铈掺杂碳量子点在促进植物侧根发生中的应用

专利2025-03-24  18


本发明属于农业。更具体地,涉及铈掺杂碳量子点在促进植物侧根发生中的应用。


背景技术:

1、侧根是植物根系中不可或缺的组成部分,它们不仅参与植物固定和水分及营养的吸收,还通过增加根系吸收面积来加强植物的营养摄取能力,良好健壮的根系对作物的快速生长和高产至关重要。在抵御逆境胁迫中,根系的功能显得尤为重要,它通过维持水分和营养平衡帮助植物提高抗逆性。有研究表明,植物在逆境下会调整其根系结构以适应环境变化。其中,侧根的发育也是植物适应性变化的一部分,为研究植物如何调控逆境响应提供了一个重要模型。

2、稀土元素(rare earth elements,rees)包括从镧到镥的元素,称为“镧系元素”,再加上钪和钇元素,稀土元素目前被广泛用于电子、石化、冶金等众多领域。现有技术发现,在一定浓度下,稀土元素对植物的光合作用有明显的促进作用,rees可以加速光合作用中光反应的速率;亦可促进叶绿素的合成;还可以弥补叶绿素mg2+功能等。铈(ce)是稀土元素中含量最丰富的元素之一,具有很高的生态利用价值;中国专利申请cn114698512a公开了带负的纳米氧化铈在促进植物侧根发生中的应用。

3、碳量子点(也称碳点),是一种新型生物荧光碳纳米材料,具有良好的水溶性,稳定的光电性,低毒性,易于功能化、生物兼容性等优质特性,受到研究者们的广泛关注。然而,有关碳点对植物根系发育的机制研究还相对较少。有研究发现,铈掺杂碳量子点具有良好的荧光、生物相容性和稳定性,且铈掺杂碳量子点可以增加植物抗旱性,但其在侧根发育中的作用尚不明确。


技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷和不足,提供铈掺杂碳量子点在促进植物侧根发生中的应用。

2、本发明的目的是提供一种促进植物侧根发生的方法。

3、本发明的另一目的是提供植物生长培养基在促进植物侧根发生中的应用。

4、本发明上述目的通过以下技术方案实现:

5、本发明提供铈掺杂碳量子点在促进植物侧根发生中的应用。

6、发明人通过研究发现,单独施用铈离子或碳量子点,植物的主根长度与侧根数无显著变化,说明单独施用铈离子或碳量子点对植物侧根生长发育无促进作用。然而发明人发现将铈元素和碳量子点结合制备成铈掺杂碳量子点,具有增效作用,能明显促进植物侧根生长(侧根数目增加)。植物侧根生长能够增加植物根系吸收面积,加强植物的营养摄取能力,促进植物生长发育。

