不同用量氨基化碳納米管對(duì)生菜生長和品質(zhì)的影響

汪 瑞，賴 鈺，楊桐彬　孫光聞

摘? ?要? ?本試驗(yàn)以生菜為試驗(yàn)材料，研究水培條件下不同用量氨基化碳納米管對(duì)生菜生長和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，與對(duì)照相比，氨基化碳納米管可以促進(jìn)生菜生長，提高生菜品質(zhì)。當(dāng)氨基化碳納米管用量為10 mg·L-1時(shí)效果最好，其株高、地上部干重、地上部鮮重、葉片數(shù)、最大葉長、葉綠素含量、根干重、根鮮重比對(duì)照分別增加了19.26%、24.09%、20.33%、6.17%、11.04%、6.04%、16.86%、10.13%;品質(zhì)指標(biāo)方面，可溶性蛋白質(zhì)含量、可溶性糖含量比對(duì)照分別增加了34.00%、32.44%，差異顯著。

關(guān)鍵詞? 氨基化碳納米管;生菜;生長;品質(zhì)

中圖分類號(hào)：S636.2? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ?DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.22.008

碳納米管是由石墨片層繞中心軸按一定的螺旋度卷曲而成的管狀物，具有中空筒柱型結(jié)構(gòu)[1-2]。碳納米管獨(dú)特的結(jié)構(gòu)賦予了其優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、材料學(xué)、熱力學(xué)和化學(xué)性能[3-5]。因此，碳納米管在儲(chǔ)能器件電極材料、吸附分離、復(fù)合材料、生命及醫(yī)藥科學(xué)、催化等諸多領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用[6]。但是，碳納米管表面能較高，分散困難，引入氨基可以改善碳納米管表面的親水性和極性，進(jìn)而使碳納米管的分散性和親水性提高，并且不會(huì)破壞碳納米管的特殊結(jié)構(gòu)[7-9]。目前，國內(nèi)外科學(xué)家開展了大量碳納米管在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究，很多研究結(jié)果都表明碳納米管對(duì)植物生長有促進(jìn)作用。

生菜，屬菊科萵苣屬，為一年生或二年生草本植物。生菜中含有甘露醇等有效成分，常食用生菜具有鎮(zhèn)痛催眠、降低膽固醇、促進(jìn)血液循環(huán)、輔助治療神經(jīng)衰弱等功效[10-11]。近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)高品質(zhì)生菜的需求也不斷增大[12]，因此，研究如何提高生菜產(chǎn)量和品質(zhì)具有十分重要的意義。目前，針對(duì)碳納米管對(duì)生菜生長和品質(zhì)的影響的研究報(bào)道較少，作用機(jī)制尚不清楚。

本試驗(yàn)以生菜為材料，研究不同用量氨基化碳納米管對(duì)生菜生長和品質(zhì)的影響，篩選出促進(jìn)生菜生長和品質(zhì)提高的最適氨基化碳納米管用量，為今后氨基化碳納米管在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試生菜品種為意大利耐抽薹生菜，由高華種子有限公司生產(chǎn)。

氨基化碳納米管購自北京德科島金科技有限公司。碳納米管直徑為8～15 nm，長度為50 μm，純度>95%。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2019年2—4月在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院設(shè)施園藝大棚內(nèi)以水培方式進(jìn)行，營養(yǎng)液配方為霍格蘭配方，劑量減半。生菜種子播種于水培海綿塊中，發(fā)芽后使用1/2霍格蘭配方的營養(yǎng)液進(jìn)行澆灌，待幼苗現(xiàn)第三片真葉時(shí)定植到泡沫板上進(jìn)行深液栽培。試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，分別是氨基化多壁碳納米管用量為0 mg·L-1（CK）、10 mg·L-1（T1）、20 mg·L-1（T2）、40 mg·L-1（T3）、80 mg·L-1（T4），每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)10株。定植40 d后進(jìn)行采收，每個(gè)處理各取6株進(jìn)行生長指標(biāo)和品質(zhì)指標(biāo)測定。

