一种能提高水稻镉耐性的纳米型叶面调控剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种能提高水稻镉耐性的纳米型叶面调控剂及其制备方法，本发明专利技术通过用介孔二氧化硅纳米颗粒装载活性成分还原型谷胱甘肽，再用壳聚糖进行封装，制备了一种纳米型叶面调控剂，具有纳米尺寸优势，能够克服叶面沉降阻力进入水稻叶片，此外具有包封性能和缓释性能，可以有效避免还原型谷胱甘肽被氧化，减少活性成分在环境中的损失，延长作用时间，提高叶面喷施的效率，且不会造成二次污染。纳米型叶面调控剂不仅可以提高镉胁迫下水稻叶片的光合作用，促进水稻生长发育，还可以通过增强抗氧化酶的活性和上调水稻镉耐性基因的表达来缓解镉对水稻造成的毒害作用，提高水稻对镉的耐性。对镉的耐性。对镉的耐性。

【技术实现步骤摘要】
一种能提高水稻镉耐性的纳米型叶面调控剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于水稻生产领域，具体涉及一种以壳聚糖封装介孔二氧化硅纳米颗粒为控释载体的纳米型叶面调控剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]Cd具有较强的溶解性，在土壤环境中容易发生迁移，从而被植物吸收，导致Cd在植物源食品中的积累。水稻是我国种植面积最大、单产最高的粮食作物，也是最易吸收和积累Cd的谷类作物。根据农业部对我国部分地区稻米质量安全普查结果，约有10％的稻米中Cd含量超过限定标准值(0.2mg/kg)，而食用大米是人类Cd摄入的重要来源。研究发现，Cd中毒会对人体健康造成严重损害，引发骨质疏松症、肾脏损伤等病症，甚至导致突变、畸形和癌症。因此，必须减少Cd在水稻中的积累，将Cd毒害最小化。现有的安全生产策略包括污染土壤修复、田间水分管理、添加土壤改良剂、筛选低Cd积累水稻品种、叶面喷施无机肥等。其中叶面喷施是一种经济实用的降低作物重金属积累的农艺措施，在污染土壤的安全生产中具有广阔的应用前景。
[0003]还原型谷胱甘肽(GSH)是一种重要的非酶类抗氧化剂，通常以较高浓度存在于绝大多数生物体中，对植物的生长发育起着重要作用。此外，GSH还在低温、干旱、盐碱及重金属等非生物胁迫中具有重要的防御作用。研究结果表明，外源GSH可以通过根系吸收运输并分配到水稻植株各个部位，减少Cd在根系中的积累，降低Cd向地上部的运输。同时，外源GSH可以显著提高水稻幼苗的叶绿素含量，促进光合作用，增加干物质的积累，缓解Cd对水稻的毒害作用。叶面喷施GSH存在易被氧化、利用率低的缺陷，而纳米控释技术可以减少GSH在施用过程中的损失，同时控制GSH在水稻体内的释放，有效延长作用时间。
[0004]介孔二氧化硅纳米颗粒(MSN)因具有多孔结构、高比表面积、结构易于调控及良好的生物相容性等特点，是一种理想的纳米载体，在药物缓控释领域显示出巨大的应用潜力。此外，硅(Si)是水稻生长不可或缺的微量元素，能够提高水稻光合作用，促进生长发育，增强抗逆性，同时研究表明硅肥可以有效抑制水稻对重金属的吸收。与普通硅肥相比，粒径较小的纳米硅更容易穿透叶片，在缓解水稻Cd毒害方面效果更好。因此将介孔二氧化硅纳米颗粒作为控释还原型谷胱甘肽的载体，制备纳米型叶面调控剂，可以更好地提高叶面喷施的效率，增强水稻对Cd的耐性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种能提高水稻镉耐性的纳米型叶面调控剂及其制备方法。本专利技术通过用介孔二氧化硅纳米颗粒装载活性成分还原型谷胱甘肽，再用壳聚糖进行封装，制备了一种纳米型叶面调控剂，具有纳米尺寸优势，能够克服叶面沉降阻力进入水稻叶片，此外具有包封性能和缓释性能，可以有效避免还原型谷胱甘肽被氧化，减少活性成分在环境中的损失，延长作用时间，提高叶面喷施的效率，且不会造成二次污染。纳米型叶面调控剂不仅可以提高镉胁迫下水稻叶片的光合作用，促进水稻生长发育，还可以通过增强
抗氧化酶的活性和上调水稻镉耐性基因的表达来缓解镉对水稻造成的毒害作用，提高水稻对镉的耐性。本专利技术对于增加农作物产量，实现污染农田安全生产，提高污染土壤植物萃取修复效率具有重要的参考意义。
[0006]本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种能提高水稻镉耐性的纳米型叶面调控剂的制备方法，具体如下：
[0008]S1：存在模板剂和扩孔剂的条件下，以正硅酸乙酯为硅源，采用溶胶凝胶法制备介孔二氧化硅纳米颗粒(MSN)；反应结束后，将所得沉淀离心干燥，去除模板剂后获得MSN粉末；
[0009]S2：将所得MSN粉末分散于还原型谷胱甘肽(GSH)的水溶液中，室温搅拌使其充分反应，离心干燥后获得负载还原型谷胱甘肽的介孔二氧化硅纳米颗粒(GSH@MSN)粉末；
[0010]S3：将所得GSH@MSN粉末分散于壳聚糖(CS)的乙酸溶液中，室温搅拌使其充分反应，离心干燥后获得壳聚糖包封、负载还原型谷胱甘肽的介孔二氧化硅纳米颗粒(GSH@MSN
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CS)粉末；
[0011]S4：将所得GSH@MSN
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CS粉末分散于水中，随后加入表面活性剂，获得GSH@MSN
