一种促进植物光合作用的叶片表面的纳米转光技术制造技术

本发明专利技术属于纳米材料技术领域，公开了一种促进豆芽光合作用的叶片表面的纳米转光方法。制备方法具体包括以下步骤：A、油浴回流法制备溶胶二氧化硅；B、油浴回流和水热法制备六方相NaYF4:Yb,Er上转换纳米颗粒；C、水热法制备CDs；D、通过机械搅拌方式将溶胶二氧化硅、碳点与NaYF4:Yb,Er复合，洗涤干燥得到NaYF4:Yb,Er/碳点纳米复合转光材料。所得纳米复合发光材料配成悬浊液喷洒于豆苗叶片表面，实现叶片表面转光(吸收近红外光发射红光)，从而促进豆苗光合速率，并且进行豆苗叶片荧光成像。本发明专利技术制备得到的复合材料纳米颗粒具有良好的水分散性和稳定性。在光照农业和植物成像有着潜在的应用前景。

A Nano-Light Conversion Technology for Promoting Plant Photosynthesis on Leaf Surface

【技术实现步骤摘要】
一种促进植物光合作用的叶片表面的纳米转光技术
本专利技术属于纳米材料
，特别涉及一种促进豆芽光合作用的叶片表面的纳米转光方法。
技术介绍
植物作为环境的重要组成部分，在维持生态平衡方面发挥着重要作用，是动物和人类的主要食物来源之一。植物生长和形态发生所需要的能量主要由光提供，通过光合作用来实现植物营养和生殖生长中的各种生理行为。植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，是一种正常的生理代谢过程。众所周知，从紫外光到800nm波长的光对植物的形态结构有一定的影响。特别是蓝光(400-500nm)、红光(600nm-700nm)和远红光(700nm-800nm)对植物生长发育有重要影响。光的波长范围从400nm到700nm被称为光合作用的有效能区，直接影响植物的光合作用。绿色和近红外能量区(>800nm)没有被植物利用。然而，植物对光的吸收仅限于光合作用过程中的可见光谱范围。加强太阳光转换势在必行，最大限度地利用太阳光具有重要意义。光转换材料的性质取决于它的吸收(ABS)和光致发光(PL)带。到目前为止，各种光转换材料已经开发出来。一般来说，它们能成功地将紫外光转换成蓝色、红色或远红色区域。然而，大部分太阳光是红外光。目前还没有相关的研究来实现红外光转换促进植物生长。这是一个相当大的挑战。非常有必要开展这方面的研究。稀土掺杂的NaYF4UCNPs被认为是最有效的上转换发光纳米材料之一，不仅光稳定性强、发射带窄、荧光寿命长、化学稳定性高、潜在生物毒性低，而且采用近红外连续激发光源激发还使其具有较大的光穿透深度、无光闪烁和光漂白、无生物组织自发荧光以及对生物组织几乎无损伤等显著优点。NaYF4:Yb,ErUCNPs具有通过多光子吸收将近红外(NIR)光转化为可见光(绿色和红色)的能力。另一方面，碳点(CDs)由于其独特的、可调谐的光致发光(PL)、低或无毒性、高水溶性、明显的生物相容性、生物降解性、丰富的原料和低廉的成本成为碳基纳米材料中的一颗新星。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种促进豆芽光合作用的叶片表面的纳米转光方法；该方法方便快捷、环保安全、应用性强，实用价值高。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种促进豆芽光合作用的叶片表面的纳米转光方法，包括以下步骤：取生长一周大的豆苗放置于太阳光下培育，叶面喷洒浓度为0.5mg/mL的NaYF4:Yb,Er/碳点纳米复合转光材料悬浊液，叶片表面形成均匀的液珠，每隔一天喷洒一次；喷洒处理两周之后豆苗生长壮大，光合速率增加。所述NaYF4:Yb,Er/碳点纳米复合转光材料是按照以下方法制备得到：A、将TEOS、EtOH、H2O和pH值为2的盐酸按照摩尔比1：4：5：0.2混合，在温度100℃内回流90min，最终pH值调节至2，得到二氧化硅溶胶；B、将20mL油酸、1.16g氢氧化钠、7mL无水乙醇和9mL去离子水混合均匀，在剧烈搅拌下加入7mL含有YCl3、YbCl3、ErCl3的水溶液和5mmolNaF，加热至沸腾回流，搅拌6小时，得到混合物；所述7mL含有YCl3、YbCl3、ErCl3的水溶液中YCl3、YbCl3、ErCl3的摩尔比39:10:1，一共为1mmol；C、将步骤B所得混合物转移到50mL不锈钢高压釜，190℃条件下水热处理24h；然后自然冷却至室温后，加入无水乙醇回流混合物离心分离三次，最后在60℃条件下真空干燥6h，得到NaYF4:Yb,ErUCNPs；D、在10mL丙酮中加入3mmol柠檬酸和10mmol硫脲，混合后倒入30mL不锈钢高压釜，160℃条件下水热处理8h，然后在15000r/min条件下离心5分钟。用石油醚和乙酸乙酯清洗上层清液，再在15000r/min条件下离心5分钟，最终产物用20毫升乙醇溶解，得到CDs溶液；E、取4mL步骤A所得二氧化硅溶胶，加入0.1g步骤C所得NaYF4:Yb,ErUCNPs，然后将1mL步骤D所得CDs溶液倒入混合溶液中；混合体系继续搅拌，直到形成均匀的凝胶；所得凝胶在60℃下真空干燥6h，干燥物研磨成粉，得到碳点纳米复合发光材料。步骤A中所述的二氧化硅溶胶在使用之前放置于-4℃下保存，保存周期20天；所述的H2O是去离子水。步骤C中所述的无水乙醇的用量为20mL；步骤C和步骤D中所述的不锈钢反应釜为聚四氟乙烯内衬反应釜；步骤C和步骤E中所述的真空干燥是在真空干燥箱中以压强-0.5KPa条件下进行的。在本专利技术中，二氧化硅溶胶起到多种作用。SiO2作为NaYF4与碳点中间介质，可能起到能量传递的作用；SiO2作为常用到NaYF4表面修饰物质；SiO2还可以作为表面态转换的作用，在表面上进行接枝其它官能团或者金属离子。本专利技术选取的豆苗为生长状况良好的、差异较小的豆苗，随机选取的原则。转光测试实验重复三次以避免偶然现象。本文采用溶胶-凝胶法制备了NaYF4:Yb,Er@CDs纳米复合转光材料。碳点作为亚能级结构调控NaYF4:Yb,Er纳米颗粒上转换发光红绿比变化，增强上转换红光发射。众所周知，红光是植物生长和光合作用所必需的光。因此，提高上转换红光发射具有重要意义。我们将NaYF4:Yb,Er@CDs纳米复合转光材料溶液喷洒在豆芽叶片表面，实现叶片表面转光的作用，豆芽叶片表面的NaYF4:Yb,Er@CDs纳米复合发光颗粒可以稳定附着在叶片表面且，吸收太阳光发射的近红外光并将其转化为可见光，进而增强豆芽光合作用。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：(1)本专利技术纳米复合发光材料水溶液喷洒豆芽叶片表面提高豆芽光合速率，蒸腾速率，气孔导度，叶绿素含量，并且可以促进豆芽生长。(2)本专利技术制备的复合材料具有能量传递效应，CDs可以增强上转换红光发射，具有强的生物荧光成像效果。(3)本专利技术制备方法工艺简单，易于操作，采用的原料廉价易得，方法绿色环保。附图说明图1为透射电镜图，其中a)为NaYF4:Yb,Er纳米颗粒透射电镜图，其插图为NaYF4:Yb,Er纳米颗粒晶格条纹间距图；b)为NaYF4:Yb,Er/碳点纳米复合发光材料地透射电镜图；c)为碳点透射电镜图，其插图为碳点晶格条纹间距图。图2为NaYF4:Yb,Er与NaYF4:Yb,Er/碳点纳米复合发光材料的X射线衍射图。图3为NaYF4:Yb,Er/碳点纳米复合转光材料溶液喷洒豆芽叶片表面两周后日光下的图片。图4为不同材料溶液喷洒于豆芽叶片处理后光合速率，蒸腾速率，气孔导度，叶绿素含量，根长茎长，干重湿重，叶片面积叶片数量数据图。图5为豆芽叶片表面激光共聚焦图(激发光源为980nm激发光源)。具体实施方法下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1：NaYF4:Yb,Er纳米颗粒的制备A、将油酸(20ml)、氢氧化钠(1.16g)、无水乙醇(7ml)、去离子水(9ml)混合均匀，在剧烈搅拌下加入7ml含有YCl3、YbCl3、ErCl3的水溶液(其中YCl3、YbCl3、ErCl3共1mmol，三者摩尔比为39:10:1)和NaF(5mmol)，加热至沸腾回流，搅拌6小时，得到混合物。B、将混合物转移到50mL不锈钢高压釜，190℃条件下水热处理24h。样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种促进豆芽光合作用的叶片表面的纳米转光方法，其特征在于包括以下步骤：取生长一周大的豆苗放置于太阳光下培育，叶面喷洒浓度为0.5mg/mL的NaYF4:Yb,Er/碳点纳米复合转光材料悬浊液，叶片表面形成均匀的液珠，每隔一天喷洒一次；喷洒处理两周之后豆苗生长壮大，光合速率增加。

