氧化钛复合试剂中，纳米二氧化钛的浓 度为300-450mg/L。
更优选的，当荔枝的品种为妃子笑时，所述纳米二氧化钛复合试剂中，纳米二氧化钛的 浓度为150-600mg/L。
更优选的，当荔枝的品种为大红袍时，所述纳米二氧化钛复合试剂中，纳米二氧化钛的 浓度为300-450mg/L。
本发明还提供纳米二氧化钛复合试剂的制备方法，是先将凹凸棒、生物炭加入清水中摇 匀，超声分散后，再加入纳米二氧化钛，继续超声分散一段时间即得。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种提高荔枝花期授粉受精能力的纳米二氧化钛复合试剂，包括纳米二氧 化钛和用于提高纳米二氧化钛粘附性的辅剂。该复合试剂具有以下优点：
1、纳米二氧化钛具有提高授粉受精的能力，同时具有光催化作用，因此能够增加荔枝的 光合作用，促进荔枝生长，以提高植物抗逆境的能力；添加能够提高纳米二氧化钛的辅剂使 得复合试剂的粘附性增加，从而更容易进入植物体中发挥作用，减少喷施流失率，提高试剂 利用率。
2、本发明的辅剂可以是生物炭和凹凸棒，其中，生物炭可为叶面肥提供优良载体；凹凸 棒是天然黏土，可以吸附和控制养分，具有保肥保水和缓释能力。
3、纳米二氧化肽复合试剂的使用可有效延长荔枝开花时间和雌雄花相遇时间，提高花粉 萌发率、花粉活力和柱头容受性，促进荔枝授粉受精，并能促进叶片光合能力增加碳水化合 物的积累，增强荔枝在花期抵抗低温阴雨迫害的能力，提高坐果率。
4、纳米二氧化钛、生物炭、凹凸棒三者化学稳定性好，且具有安全无毒、廉价等优点， 使用该方法可改善因滥用植物生长调节剂化学品对农业环境造成的污染，减少对传粉昆虫的 危害，且明显降低使用成本。
附图说明
图1为不同辐照剂量改性后ATP的SEM图；
图2为24℃下不同浓度二氧化肽复合试剂培养花粉萌发形态的比较；其中，CK为蔗糖+ 琼脂处理组；E为蔗糖+琼脂+纳米二氧化钛复合试剂处理组(纳米二氧化肽的浓度为150mg/L)。
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仅用以解释本发明，并不用于限定 本发明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
实施例1纳米二氧化碳复合试剂的制备
1、凹凸棒的辐照处理
凹凸棒(ATP)是一种纳米粘土，因为它的纳米棒结构，比表面积大吸附容量高。然而， ATP纳米棒往往会聚集在一起形成束，这大大限制了ATP的应用。因此，为提高ATP的分散 性以增加其性能，采用HEEB(high-energy electron beam)辐照将ATP相互分离，形成网状 结构，使更多的纳米二氧化钛有效地吸附在ATP上。
如图1，由不同辐照剂量对凹凸棒进行辐照改性后的SEM观察发现，未改性的凹凸棒呈 密集的束状堆积分布，增加了10，20，30，40kGy的辐照剂量后，在30kGy剂量处理后束状 分布较其他剂量分散均匀，且形态大小整齐，粗细较为一致。在大于30kGy后发现，剂量过 高导致凹凸棒有变短且出现堆积塌陷，不利于形成网状结构，使用30kGy较为合适。
2、生物炭(Biochars)，具有多孔性、较大的比表面积和表面电负性等的生物矿化硅组成， 可以作为叶面肥的优良载体。
在实际使用过程中，可以使用秸秆灰渣，秸秆灰渣主要由生物炭和生物矿化硅组成，具 有高孔隙率、比表面积大、表面负电荷大的微/纳米结构，可作为纳米二氧化钛等微小材料的 优良载体。此外，秸秆灰的微/纳米孔结构通过立体位阻效应有利于ATP的分散。
3、纳米二氧化钛(nTiO2)：在放大20万倍观察下纳米二氧化钛样品是1-80nm左右、大小较为均一的颗粒，形貌基本一致，表面近圆形，仅有少量颗粒团聚，分散性较为良好。在生产工艺上，为了减少颗粒团聚的现象，常用硅灰掺杂来减少二氧化钛的团聚现象，改善其颗粒的分布情况，提高其光催化性能，而凹凸棒(ATP)、生物炭(BCS)等无机材料不仅 能改善其颗粒分布，还可发挥各自特性增加对喷施物体的粘附性。