1.3 測定項(xiàng)目

株高、根長、最大葉長、最大葉寬，利用直尺測量（單位：cm）;基部莖粗（莖基部至子葉的中間位置），利用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量（單位：cm）;地上部和地下部的干重、鮮重，利用分析天平測量（鮮重直接用天平測定;干重：105 ℃溫度下殺青15 min，85 ℃恒溫烘至恒重后稱量）;使用SPAD-502Plus葉綠素計(jì)測定葉綠素含量;利用蒽酮比色法測定可溶性糖含量;利用考馬斯亮藍(lán)染色法測定可溶性蛋白質(zhì)含量;利用李和生[13]的方法測定硝酸鹽含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel、SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)生菜株高、莖粗及地上部干鮮重的影響

由表1可知，與對(duì)照處理相比，氨基化碳納米管處理下的生菜株高增大，但處理間差異不顯著;氨基化碳納米管處理的生菜地上部鮮重增加，其中T1處理增加最多，比對(duì)照增加了24.09%，差異顯著;T1、T2、T3處理的生菜地上部干重增加，其中T1處理的效果最佳，比對(duì)照增加了20.33%。氨基化碳納米管對(duì)生菜莖粗沒有顯著影響。

2.2 不同處理對(duì)生菜葉片生長的影響

由表2可知，與對(duì)照處理相比，T1處理的生菜葉片數(shù)和葉綠素含量增加明顯，比對(duì)照分別增加了6.17%、6.04%;氨基化碳納米管處理的生菜最大葉寬、最大葉長都有所增加， T3處理的最大葉寬最大，T1處理的最大葉長最長，比對(duì)照分別增加了7.73%、11.04%，其中最大葉長差異顯著。

2.3 不同處理對(duì)生菜根系生長的影響

由表3可知，與對(duì)照處理相比，T2、T3、T4處理的生菜根長都有所增加;T1處理下根干重、鮮重增加最多，比對(duì)照分別增加了16.86%、10.13%。

2.4 不同處理對(duì)生菜品質(zhì)的影響

由表4可知，與對(duì)照處理相比，氨基化碳納米管處理下，生菜的可溶性蛋白質(zhì)含量增加，其中T4處理效果最佳，比對(duì)照增加了82.80%，差異顯著;T1、T2、T3處理下，生菜的可溶性糖含量增加，其中T2處理增加最多，比對(duì)照增加了61.88%，差異顯著; T4處理的生菜硝酸鹽含量降低最多，比對(duì)照減少了6.90%，但處理間差異不顯著。

3 小結(jié)與討論

目前，很多研究證明碳納米管對(duì)植物生長有促進(jìn)作用。研究發(fā)現(xiàn)，在MS培養(yǎng)基環(huán)境下，碳納米管可以促進(jìn)番茄、芥菜、玉米、大豆、小麥等種子的萌發(fā)[14-17]。還有研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管可以促進(jìn)小麥根細(xì)胞伸長[18]和玉米幼苗根系生長[16]，提高水稻的根系生長和活力[19]。另外，Khodakovskaya等發(fā)現(xiàn)50 mg·L-1的多壁碳納米管可以促進(jìn)番茄開花數(shù)、葉片數(shù)、單株結(jié)果數(shù)的增加[20]。Martinez-ballesta等發(fā)現(xiàn)用10 mg·L-1的多壁碳納米管培養(yǎng)花椰菜，花椰菜鮮重明顯增加[21]。Joshi等發(fā)現(xiàn)用多壁碳納米管懸浮液處理過的小麥種子，其單株產(chǎn)量顯著增加[22]。

本試驗(yàn)以生菜為材料，研究不同用量氨基化碳納米管對(duì)生菜生長和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，氨基化碳納米管可以促進(jìn)生菜生長和品質(zhì)提高;當(dāng)氨基化碳納米管用量為10 mg·L-1時(shí)效果最好，隨著用量增加，促進(jìn)效果逐漸減弱。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曹偉，宋雪梅，王波，等.碳納米管的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2007（S1）：77-82.

[2] 王國建，祖梅，邱軍.氨基化多壁碳納米管的制備及其在復(fù)合材料中的應(yīng)用[J].新型炭材料，2011，26（2）：89-97.

