CN113575313A - 一种铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用 - Google Patents

一种铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及纳米农业技术领域，具体公开了一种铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用。所述铜纳米肥是零价Cu纳米材料，尺寸在1‑10nm。本发明能显著增加番茄抗性，减缓番茄叶部的老化，增强光合作用，促进根部生长及养分吸收，提高番茄产量。同时，Cu在番茄果实内没有富集。本发明的Cu基纳米肥料应用于番茄种植具有绿色、生物安全性的优势。

Description

一种铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用
技术领域
本发明涉及纳米农业技术领域，具体公开了一种铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用。
背景技术
***DESA在2015年就曾预测：在2050年世界人口将突破98亿，粮食的需求将达到现有产量的两倍。目前全球每年粮食生产将消耗1.87亿吨化肥和400万吨传统农药，且使用量在逐年攀升。而肥料和农药的利用率只有30％～50％，大量化肥和农药的施用造成极其严重的环境问题。因此，革新农业技术，探索农业生产的可持续发展势在必行。
随着纳米技术的飞速发展，以人工纳米材料(ENMs)生产的纳米化肥、纳米农药等新颖纳米农业产品，在提高作物产量、提升作物品质和降低病虫害等方面已经显现出巨大潜力。番茄是世界主要的经济作物，也是人们喜欢的农产品之一。因此，提高番茄产量对日益增加的粮食需求特别重要。但是现有技术中未见关于纳米肥应用于番茄增产中的应用。
发明内容
针对前述技术问题，本发明提供以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用，所述铜纳米肥是零价Cu纳米材料，尺寸在1-10nm。
作为本发明的一种实施方式，将零价Cu纳米材料配制为铜纳米肥溶液；所述铜纳米肥溶液的施加方式是根部滴加，和/或叶面喷施。
作为本发明的一种实施方式，所述铜纳米肥溶液采用水作为溶剂。
作为本发明的一种实施方式，根部施加所采用的铜纳米肥溶液的浓度为0.01-10mg/L。
作为本发明的一种实施方式，根部施加所采用的铜纳米肥溶液的浓度为0.1-5mg/L。
作为本发明的一种实施方式，根部施加所采用的铜纳米肥溶液的体积为50-150mL/株。
作为本发明的一种实施方式，根部施加所采用的铜纳米肥溶液的体积为80-120mL/株。
作为本发明的一种实施方式，叶面喷施所采用的铜纳米肥溶液的浓度为0.1-20mg/L。
作为本发明的一种实施方式，叶面喷施所采用的铜纳米肥溶液的浓度为5-15mg/L。
作为本发明的一种实施方式，叶面喷施所采用的铜纳米肥溶液的体积为1-100mL/株。
作为本发明的一种实施方式，叶面喷施所采用的铜纳米肥溶液的体积为20-50mL/株。
作为本发明的一种实施方式，铜纳米肥的施加时期是番茄出现第一个四叶一心时期。
作为本发明的一种实施方式，铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用依次包括如下步骤：
(1)番茄种子消毒；
(2)培养皿培养出芽；
(3)土培：当番茄幼苗长到四叶一心时，施加铜纳米肥。
作为本发明的一种实施方式，所述步骤(1)具体为：将番茄种子在5％次氯酸钠溶液中消毒10分钟，然后用去离子水冲洗3次。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明公开了一种铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用。铜纳米肥的粒径尺寸在1-10nm，能显著增加番茄抗性，减缓番茄叶部的老化，增强光合作用，促进根部生长及养分吸收，提高番茄产量。同时，Cu在番茄果实内没有富集。因此，本发明的Cu基纳米肥料应用于番茄种植具有绿色、生物安全性的优势。
(2)与未施加纳米Cu肥料种植得到的番茄相比，本发明的施加纳米Cu肥料种植得到的番茄，番茄植株内抗氧化酶活性显著提升：抗性关键酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)及过氧化物酶(POD)分别提高了17.95％、128.57％、25.92％；促进根部生长及养分吸收：根部生长素合成基因表达提高了111.8％，新根尖数增加了100％，N，P的吸收分别增加了21.8％和17.2％；光合作用显著增强：净光合速率增加了25％；番茄产量明显提升：番茄产量提高了12.21％；叶片中Cu含量提高了30.2％，且Cu没有在果实内富集增加。
