CN114507361A - 一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于植物无土栽培技术领域，具体涉及一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶及其制备方法。本发明向水中加入琼脂糖和活性炭，水与琼脂糖和活性炭的质量比为1：0.01：(0.001‑0.004)，将得到的溶液超声1‑1.2h；再将溶液加热到95‑98℃后再开始搅拌，当琼脂糖完全溶解后停止搅拌；将得到的溶液静置冷却，得到琼脂活性炭水凝胶。纯琼脂糖水凝胶力学性能差，活性炭填充的琼脂糖水凝胶具有良好的力学性能、热稳定能和高度发达的孔隙结构，并有利于提高水凝胶的吸水能力，从而提高种子发芽率。本发明减少了土壤环境因素对种子发芽影响，利用活性炭提高琼脂糖水凝胶性能、改善种子萌发和植物生长。
Description
技术领域
本发明属于植物无土栽培技术领域，具体涉及一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶及其制备方法。
背景技术
目前，水凝胶由于是三维网络结构的聚合物和高分子亲水材料，不管是在水体净化方面还是农业方面都有着巨大的前景。目前水凝胶的应用已经遍布到再生医学、药物缓解、水体净化、农业保水材料等方面。特别的，对于水凝胶在农业保水材料这一方面许多科研人员也在此领域展开了许多研究。采用水凝胶无土栽培方法，利用水凝胶的高保水性，使植物在无土条件下发芽生长。其优点为可储存大量水和营养物质，种子不受土壤里各种物质的影响。其局限性为水中营养物质需要定时更换，频繁更换营养液，会阻碍植物生长，并且水培不适合干旱地区。若使用纯琼脂糖水凝胶进行无土栽培，纯琼脂糖水凝胶力学性能又较差，种子的发芽率也较低。
发明内容
针对现有技术中频繁更换营养液阻碍植物生长，并且水培不适合干旱地区，但若使用纯琼脂糖水凝胶进行无土栽培，纯琼脂糖水凝胶力学性能又较差，种子的发芽率也较低的问题，本发明提供了一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶及其制备方法。
本发明一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶，由水、琼脂糖和活性炭组成，所述水、琼脂糖和活性炭的质量比为1：0.01：(0.001-0.004)。
采用该技术方案后，纯琼脂糖水凝胶力学性能差，活性炭可以提高琼脂糖水凝胶的性能和提高种子生长率并且活性炭填充的琼脂糖凝胶具有良好的力学性能、热稳定能、和高度发达的孔隙结构，并且向纯琼脂水凝胶中加入活性炭，有利于提高水凝胶的吸水能力。
本发明还提供了一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：向水中加入质量比为1：(0.1-0.4)的琼脂糖和活性炭，将得到的溶液进行超声处理1-1.2h；
步骤二：将步骤一得到的溶液放入加热搅拌装置中加热到95-98℃后再开始搅拌，当琼脂糖完全溶解后停止搅拌；
步骤三：将步骤二得到的溶液静置冷却，得到琼脂活性炭水凝胶。
采用该技术方案后，将种子用琼脂活性炭水凝胶培养减少了土壤环境因素对种子发芽影响，利用活性炭提高琼脂糖水凝胶性能、改善种子萌发和植物生长。过少活性炭的加入不能增强水凝胶的保水性；过多活性炭会导致水凝胶水分过多，会阻碍种子呼吸，使之腐烂，长毛，最终导致发芽失败。
作为优选，步骤一中所用的琼脂糖的熔点为260-481.5℃，密度为1.7-1.9g/cm3。
作为优选，步骤一中进行超声处理时的温度15-25℃。
采用该技术方案后，便于将琼脂糖和活性炭与水充分融合。
作为优选，步骤一中进行超声处理时的频率为80-90KHz。
采用该技术方案后，便于将琼脂糖和活性炭与水充分融合。
作为优选，步骤二中加热的方式为水浴加热。
采用该技术方案后，使溶液受热均匀，便于控制溶液温度。
作为优选，步骤二中所述加热搅拌装置为集热式恒温加热磁力搅拌器。
采用该技术方案后，集热式恒温加热磁力搅拌器对溶液进行加热搅拌简单易操作。
作为优选，步骤二中加热搅拌的时间为40-60h。
采用该技术方案后，使溶液充分混合均匀。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.减少土壤环境因素对种子发芽影响。
2.利用活性炭提高琼脂糖水凝胶性能、改善种子萌发和植物生长。
3.在土壤严重退化或严重污染但必须进行蔬菜生产的地方，无土栽培为最有效的方式，且无土栽培与传统土壤栽培相比节约用水50～70％。