4、纳米二氧化钛复合试剂的制备：
配制方法：先将凹凸棒(ATP)、生物炭(BCS)加入少量清水中摇匀，用超声机(50W，20kHz)超声分散10分钟后，再加入纳米二氧化钛超声分散20分钟后即可。
纳米二氧化钛复合试剂的质量配比：WnTiO2：WATP：WBCS＝40：5：1；若配制1升纳米二氧化钛复合试剂溶液，其中，1升纳米二氧化钛复合试剂溶液中当纳米二氧化钛的浓度为300mg/L，ATP和BCS的浓度分别为37.5mg/L和7.5mg/L。
本发明制备的1升纳米二氧化钛复合试剂溶液中纳米二氧化钛的浓度可以是0、150、300、 450、600、900mg/L。
实施例2纳米二氧化钛复合试剂改善荔枝花果期生长
将配制好一定浓度的纳米二氧化钛复合试剂(所制备得到的纳米二氧化钛复合试剂的浓 度以纳米二氧化钛的浓度的为准，纳米二氧化钛的浓度分别为150、300、450、600、900mg/L) 于花蕾期对全株进行处理，花穗着重喷施，喷施至有水珠滴落。处理组合为：(1)、实验组(晴 朗天气)，即喷施一定浓度的纳米二氧化钛复合试剂：包括实验组1到实验组5(所喷施的纳 米二氧化钛复合试剂中二氧化钛的浓度依次为150、300、450、600、900mg/L)；(2)、空白 对照组(晴朗天气)喷施清水。
通过以下实验指标来评价于荔枝花蕾期喷施纳米二氧化钛复合试剂处理是否改善之后开 花坐果情况，能否增加花粉活力延长各批花的花期，提高授粉有效期根据处理后的结果也可 考虑于荔枝不同开花时期处理以达到某个预期的效果。
一、实验组(晴朗天气)组喷施后每天观察荔枝花开放情况，每个花穗记录每批花的性 别、开花起止时间，当时所处物候期，还要计算雌雄花相遇时间，花期每周进行一次观察记 录，谢花后每10天进行一次观察记录直至最终坐果，统计生理落果及最终坐果率。
开花起止时间：对开放的雌雄花花穗从第一朵小花开放时间记录为该花穗开放时间，直 到最后一朵小花凋落为停止开放时间，雌花同理。
二、对喷施了不同浓度纳米二氧化钛复合试剂开放的雄花共取下100朵小花烘筛，收集 花粉测定处理后的雄花花粉活力。处理的花穗上取下柱头开展2h、6h、24h、48h、72h的雌 花，滴加MTT溶液于凹面载玻片上20min后观察，若柱头呈蓝紫色则表现柱头可授性强，呈蓝色为柱头可授性较弱，柱头不变色说明柱头不具有可授性。雌花于开放第5天记录雌花数作为最终坐果率计算的的初始坐果数。
三、模拟雨水冲刷试验：模拟阴雨冲刷，使用纳米二氧化钛复合试剂(包括实验组6到 实验组10，所喷施的纳米二氧化钛复合试剂中二氧化钛的浓度依次为150、300、450、600、900mg/L)于荔枝花蕾期处理，处理后2h内用清水对处理过的花穗或全株喷施，喷施时喷施 部位水流流动10秒且有水珠滴落再转移至其它部位喷施，检验模拟雨水冲刷后的开花坐果情 况。空白对照组跟踪记录观察同处理组。
四、花粉萌发力测定：
(1)花粉采集用常规疏花的方法取花穗，剪下的花穗收集后摘取整小朵正在开放(花药 洁白)的雄花。取下的雄花放入直径20cm、150-200目的试验筛子中，筛子下放一张硫酸 纸，置于烘箱中，28-30℃烘筛24h。轻轻摇晃筛子使花粉通过筛孔掉落在硫酸纸上。将收集 到的花粉分装到1.5ml离心管中，用封膜胶带密封好存放在有硅胶的密封袋中，于-80℃冰箱 保存。
(2)花粉培养：以10.0％蔗糖+2.0％琼脂为基本培养基，分别配制100ml不同浓度的 纳米复合试剂培养基(纳米复合试剂培养基中二氧化钛的浓度依次为0、150、300、450、600mg/L)。将各个配制好的培养基于微波炉加热溶解后分别倒入培养皿中冷却凝固，然后用毛笔蘸取少量花粉，均匀轻轻涂布在凝固的培养基上，分别置于18和24℃培养箱下培养，4-6h后观察。单个培养皿为1个重复，每处理3次重复。
