[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于水稻生产领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。本发明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。本发明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。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明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：

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；