附图说明
图1为本发明的活性炭填充琼脂糖水凝胶电镜图；
图2为本发明的纯琼脂糖水凝胶电镜图；
图3为本发明的活性炭填充琼脂糖水凝胶热重分析图；
图4为本发明纯琼脂糖水凝胶热重分析图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
本发明一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶，由水、琼脂糖和活性炭组成，所述水、琼脂糖和活性炭的质量比为1：0.01：0.001。
本发明一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：向100ml去离子水中加入1g琼脂糖和0.1g的活性炭粉末，将得到的溶液在温度为25℃的环境下超声1h，超声频率为80KHz；
步骤二：将经过步骤一得到的溶液放入集热式恒温加热磁力搅拌器中水浴加热至95℃后再搅拌直到琼脂糖完全溶解(约1h)；
步骤三：将经过步骤二得到的溶液静置冷却，得到琼脂活性炭水凝胶；
步骤四：向制备好的水凝胶中均匀播种十粒苜蓿种子，并观察其生长情况，最终种子的发芽率为40％。
实施例2
本发明一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶，由水、琼脂糖和活性炭组成，所述水、琼脂糖和活性炭的质量比为1：0.01：0.003。
本发明一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：向100ml去离子水中加入1g琼脂糖和0.3g的活性炭粉末，将得到的溶液在温度为25℃的环境下超声1h，超声频率为80KHz；
步骤二：将经过步骤一得到的溶液放入集热式恒温加热磁力搅拌器中水浴加热至95℃后再搅拌直到琼脂糖完全溶解(约1h)；
步骤三：将经过步骤二得到的溶液静置冷却，得到琼脂活性炭水凝胶；
步骤四：向制备好的水凝胶中均匀播种十粒苜蓿种子，并观察其生长情况，最终种子的发芽率为60％。
对比例1
本发明一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶，由水、琼脂糖和活性炭组成，所述水、琼脂糖和活性炭的质量比为1：0.01：0.005。
本发明一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：向100ml去离子水中加入1g琼脂糖和0.5g的活性炭粉末，将得到的溶液在温度为25℃的环境下超声1h，超声频率为80KHz；
步骤二：将经过步骤一得到的溶液放入集热式恒温加热磁力搅拌器中水浴加热至95℃后再搅拌直到琼脂糖完全溶解(约1h)；
步骤三：将经过步骤二得到的溶液静置冷却，得到琼脂活性炭水凝胶；
步骤四：向制备好的水凝胶中均匀播种十粒苜蓿种子，并观察其生长情况，最终种子的发芽率为10％。
对比例2
本发明一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶，由水、琼脂糖和活性炭组成，所述水、琼脂糖和活性炭的质量比为1：0.01：0.007。
本发明一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：向100ml去离子水中加入1g琼脂糖和0.7g的活性炭粉末，将得到的溶液在温度为25℃的环境下超声1h，超声频率为80KHz；
步骤二：将经过步骤一得到的溶液放入集热式恒温加热磁力搅拌器中水浴加热至95℃后再搅拌直到琼脂糖完全溶解(约1h)；
步骤三：将经过步骤二得到的溶液静置冷却，得到琼脂活性炭水凝胶；
步骤四：向制备好的水凝胶中均匀播种十粒苜蓿种子，并观察其生长情况，最终种子的发芽率为0％。
对比例3
本对比例为空白对比例，本对比例中不加入活性炭，水和琼脂糖的质量比为1：0.1，得到的水凝胶为纯琼脂糖水凝胶。
步骤一：向100ml去离子水中加入1g琼脂糖，将得到的溶液在温度为25℃的环境下超声1h，超声频率为80KHz；
步骤二：将经过步骤一得到的溶液放入集热式恒温加热磁力搅拌器中水浴加热至95℃后再搅拌直到琼脂糖完全溶解(约1h)；
步骤三：将经过步骤二得到的溶液静置冷却，得到纯琼脂糖水凝胶；
步骤四：向制备好的水凝胶中均匀播种十粒苜蓿种子，并观察其生长情况，最终种子的发芽率为20％。