[3] Baughman RH， Zakhidov AA， De Heer WA. Carbon nanotubes——the route toward applications[J]. Science， 2002， 297（5582）：787-792.

[4] Roth S， Carroll D. One-dimensional metals： conjugated polymers， organic crystals， carbon nanotubes and graphene[J]. Macromolecular Chemistry and Physics， 2010， 207（15）：1417.

[5] 樸玲鈺，李永丹.碳納米管的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2001（11）：18-22.

[6] Deng F， Ito M， Noguchi T， et al. Elucidation of the reinforcing mechanism in carbon nanotube/rubber nanocomposites[J]. American Chemical Society Nano， 2011， 5（5）：3858-3866.

[7] 蔣彩，張鑒煒，林少鋒，等.氨基化碳納米管對(duì)交聯(lián)環(huán)氧樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響機(jī)制[J].高分子材料科學(xué)與工程，2017，33（4）：63-68，75.

[8] Wang L， Feng SA， Zhao JH， et al. A facile method to modify carbon nanotubes with nitro /amino groups[J].Applied Surface Science， 2010， 256（20）：6060-6064.

[9] Zhao ZY， Yang ZH， Hu YW， et al. Multiple functionalization of multi-walled carbon nanotubes with carboxyl and amino groups[J]. Applied Surface Science， 2013， 276：476-481.

[10] 王蒙蒙，徐志剛，焦學(xué)磊，等.不同光照時(shí)間紅藍(lán)LED 光對(duì)生菜生長和品質(zhì)的影響[J]. 植物資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2017，26（2）：113-115.

[11] Kim MJ， Moon Y， Tou JC， et al. Nutritional value， bioactive compounds and health benefits of lettuce（Lactuca sativa L.）[J]. Journal of Food Composition and Analysis， 2016，49：19-34.

[12] 王曉晶，陳曉麗，郭文忠，等.LED綠光對(duì)生菜生長和品質(zhì)的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2019，40（1）：25-32.

[13] 李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2000：182-184，246-248.

[14] Khodakovskaya M， Dervishi E， Mahmood M， et al. Carbon nanotubes are able to penetrate plant seed coat and dramatically affect seed germination and plant growth[J]. ACS Nano， 2009，3（10）：3221-3227.

[15] Mondal A， Basu R， Das S， et al. Beneficial role of carbon nanotubes on mustard plant growth：an agricultural prospect[J]. Journal of Nanoparticle Research， 2011，13（10）：4519-4528.

[16] Tiwari DK， Dasgupta-Schubert N， Cendejas LMV， et al. Interfacing carbon nanotubes （CNT） with plants：enhancement of growth， water and ionic nutrient uptake in maize （Zea mays ） and implications for nanoagriculture[J]. Applied Nanoscience， 2014，4（5）：577-591.

[17] Lahiani MH， Chen J， Irin F， et al. Interaction of carbon nanohorns with plants： uptake and biological effects[J]. Carbon， 2015，81： 607-619.

[18] Wang X， Han H， Liu X， et al. Multi-walled carbon nanotubes can enhance root elongation of wheat （Triticum aestivum） plants[J]. Journal of Nanoparticle Research， 2012，14（6）：1-10.

[19] 姜余梅，劉強(qiáng)，趙怡情，等.碳納米管對(duì)水稻種子萌發(fā)和根系生長的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，53（5）：1010-1012.

[20] Khodakovskaya MV， Kim BS， Kim JN， et al. Carbon nanotubes as plant growth regulators：effects on tomato growth，reproductive system，and soil microbial community[J]. Small， 2013， 9（1）：115-123.

[21] Martínez-Ballesta M， Zapata L， Chalbi N， et al. Multiwalled carbon nanotubes enter broccoli cells enhancing growth and water uptake of plants exposed to salinity[J]. Journal of Nanobiotechnology， 2016， 14（1）：42.

[22] Joshi A， Kaur S， Dharamvir K， et al. Multi-walled carbon nanotubes applied through seed‐priming influence early germination， root hair， growth and yield of bread wheat （Triticum aestivum L.）[J]. Journal of the Science of Food & Agriculture， 2017，98（8）：3148-3160.

（責(zé)任編輯：易? 婧）