【技术特征摘要】
1.一种促进豆芽光合作用的叶片表面的纳米转光方法，其特征在于包括以下步骤：取生长一周大的豆苗放置于太阳光下培育，叶面喷洒浓度为0.5mg/mL的NaYF4:Yb,Er/碳点纳米复合转光材料悬浊液，叶片表面形成均匀的液珠，每隔一天喷洒一次；喷洒处理两周之后豆苗生长壮大，光合速率增加。2.根据权利要求1所述的一种促进豆芽光合作用的叶片表面的纳米转光方法，其特征在于：所述NaYF4:Yb,Er/碳点纳米复合转光材料是按照以下方法制备得到：A、将TEOS、EtOH、H2O和pH值为2的盐酸按照摩尔比1：4：5：0.2混合，在温度100℃内回流90min，最终pH值调节至2，得到二氧化硅溶胶；B、将20mL油酸、1.16g氢氧化钠、7mL无水乙醇和9mL去离子水混合均匀，在剧烈搅拌下加入7mL含有YCl3、YbCl3、ErCl3的水溶液和5mmolNaF，加热至沸腾回流，搅拌6小时，得到混合物；所述7mL含有YCl3、YbCl3、ErCl3的水溶液中YCl3、YbCl3、ErCl3的摩尔比39:10:1，一共为1mmol；C、将步骤B所得混合物转移到50mL不锈钢高压釜，190℃条件下水热处理24h；然后自然冷却至室温后，加入无水乙醇回流混合物离...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄健乐，许晓凯，许粮锋，刘应亮，雷炳富，郑义浩，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44