从实施例和对比例的种子发芽率结果可以看出，对比例的种子发芽率低于实施例的种子发芽率，这说明不加活性炭或加入的活性炭过多都对种子的发芽率有影响。从上述实施例和对比例中可以看出当水与琼脂糖和活性炭的质量比为1：0.01：0.003时种子的发芽率最高。这是因为加入适量的活性炭增强了水凝胶的保水性，从而提高了种子的发芽率；但过多活性炭会导致水凝胶水分过多，会阻碍种子呼吸，使之腐烂，长毛，最终导致发芽失败，使种子发芽率降低。
为了探究加入活性炭对水凝胶的结构和性能的影响，对实施例2(水与琼脂糖和活性炭的质量比为1：0.01：0.003)和对比例3(纯琼脂糖水凝胶)制备出来的水凝胶进行了电镜扫描实验(100μm)，实施例2的电镜扫描实验结果如图1所示，对比例3的电镜扫描实验结果如图2所示。如图1和图2所示，与琼脂糖水凝胶相比，活性炭填充琼脂糖水凝胶具有良好的热稳定能、和高度发达的孔隙结构，纯琼脂水凝胶空隙较小，较平滑，活性炭填充琼脂糖水凝胶较粗糙说明活性炭已经附着在水凝胶上，并且水凝胶空隙较大，有利于水凝胶内其他营养物质的运输，促进种子发芽。
基于电镜实验的实验结果，又对实施例2(水与琼脂糖和活性炭的质量比为1：0.01：0.003)和对比例3(纯琼脂糖水凝胶)制备出来得水凝胶进行了热重分析，其中对比例3的热重分析结果如图4所示，实施例2的热重分析结果如图3所示。如图3所示，活性炭填充琼脂糖水凝胶最大质量损失率的温度为283℃，如图4所示，纯琼脂糖水凝胶最大损失率为279℃；如图4所示，纯琼脂糖水凝胶在266.7℃开始分解，但如图3所示活性炭填充琼脂糖水凝胶推迟到268℃开始分解，这说明活性炭填充琼脂糖水凝胶存在具有良好的热稳定性。
综上所述，纯琼脂糖水凝胶力学性能差，活性炭可以提高琼脂糖水凝胶的性能和提高种子生长率并且活性炭填充的琼脂糖凝胶具有良好的力学性能、热稳定能、和高度发达的孔隙结构，并且向纯琼脂水凝胶中加入活性炭，有利于提高水凝胶的吸水能力，因此有利于提高种子的发芽率和有利于种子的生长。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (8)
1.一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶，其特征在于：由水、琼脂糖和活性炭组成，所述水、琼脂糖和活性炭的质量比为1：0.01：(0.001-0.004)。
2.一种权利要求1所述的无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：向水中加入质量比为1：(0.1-0.4)的琼脂糖和活性炭，将得到的溶液进行超声处理1-1.2h；
步骤二：将步骤一得到的溶液放入加热搅拌装置中加热到95-98℃后再开始搅拌，当琼脂糖完全溶解后停止搅拌；
步骤三：将步骤二得到的溶液静置冷却，得到琼脂活性炭水凝胶。
3.根据权利要求2所述的一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤一中所述的琼脂糖的熔点为260-481.5℃，密度为1.7-1.9g/cm3。
4.根据权利要求2所述的一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤一中超声处理时的温度为15-25℃。
5.根据权利要求2所述的一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤一中超声处理时的频率为80-90KHz。
6.根据权利要求2所述的一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤二中加热的方式为水浴加热。
7.根据权利要求2所述的一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤二中所述的加热搅拌装置为集热式恒温加热磁力搅拌器。
8.根据权利要求2所述的一种无土栽培种子用琼脂活性炭水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤二中加热搅拌的时间为40-60h。
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- 2022-02-28 CN CN202210186435.4A patent/CN114507361B/zh active Active
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Also Published As
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