(3)花粉镜检及计数：将培养4h后的花粉培养皿置于20倍正置荧光显微镜下镜检统计 萌发率(以花粉管长度大于等于花粉粒直径的2倍为有效萌发)、花粉管长度(μm)，每个视野约含40粒花粉，每个培养皿观察3个视野(合计约100个花粉粒)，统计萌发花粉数，计算花粉萌发率。花粉管长度用软件自带测量尺进行标尺，每视野随机测定10个花粉管，计算花粉管平均长度。花粉萌发率(％)＝萌发花粉数/花粉总数×100％。
五、结果
1、实验结果如下表1，经统计：
(1)雌花数量统计中，发现纳米二氧化钛浓度为300mg/L(实验组2)时的纳米二氧化 钛复合试剂处理的“桂味”单穗雌花数为164朵，纳米二氧化钛浓度为450.0mg/L模拟雨水 冲刷处理(实验组8)的雌花数为151朵，空白对照组只有73朵。
(2)在雌花开放天数统计中，发现纳米二氧化钛复合试剂浓度为300mg/L(实验组2) 处理的‘桂味’雌花开放天数最高，为7天；添加600mg/L(实验组4)和模拟雨水冲刷(实验组8)处理的雌花开放天数分别为6.5天，而空白对照开放天数5天；浓度为150mg/L(实 验组1)纳米二氧化钛复合试剂处理的‘大红袍’雌花开放天数为6天，略高于空白对照组 开放5天；在对‘妃子笑’的处理中，纳米二氧化钛复合试剂浓度为300、450、600mg/L(实 验组2、实验组3和实验组4)的雌花开放天数均为5天，纳米二氧化钛复合试剂浓度为150mg/L (实验组1)的雌花开放天数为4天，而空白对照组雌花开放只有3天。
上述结果表明：说明纳米二氧化钛复合试剂能够增加雌花的开放天数，从而有助于延长 荔枝的授粉受精时间；另一方面，也可以看出：一定浓度的纳米二氧化钛复合试剂有助于提 高雌花的数量，同时，也能够增强与花粉的附着力，从而提高了荔枝抵抗阴雨天气以保证其 授粉受精的能力。
表1
Figure BDA0002509821140000061
2、花粉萌发力
另外，本发明还考察了不同浓度纳米二氧化钛复合试剂在不同培养温度下处理的‘泸州 桂味’荔枝花粉，结果发现，在浓度为150mg/L时的纳米二氧化钛复合试剂在培养温度18℃ 和24℃时萌发率较高，18℃时处理组的花粉萌发率为17.78％，对照组的花粉萌发率为2.47％， 处理组是对照组的7.2倍；24℃时花粉的萌发率为38.11％，对照组的花粉萌发率为9.44％， 处理组是对照组的4倍。
在浓度为150mg/L时的纳米二氧化钛复合试剂时，‘泸州桂味’花粉管长度在温度18℃、 24℃时也高于对照处理：18℃时处理组的花粉管长度为75.81μm，对照组为35.56μm，处理 组是对照组的2.1倍；24℃时处理组的花粉管长度为65.794μm，对照组为16.1μm，处理组 是对照组的4.1倍(如图2为24℃培养的花粉萌发情况)。
3、坐果率和平均单穗坐果量
最后，纳米二氧化钛复合试剂蕾期处理‘大红袍’花穗后坐果率以浓度600mg/L最高， 其平均单穗坐果量是对照组的2倍。
纳米二氧化钛复合试剂第一批雄花开放期处理‘妃子笑’花穗后坐果率以浓度450mg/L 最高，平均单穗坐果量是对照组的3.8倍；150mg/L处理的平均单穗坐果量比对照组高3.2倍。
纳米二氧化钛复合试剂第一批雌花开放期处理‘妃子笑’花穗后坐果率以浓度150mg/L 最高，平均单穗坐果量是对照组的2倍。
4、柱头可授性
结果显示：荔枝雌花柱头开放后具有授粉能力大约只有3天，对照组和处理组经MTT 处理后在柱头开放2h-48h的时期柱头均呈蓝紫色，72h的状态时局部显色，说明柱头对花粉 的可授性开始下降，且对照组只有柱头顶部具有可授性，处理组的柱头还保持可授性，也可 证明纳米二氧化钛复合试剂处理后对荔枝雌蕊柱头可授性有一定的改善。
实施例3纳米二氧化钛复合试剂改善荔枝花期人工授粉的效果
本实施例考察纳米二氧化钛复合试剂对荔枝人工授粉后雌蕊柱头容受性的的作用效果， 具体过程如下：