(3)在本发明的研究中发现Cu纳米肥提高番茄产量的主要机制有以下两个方面：
a.Cu纳米肥促进光合作用：Cu纳米肥的施加提高了番茄叶片中Cu的含量，而Cu元素是番茄的抗氧化酶(SOD，CAT和POD)的核心元素。Cu纳米肥能够提升番茄叶片中抗氧化酶的活性，减缓叶片变黄和老化，提高叶片的光合作用。
b.Cu纳米肥促进番茄根部生长及养分吸收：在根部，Cu纳米肥提高了番茄的生长素合成基因的表达，增加生长素的合成，促进根部，尤其是番茄新根的生长，增加了番茄植株对于N，P等养分的吸收。
附图说明
附图1：实施例1中使用Cu纳米肥的TEM图及尺寸分布；
附图2：实施例1中使用Cu纳米肥的尺寸分布；
附图3：实施例1中Cu纳米肥对番茄叶片Cu含量的提升；
附图4：实施例1中Cu纳米肥对番茄光合速率的提升；
附图5：实施例1中Cu纳米肥对番茄超氧化物歧化酶(SOD)的提升；
附图6：实施例1中Cu纳米肥对番茄过氧化氢酶(CAT)的提升；
附图7：实施例1中Cu纳米肥对番茄过氧化物酶(POD)的提升；
附图8：实施例1中Cu纳米肥提高根部生长素合成基因的表达；
附图9：实施例1中Cu纳米肥促进番茄根尖数的生长；
附图10：实施例1中Cu纳米肥在根部增加P和K养分的吸收；
附图11：实施例1中Cu纳米肥对番茄产量的提升；
附图12：实施例1中番茄果实中Cu的含量；
附图13：实施例2中2μm的零价Cu微米材料的SEM照片。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。
主要的测定方法：
(1)元素的测定：样品中元素Cu、P和K含量由标准ICP技术测得。其中元素Cu、P、K的测定方法：
取干燥样品(25mg)加3mL硝酸和3mL超纯水放入消解管，利用微波消解仪消解，消解参数设置：1600W，190℃，75min，所得溶液经过滤膜(0.22μmPES)过滤后定容至50mL，4℃保存待测。
溶液的浓度采用三重四极杆电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)测定。定量标准曲线利用多元素标准溶液(ICP分析用，GNM-M203814-2013)配置，根据仪器的检出限，P和K元素标准曲线浓度设置为：0，50，100，200，500，1000，10000ug/L；Cu元素的标准曲线浓度设置为：0，0.5，1，2，5，10，100ug/L。具体检测方法参考文献(Zuluaga,J.,Rodriguez,N.,Rivas-Ramirez,I.,de la Fuente,V.,Rufo,L.,Amils,R.,2011.An improved semiquantitativemethod for elemental analysis of plants using inductive coupled plasma massspectrometry.Biol.Trace Elem.Res.144,1302-1317)。
(2)抗氧化酶的测定：抗氧化酶包括超氧化歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)以及过氧化氢酶(CAT)，具体检测方法参考文献(王保成,朱惠霞,武军艳,2006.芸芥自交亲和系与自交不亲和系SOD、POD和CAT酶活性.中国油料作物学报,028,162-165,171)。
(3)关键基因的测定：所有的基因表达数据均由定量PCR技术测得。采用通用植物总RNA提取试剂盒(Takara，Japan)提取植物的总RNA。提取的RNA用超微量分光光度计测定样品的纯度和浓度，检验合格的RNA进行后续反转录实验。随后用RNA反转录试剂盒(Takara，Japan)将符合要求的RNA样品反转录成cDNA，-80℃保存备用。
试验材料的来源：
2nm的零价Cu纳米材料、2μm零价Cu纳米材料可采用市售材料或自主制备材料。
番茄种子来自江苏省农业科学院。
实施例1(NCs)
2nm的零价Cu纳米材料(TEM图参见图1)作为肥料在促进番茄抗性及产量的应用，包括如下步骤：
(1)将番茄种子在5％次氯酸钠溶液中消毒10分钟，然后用去离子水冲洗3次；
(2)消毒完成后将种子在去离子水中浸泡4小时，然后将种子放进垫有潮湿滤纸的培养皿中，在温室黑暗条件下培养，每天定时喷水；
(3)培养5天后，挑选出芽均匀的种子，转移到5.0kg的土培器皿中；
(4)当番茄幼苗长到四叶一心时，根部滴加1mg/L的2nm的零价Cu纳米肥水溶液100mL/株。
在番茄成熟期测试光合、根部、产量等参数。
对照例1(CK)
一种不施加纳米Cu肥料的番茄种植方法，参照实施例1，区别仅在于不施加零价Cu纳米肥。