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CS纳米颗粒水溶液，并作为纳米型叶面调控剂。
[0012]作为优选，所述步骤S1具体如下：
[0013]取模板剂和氢氧化钠溶于水中，随后加入扩孔剂，于80℃下磁力搅拌2h，然后逐滴加入正硅酸乙酯，得到第一混合溶液，继续搅拌2h；反应结束后，将所得溶液离心，沉淀用乙醇和去离子水多次洗涤，于100℃下烘干；将所得白色粉末在马弗炉中于550℃下煅烧6h以去除模板剂，得到MSN粉末；
[0014]作为优选，所述模板剂为十六烷基三甲基溴化铵，扩孔剂为均三甲苯。
[0015]进一步的，所述第一混合溶液中，模板剂、氢氧化钠、扩孔剂、正硅酸乙酯和水的质量比为1:0.28:6:4.6:500。
[0016]作为优选，所述步骤S2具体如下：
[0017]将所得MSN粉末分散于还原型谷胱甘肽的水溶液中，得到第二混合溶液，室温下磁力搅拌48h；反应结束后，将所得溶液离心，沉淀用水多次洗涤后冷冻干燥，得到GSH@MSN粉末；所述第二混合溶液中，MSN粉末、还原型谷胱甘肽和水的质量比为1:5:200。
[0018]作为优选，所述步骤S3具体如下：
[0019]将所得GSH@MSN粉末分散于pH为6.0的壳聚糖的乙酸溶液中，得到第三混合溶液，室温下磁力搅拌36h；反应结束后，将所得溶液离心，沉淀用去离子水多次洗涤后冷冻干燥，得到GSH@MSN
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CS粉末；所述乙酸溶液的体积分数为10％，壳聚糖、乙酸溶液和GSH@MSN粉末质量比为1.2:200:1。
[0020]作为优选，所述步骤S4具体如下：
[0021]将所得GSH@MSN
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CS粉末分散于水中，随后加入表面活性剂，得到第四混合溶液，超声20～30min，得到纳米型叶面调控剂；所述表面活性剂为吐温80。
[0022]进一步的，所述GSH@MSN
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CS粉末的水溶液浓度为37mg/L，第四混合溶液中表面活性剂的体积分数为0.1％。
[0023]第二方面，本专利技术提供了一种根据第一方面任一所述制备方法得到的纳米型叶面
调控剂。
[0024]作为优选，所述纳米型叶面调控剂为平均粒径100nm的球形结构。
[0025]作为优选，所述纳米型叶面调控剂的装载率为54.0％。
[0026]本专利技术相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
[0027]1)本专利技术通过用介孔二氧化硅纳米颗粒装载还原型谷胱甘肽，再用壳聚糖进行封装，制备了一种能够提高水稻Cd耐性的纳米型叶面调控剂，粒径在100nm左右，具有较好的渗透性；此纳米型叶面调控剂具有包封性能和缓释性能，可以有效避免还原型谷胱甘肽被氧化，减少活性成分在环境中的损失，从而提高叶面喷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能提高水稻镉耐性的纳米型叶面调控剂的制备方法，其特征在于，具体如下：S1：存在模板剂和扩孔剂的条件下，以正硅酸乙酯为硅源，采用溶胶凝胶法制备介孔二氧化硅纳米颗粒；反应结束后，将所得沉淀离心干燥，去除模板剂后获得MSN粉末；S2：将所得MSN粉末分散于还原型谷胱甘肽的水溶液中，室温搅拌使其充分反应，离心干燥后获得GSH@MSN粉末；S3：将所得GSH@MSN粉末分散于壳聚糖的乙酸溶液中，室温搅拌使其充分反应，离心干燥后获得GSH@MSN
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CS粉末；S4：将所得GSH@MSN
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CS粉末分散于水中，随后加入表面活性剂，获得GSH@MSN
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CS纳米颗粒水溶液，并作为纳米型叶面调控剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体如下：取模板剂和氢氧化钠溶于水中，随后加入扩孔剂，于80℃下搅拌2h，然后逐滴加入正硅酸乙酯，得到第一混合溶液，继续搅拌2h；反应结束后，将所得溶液离心，沉淀用乙醇和水多次洗涤，于100℃下烘干；将所得白色粉末于550℃下煅烧6h以去除模板剂，得到MSN粉末；作为优选，所述模板剂为十六烷基三甲基溴化铵，扩孔剂为均三甲苯。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合溶液中，模板剂、氢氧化钠、扩孔剂、正硅酸乙酯和水的质量比为1:0.28:6:4.6:500。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体如下：将所得MSN粉末分散于还...

【专利技术属性】
技术研发人员：林琦，陈俊乔，秦宏，沈超峰，楼莉萍，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：