铁酸锰纳米材料在增强水稻抗旱性能中的应用

本发明涉及铁酸锰纳米材料在增强水稻抗旱性能中的应用，属于新型农药。

背景技术：

1、随着全球人口的快速增长，预计至2050年全球对于粮食的需求将增加60-70％。当前的粮食产量远远不能满足未来的需求。随着气候变化，降雨减少，蒸腾加剧，全球干旱问题日益严重。因此，有效提高农作物在干旱胁迫下的产量是保证全球粮食产量可持续增加的方法之一。然而，传统农业技术所需要的农业灌溉用水难以支撑缓解大规模高烈度旱灾所需要的水量。在迫在眉睫的世界粮食安全问题之下，纳米农业技术应运而生。

2、随着纳米技术的发展，纳米材料因其独特的物理化学性质(纳米尺寸、生物可利用性高等)，其在控制作物病害方面已展现出巨大应用潜力。但是，当前关于纳米材料施用后抵抗干旱胁迫的研究主要集中于锌和硅基纳米材料，铁和钛基纳米材料研究较少。相对于锌和硅基纳米材料，铁基纳米材料不仅增强了植物在干旱胁迫下体内各种清除ros的酶的活性，还提高了脯氨酸、甘氨酸甜菜碱等维持渗透稳态物质的含量；同时，铁作为植物光合色素的中心元素，在植物光合作用中也发挥着举足轻重的作用。锰作为植物体内关键的辅酶因子可以促进碳水化合物的代谢和氮的代谢以及增强磷和钙的生物有效性，并且在植物光系统ii中作为电子供体增强了光合作用强度。

3、目前，cn 114586614 a公开了铁酸锰纳米材料在诱导番茄早花增产中的应用；但是，水稻和番茄属于完全不同的作物，且早花增产和抗旱之间并未有任何相关性，进而锰和铁结合之后是否能够展现出更好的增强水稻抵抗干旱胁迫的效果？其增强水稻抗旱能力的最优浓度如何？能否提高水稻在干旱下的产量？尚未可知。

技术实现思路

1、[技术问题]

2、目前并未有文献披露铁酸锰纳米材料能用于水稻，也未披露其能用于水稻抗旱。

3、[技术方案]

4、为了解决上述问题，本发明将铁酸锰纳米材料用于水稻来增强其抵抗干旱胁迫的性能，并得到了铁酸锰纳米材料的最优浓度以及铁酸锰纳米材料用于水稻抗旱的分子机制。

5、本发明的第一个目的是提供铁酸锰纳米材料在增强水稻抗旱性能中的应用，所述的应用是先将土壤和铁酸锰纳米材料混合均匀形成混合土壤，之后种植水稻种子进行培育。

6、在本发明的一种实施方式中，所述的铁酸锰纳米材料在土壤中的浓度为1-50mg/kg，进一步优选为10mg/kg。

7、在本发明的一种实施方式中，所述的铁酸锰纳米材料中fe和mn离子大多处于2+价态，且mn2+含量(87.3％)大于mn3+含量(12.7％)，fe2+(67.4％)高于fe3+(32.6％)，能够缓慢释放mn和fe离子。

8、在本发明的一种实施方式中，所述的铁酸锰纳米材料呈球形，粒径为20-60nm，水力直径为982nm，zeta电位为-27mv。

9、在本发明的一种实施方式中，1.5kg土壤种植1-3粒水稻种子。

10、在本发明的一种实施方式中，所述的铁酸锰纳米材料的制备方法包括如下步骤：

11、将mncl2·4h2o和fecl3·6h2o在(ch2oh)2中搅拌至完全溶解，得到锰离子和铁离子的混合溶液；

12、将naoh溶于水中，得到naoh溶液；

13、将naoh溶液以每5s一滴的速度加入到混合溶液中，溶液中逐渐形成红褐色悬浮颗粒，直至ph达到11；充分搅拌后，将沉淀物转移到teflon内衬反应釜中，在200℃下加热12h，取出冷却后，最后真空冷冻干燥，得到铁酸锰纳米材料(mnfe2o4纳米材料粉末)；

14、其中，所述的混合溶液中锰离子和铁离子的浓度分别为0.5mol/l和1mol/l；所述的naoh溶液的浓度为5mol/l。

15、本发明的第二个目的是一种提高水稻在干旱下光合作用、增加营养元素含量的方法，所述的方法是先将土壤和铁酸锰纳米材料混合均匀形成混合土壤，之后种植水稻种子进行培育；其中所述的铁酸锰纳米材料在土壤中的浓度为1-50mg/kg；所述的铁酸锰纳米材料呈球形，粒径为20-60nm，水力直径为982nm，zeta电位为-27mv；所述的营养元素包括磷(p)、钾(k)、镁(mg)和硫化物(s)。