结果发现，与对照例1的不施加纳米Cu肥料种植得到的番茄相比，实施例1的施加纳米Cu肥料种植得到的番茄，叶片中Cu含量提高了30.2％(图3)，番茄净光合速率增加了25％(图4)；抗性关键酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)及过氧化物酶(POD)分别提高了17.95％(图5)、128.57％(图6)、25.92％(图7)；根部生长素合成基因表达提高了111.8％(图8)，新根尖数增加了100％(图9)，N，P的吸收分别增加了21.8％和17.2％(图10)；最终番茄产量提高了12.21％(图11)。对实施例1的施加纳米Cu肥料种植得到的番茄果实进行测试，发现相比对照例1，Cu没有在果实内富集增加(图12，根据实验测定，纳米Cu肥料处理后的番茄果实与对照CK相比，果实内铜含量没有显著性差异)。
根据中国营养学会发布的《中国居民膳食指南》，拟定一天可食用300g番茄，具体数据如表1。食用本发明培养的番茄，人体铜摄入量低于参考值，因此本发明培养的番茄属于安全食品。
表1
Figure BDA0003184621260000041
Figure BDA0003184621260000051
实施例2
调整实施例1中Cu肥为2μm零价Cu纳米材料(SEM图参见图13)和Cu离子溶液，其他参数和实施例1保持一致，在番茄成熟期测试其光合、抗氧化酶、产量等参数。结果如表1所示：
表1
Figure BDA0003184621260000052
注：(Cu富集的具体评价标准为：纳米Cu肥料处理后的番茄果实与对照CK相比，果实内铜含量有显著性增加)
实施例3
调整实施例1中Cu肥施加量，浓度仍为1mg/L，施加体积在50-150mL/株调节。其他参数和实施例1保持一致，在番茄成熟期测试其光合、抗氧化酶、产量等参数。如表2所示：
表2
Figure BDA0003184621260000053
注：(Cu富集的具体评价标准为：纳米Cu肥料处理后的番茄果实与对照CK相比，果实内铜含量有显著性增加)
实施例4
调整实施例1中Cu肥施加方式为叶面施肥，浓度为10mg/L，施加体积在1-100mL/株调节。其他参数和实施例1保持一致，在番茄成熟期测试其光合、抗氧化酶、产量等参数。如表3所示：
表3
Figure BDA0003184621260000061
注：(Cu富集的具体评价标准为：纳米Cu肥料处理后的番茄果实与对照CK相比，果实内铜含量有显著性增加)
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用，其特征在于，所述铜纳米肥是零价Cu纳米材料，尺寸在1-10nm。
2.根据权利要求1所述的铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用，其特征在于，将零价Cu纳米材料配制为铜纳米肥溶液；所述铜纳米肥溶液的施加方式是根部滴加，和/或叶面喷施。
3.根据权利要求2所述的铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用，其特征在于，根部施加所采用的铜纳米肥溶液的浓度为0.01-10mg/L。
4.根据权利要求2所述的铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用，其特征在于，根部施加所采用的铜纳米肥溶液的体积为50-150mL/株。
5.根据权利要求4所述的铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用，其特征在于，根部施加所采用的铜纳米肥溶液的体积为80-120mL/株。
6.根据权利要求2所述的铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用，其特征在于，叶面喷施所采用的铜纳米肥溶液的浓度为0.1-20mg/L。
7.根据权利要求2所述的铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用，其特征在于，叶面喷施所采用的铜纳米肥溶液的体积为1-100mL/株。
8.根据权利要求7所述的铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用，其特征在于，叶面喷施所采用的铜纳米肥溶液的体积为20-50mL/株。
9.根据权利要求1所述的铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用，其特征在于，铜纳米肥的施加时期是番茄出现第一个四叶一心时期。
10.根据权利要求1所述的铜纳米肥在提高番茄抗性和产量中的应用，其特征在于，依次包括如下步骤：
(1)番茄种子消毒；
(2)培养皿培养出芽；
(3)土培：当番茄幼苗长到四叶一心时，施加铜纳米肥。
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