荔枝在阴雨花期常常无蜜蜂进行授粉，需要人工辅助授粉。处理组用一定浓度的纳米二 氧化钛复合试剂(所制备得到的纳米二氧化钛复合试剂中，纳米二氧化钛的浓度分别为0、 150、300、450、600mg/L)配制花粉液授粉；如配制纳米二氧化钛浓度为150mg/L的纳米二 氧化钛复合试剂，纳米1L纳米二氧化钛复合试剂溶液中纳米二氧化钛的质量为150mg，凹凸 棒和生物炭的质量分别为30mg、7.5mg；常规花粉液中花粉的质量浓度为0.1g/L，当用纳米 二氧化钛复合试剂配制花粉液时，纳米二氧化钛试剂和花粉之间的体积比为1：9。
阳性对照组用0.1％、0.2％、0.3％、0.5％的硼酸配制花粉液；阴性对照组1直接配制花粉 液(不含试剂)；阴性对照2不套袋自然授粉；空白对照组于雌花即将开放前一天去雄套袋不 授粉。
授粉前两天选择雌蕊花柱伸出即将开放的花穗用28×36cm的木浆纸防水袋子将整个花 穗套起来，不伤到花和叶子，挂牌。于套袋后的2天内晴朗上午09:00-12:00或下午4点-6点 进行人工授粉，(阴天全天可授粉)，选择当天雌花开放数量最多、柱头伸展、洁白的雌花人 工授粉，用喷壶装满不同组别的花粉液喷施雌花进行人工授粉。配制好的花粉液在半小时内 使用完毕，否则花粉吸水过多易破裂失活，人工授粉后套上袋子，分别于授粉后2h、6h、24h、 48h、72h取下授粉后的雌蕊用FAA固定液固定保存，使用荧光显微镜进行观察处理与对照 组的花粉原味萌发情况(柱头容受性)。授粉雌花于开放第5天记录雌花数作为最终坐果率计 算的的初始坐果数。
结果：纳米二氧化钛复合试剂对‘大红袍’人工授粉后坐果率以浓度150mg/L最高，平 均单穗坐果量是对照组的1.7倍。纳米二氧化钛复合试剂对‘妃子笑’人工授粉后坐果率以 浓度150mg/L最高，平均单穗坐果量是对照组的3.7倍。
从以上实验表明：纳米二氧化钛复合试剂具有尺寸效应，可以通过气孔很容易地渗透到 植物组织中，纳米二氧化钛中加入了生物炭和凹凸棒，能充分发挥其作用，也确定纳米二氧 化钛复合试剂处理可促进荔枝花粉萌发、对柱头容受性良好，延长雌花开放和雌雄花相遇时 间，增加不同荔枝品种坐果，或可作为新的“植物生长调节剂”，对蔬菜、花卉或其他高等植 物生殖生长也可同样适用。

Claims (9)

1.一种提高荔枝花期授粉受精能力的纳米二氧化钛复合试剂，其特征在于，包括纳米二氧化钛和用于提高纳米二氧化钛粘附性的辅剂。
2.根据权利要求1所述的提高荔枝花期授粉受精能力的纳米二氧化钛复合试剂，其特征在于，所述辅剂包括但不限于生物炭、凹凸棒。
3.根据权利要求2所述的提高荔枝花期授粉受精能力的纳米二氧化钛复合试剂，其特征在于，所述纳米二氧化钛、凹凸棒和生物炭的质量比为40：5：1。
4.根据权利要求3所述的提高荔枝花期授粉受精能力的纳米二氧化钛复合试剂，其特征在于，其中，纳米二氧化钛的浓度不大于900mg/L。
5.根据权利要求4所述的提高荔枝花期授粉受精能力的纳米二氧化钛复合试剂，其特征在于，所述荔枝的品种包括但不限于桂味、妃子笑、大红袍。
6.根据权利要求5所述的提高荔枝花期授粉受精能力的纳米二氧化钛复合试剂，其特征在于，当荔枝的品种为桂味时，所述纳米二氧化钛复合试剂中，纳米二氧化钛的浓度为300-450mg/L。
7.根据权利要求5所述的提高荔枝花期授粉受精能力的纳米二氧化钛复合试剂，其特征在于，当荔枝的品种为妃子笑时，所述纳米二氧化钛复合试剂中，纳米二氧化钛的浓度为150-600mg/L。
8.根据权利要求5所述的提高荔枝花期授粉受精能力的纳米二氧化钛复合试剂，其特征在于，当荔枝的品种为大红袍时，所述纳米二氧化钛复合试剂中，纳米二氧化钛的浓度为300-450mg/L。
9.权利要求2至8任一项所述的纳米二氧化钛复合试剂的制备方法，其特征在于，先将凹凸棒、生物炭加入清水中摇匀，超声分散后，再加入纳米二氧化钛，继续超声分散一段时间即得。
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