16、本发明的第三个目的是提供一种通过提高水稻对干旱的响应强度、增加叶片脯氨酸含量和降低丙二醛含量、增加根角来提高水稻抗旱性能的方法，所述的方法是先将土壤和铁酸锰纳米材料混合均匀形成混合土壤，之后种植水稻种子进行培育；其中，所述的铁酸锰纳米材料在土壤中的浓度为1-50mg/kg；所述的铁酸锰纳米材料呈球形，粒径为20-60nm，水力直径为982nm，zeta电位为-27mv。

17、[有益效果]

18、(1)铁酸锰纳米材料能够有效促进水稻在干旱胁迫下的生长和抗旱。其中，干旱条件下，mnfe2o4纳米材料诱导出更大的水稻根角；1mg kg-1和10mg kg-1的mnfe2o4纳米材料处理下，水稻地上部生物量较干旱处理显著增加77.2％和70.3％；在10mg kg-1mnfe2o4纳米材料处理下，细胞间co2浓度和净光合速率分别提高了26.9％和23.1％；水稻总光合色素和类胡萝卜素含量显著提高了10.9％和26.4％；磷(p)、钾(k)、镁(mg)和硫化物(s)含量显著提高14.1％、26.5％、46.0％和19.8％，根中磷(p)和硫(s)含量分别显著提高27.2％和49.8％；显著提高了cle25基因、响应基因nced3的表达量和aba含量、脯氨酸含量，降低了丙二醛含量。

19、(2)土壤施用10mg/kg的铁酸锰纳米材料显著提升了水稻在干旱胁迫下的产量和品质；其中，与重度干旱下(田间持水率fmc＝30％)的对照(ck)和等效离子(ion)相比，籽粒灌浆率分别提高了61.1％和46.7％。水稻千粒重、粒数和穗长分别比重度干旱下(田间持水率fmc＝30％)的对照(ck)提高了22.5％、19.6％和41.3％。籽粒中ca、p、fe、mn、k元素增加了135.1％、21.2％、43.6％、31.1％、19.3％。

技术特征：

1.铁酸锰纳米材料在增强水稻抗旱性能中的应用，其特征在于，所述的应用是先将土壤和铁酸锰纳米材料混合均匀形成混合土壤，之后种植水稻种子进行培育。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的铁酸锰纳米材料在土壤中的浓度为1-50mg/kg，进一步优选为10mg/kg。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的铁酸锰纳米材料中fe和mn离子大多处于2+价态，且mn2+含量(87.3％)大于mn3+含量(12.7％)，fe2+(67.4％)高于fe3+(32.6％)，能够缓慢释放mn和fe离子。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的铁酸锰纳米材料呈球形，粒径为20-60nm，水力直径为982nm，zeta电位为-27mv。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的铁酸锰纳米材料的制备方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的混合溶液中锰离子和铁离子的浓度分别为0.5mol/l和1mol/l。

7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的naoh溶液的浓度为5mol/l。

8.一种提高水稻在干旱下光合作用、增加营养元素含量的方法，其特征在于，所述的方法是先将土壤和铁酸锰纳米材料混合均匀形成混合土壤，之后种植水稻种子进行培育；其中，所述的铁酸锰纳米材料在土壤中的浓度为1-50mg/kg；所述的铁酸锰纳米材料呈球形，粒径为20-60nm，水力直径为982nm，zeta电位为-27mv。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的营养元素包括磷(p)、钾(k)、镁(mg)和硫化物(s)。

10.一种通过提高水稻对干旱的响应强度、增加叶片脯氨酸含量和降低丙二醛含量、增加根角来提高水稻抗旱性能的方法，其特征在于，所述的方法是先将土壤和铁酸锰纳米材料混合均匀形成混合土壤，之后种植水稻种子进行培育；其中，所述的铁酸锰纳米材料在土壤中的浓度为1-50mg/kg；所述的铁酸锰纳米材料呈球形，粒径为20-60nm，水力直径为982nm，zeta电位为-27mv。

技术总结
本发明公开了铁酸锰纳米材料在增强水稻抗旱性能中的应用，属于新型农药技术领域。本发明所述的铁酸锰纳米材料在增强水稻抗旱性能中的应用是先将土壤和铁酸锰纳米材料混合均匀形成混合土壤，之后种植水稻种子进行培育；其中所述的铁酸锰纳米材料在土壤中的浓度为1‑50mg/kg，进一步优选为10mg/kg；所述的铁酸锰纳米材料呈球形，粒径为20‑60nm，水力直径为982nm，Zeta电位为‑27mV。本发明能够有效促进水稻在干旱胁迫下的生长和抗旱，显著提升了水稻在干旱胁迫下的产量和品质。

技术研发人员：王震宇,乐乐,王传洗,曹雪松
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14