7、优选地,所述植物为拟南芥属植物。

8、更优选地,所述拟南芥属植物包括但不限于拟南芥、琴叶拟南芥、欧洲拟南芥等。

9、进一步地,所述铈掺杂碳量子点按照以下方法制备:将柠檬酸、氯化铈、乙二胺和水混合,进行水热反应,后处理,即得铈掺杂碳量子点。

10、在本发明中,合成的铈掺杂碳量子点,选用柠檬酸作为碳源可以增加材料的水溶性,乙二胺作为氮源也可以增加材料的水溶性和稳定性。

11、进一步地,铈掺杂碳量子点制备过程中,所述水热反应的温度为180~220℃。

12、优选地,所述水热反应的温度为200℃。

13、进一步地,所述水热反应的时间为3~5h。

14、优选地,所述水热反应的时间为4h。

15、进一步地,所述柠檬酸、氯化铈、乙二胺和水按照0.005~0.205g:0.19~0.4g:0.4~0.6ml:10ml的比例混合。

16、优选地,所述柠檬酸、氯化铈、乙二胺和水按照0.05~0.15g:0.25~0.35g:0.4~0.6ml:10ml的比例混合。

17、更优选地,所述柠檬酸、氯化铈、乙二胺和水按照0.105g:0.2968g:0.5ml:10ml的比例混合。

18、进一步地,所述后处理为离心、透析、干燥。

19、优选地,所述透析的时间为24~48h。

20、优选地,所述干燥为冷冻干燥。

21、进一步地,所述离心为5000~7000r/min离心5~15min。

22、本发明提供一种促进植物侧根发生的方法,将植物在含有铈掺杂碳量子点的环境中培养;其中,所述环境中铈掺杂碳量子点的浓度为0.001~0.05mg/ml。

23、优选地,所述铈掺杂碳量子点的浓度为0.001~0.005mg/ml。

24、用浓度为0.001~0.005mg/ml的铈掺杂碳量子点培养后,植物的侧根数目明显增加,且不会影响其主根的生长。

25、本发明还保护植物生长培养基在促进植物侧根发生中的应用,所述植物生长培养基中含有浓度为0.001~0.05mg/ml的铈掺杂碳量子点。

26、本发明具有以下有益效果:

27、本发明提供了一种铈掺杂碳量子点在促进植物侧根发生中的应用。本发明中铈掺杂碳量子点对于促进植物侧根生长,以及植物的鲜重、干重的增长均具有增效作用,且不影响植物的主根长度。

28、此外,铈掺杂碳量子点能够提高植物根系的过氧化氢酶(pod)和过氧化物酶(cat)活性,可明显降低植物根系中过氧化氢的含量,铈掺杂碳量子点处理后的植物根系具有更好的抗氧化活性,更有利于根系的生长发育。



技术特征:

1.铈掺杂碳量子点在促进植物侧根发生中的应用。

2.根据权利要求1所述应用,其特征在于,所述植物为拟南芥属植物。

3.根据权利要求1所述应用,其特征在于,所述铈掺杂碳量子点按照以下方法制备:将柠檬酸、氯化铈、乙二胺和水混合,进行水热反应,后处理,即得铈掺杂碳量子点。

4.根据权利要求3所述应用,其特征在于,所述水热反应的温度为180~220℃。

5.根据权利要求3所述应用,其特征在于,所述水热反应的时间为3~5h。

6.根据权利要求3所述应用,其特征在于,所述柠檬酸、氯化铈、乙二胺和水按照0.005~0.205g:0.19~0.4g:0.4~0.6ml:10ml的比例混合。

7.根据权利要求3所述应用,其特征在于,所述后处理为离心、透析、干燥。

8.一种促进植物侧根发生的方法,其特征在于,将植物在含有铈掺杂碳量子点的环境中培养;其中,所述环境中铈掺杂碳量子点的浓度为0.001~0.05mg/ml。

9.根据权利要求8所述方法,其特征在于,所述铈掺杂碳量子点的浓度为0.001~0.005mg/ml。

10.植物生长培养基在促进植物侧根发生中的应用,其特征在于,所述植物生长培养基中含有浓度为0.001~0.05mg/ml的铈掺杂碳量子点。


技术总结
本发明属于农业技术领域,具体涉及铈掺杂碳量子点在促进植物侧根发生中的应用。本发明中所述铈掺杂碳量子点可以明显提高植物生长过程中的侧根数量,且不影响主根长度;同时,铈掺杂碳量子点处理后的植株鲜重、干重均有明显提高;此外,铈掺杂碳量子点处理后的植物根系的过氧化氢酶(POD)和过氧化物酶(CAT)活性都显著高于对照组,同时,可明显降低植物根系中过氧化氢的含量,说明铈掺杂碳量子点处理后的植物根系具有更好的抗氧化活性,更有利于根系的生长发育。

技术研发人员:吴洪洪,李召虎,董梓豪,陈璐,李广静,戚杰,付程程,岳琳,代惜缘
受保护的技术使用者:华中农业大学
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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