一种提高番茄种子活力的纳米硅引发剂及其制备方法

1.本发明涉及蔬菜种子引发和纳米材料技术领域，具体涉及一种提高番茄种子活力的纳米硅引发剂及其制备方法。


背景技术：

2.种子引发属于种子处理技术范畴，是指在控制条件下使种子缓慢吸水，停留在吸胀的第二阶段，为萌发提早进行生理准备。番茄种子引发技术已有一些应用，主要通过植物激素、光处理、辐射、基质引发等方式。引发后番茄种子发芽率提高，出苗整齐，因此减少了种子用量，降低了生产成本。目前的番茄引发技术主要针对低温、高温、干旱等不良环境，还没有专一性针对盐渍化等不良情况的处理技术。
3.土壤盐渍化是影响我国蔬菜生产的主要限制性因子之一。目前菜田土壤达轻度以上盐化水平的比例为29.1％，塑料大棚菜田达41.9％(黄绍文等，2016)。盐渍土盐分含量高，水势降低，造成作物种子吸水困难，发芽率降低，发芽缓慢，整齐度差。
4.硅元素是地球上第二丰富的元素，约占地壳总量的28％。硅通常以含氧化合物形式存在，其中最主要的是硅石(sio2)。硅是植物生长发育的有益元素，施用硅肥是提高作物产量与抗性的农艺措施之一。在水稻、黄瓜等作物中，施用硅能提高盐胁迫下种子的发芽率、发芽指数和活力指数。但水稻和黄瓜为硅高积累和中度积累作物，能有效吸收硅；番茄因硅吸收蛋白功能缺失，吸收硅酸盐能力差，属于低积累甚至“拒硅”作物。因此，需要通过适当的形式处理，提高番茄对硅的吸收能力，从而提高其在盐胁迫下的萌发能力。
5.纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1～100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料因其直径小，能直接穿过细胞壁，进入植物体内，吸收利用率较高。因此，将硅酸盐改造为纳米级别材料，可以被番茄吸收，从而解决番茄硅吸收能力低的问题。
6.目前虽然已有将种子引发技术应用于番茄育苗，但提高番茄种子在盐胁迫情况下的发芽率和整齐度仍是亟需解决的问题。因此，利用纳米材料的特征，提高番茄对硅的吸收能力，进而开发出相应的种子引发剂，提高对盐胁迫的抗性具有重要的意义。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种提高番茄种子活力的纳米硅引发剂及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的提高番茄种子在盐胁迫情况下的发芽率和整齐度的问题。
8.为实现上述目的，一方面，本发明提供一种提高番茄种子活力的纳米硅引发剂，包括如下浓度的组分：纳米硅酸镁溶液0.01～1mmol/l、磷酸二氢钠5～20mmol/l、磷酸氢二钠0.5～2mmol/l和聚乙烯吡咯烷酮0.5～1.5mmol/l。
9.优选的，纳米硅酸镁溶液成分及其重量百分比分别为：二氧化硅0.55％、乙酸钠6.0％、硫酸镁1.2％、水92.2％和杂质0.05％。
10.优选的，该纳米硅引发剂最佳的浓度为：纳米硅酸镁溶液1mmol/l、磷酸二氢钠
9mmol/l、磷酸氢二钠1mmol/l和聚乙烯吡咯烷酮1mmol/l。
11.第二方面，本发明另提供一种提高番茄种子活力的纳米硅引发剂的制备方法，包括以下具体步骤：
12.s1.制作纳米硅酸镁溶液；
13.s2.制备纳米硅引发剂，将纳米硅酸镁溶液和磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、聚乙烯吡咯烷酮按照比例混合。
14.优选的，s1中，制作纳米硅酸镁溶液的具体步骤为：将二氧化硅粉末、乙酸钠、硫酸镁和水按比例混匀后，超声1～3min，放进反应釜中设置温度170～190℃，反应7～9h，反应液自然冷却降至室温后取出溶液9000rpm离心4～6min，得到硅酸镁沉淀物。
15.优选的，得到硅酸镁沉淀物后，用清水清洗数次，再将硅酸镁沉淀物按比例加入到纯净水中，超声混匀，得到硅酸镁溶液。
16.优选的，硅酸镁沉淀物与纯净水比重为：硅酸镁沉淀物占0.45％～0.55％，水占99.45％～99.55％。
17.优选的，制得的硅酸镁沉淀物直径均在100nm以下，均为纳米级。
18.优选的，s2中，制备纳米硅引发剂的具体制作步骤为：按配比称取磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、聚乙烯吡咯烷酮，依次溶于水中，再按比例加入纳米硅酸镁溶液，混合成引发剂溶液。
19.优选的，引发剂溶液ph维持在5.8～6.0。
20.综上所述，由于采用了上述技术，本发明的有益效果是：
21.本发明中，使用纳米硅酸镁、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠和聚乙烯吡咯烷酮组合物作为引发剂引发番茄种子，使引发剂中的硅能被番茄吸收，以增加番茄对硅的吸收能力，提高其发芽势、发芽率和发芽指数，增加幼苗鲜重，最终增加了番茄种子对盐胁迫的抵抗能力，且环保无害。
附图说明
22.图1为本发明的制备引发剂的流程图；
23.图2为本发明制备的纳米硅酸镁电镜扫描图；
24.图3为本发明中为番茄种子引发后的硅含量；
25.图4为不同实验组在125mm的nacl胁迫条件下发芽率的变化曲线；
26.图5为不同实验组在150mm的nacl胁迫条件下发芽率的变化曲线；
27.图6为不同实验组在125mm的nacl胁迫条件下番茄幼苗的鲜重；
28.图7为不同实验组在150mm的nacl胁迫条件下番茄幼苗的鲜重。
具体实施方式
29.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要
求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.实施例1
32.请参阅图1～图2，本发明提供了一种提高番茄种子活力的纳米硅引发剂，包括如下浓度的组分：纳米硅酸镁溶液0.01～1mmol/l、磷酸二氢钠5～20mmol/l、磷酸氢二钠0.5～2mmol/l和聚乙烯吡咯烷酮0.5～1.5mmol/l。
33.纳米硅酸镁溶液成分及其重量百分比分别为：二氧化硅0.55％、乙酸钠6.0％、硫酸镁1.2％、水92.2％和杂质0.05％。
34.该纳米硅引发剂最佳的浓度为：纳米硅酸镁溶液1mmol/l、磷酸二氢钠9mmol/l、磷酸氢二钠1mmol/l和聚乙烯吡咯烷酮1mmol/l。
35.本发明还提供一种提高番茄种子活力的纳米硅引发剂的制备方法，包括以下具体步骤：
36.s1.制作纳米硅酸镁溶液；
37.s2.制备纳米硅引发剂，将纳米硅酸镁溶液和磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、聚乙烯吡咯烷酮按照比例混合。
38.s1中，制作纳米硅酸镁溶液的具体步骤为：将二氧化硅粉末、乙酸钠、硫酸镁和水按比例混匀后，超声1～3min，放进反应釜中设置温度170～190℃，反应7～9h，反应液自然冷却降至室温后取出溶液9000rpm离心4～6min，得到硅酸镁沉淀物。得到硅酸镁沉淀物后，用清水清洗数次，再将硅酸镁沉淀物按比例加入到纯净水中，超声混匀，得到硅酸镁溶液。硅酸镁沉淀物与纯净水比重为：硅酸镁沉淀物占0.45％～0.55％，水占99.45％～99.55％。见图2，该方法中制得的硅酸镁沉淀物直径均在100nm以下，均为纳米级，便于种子吸收。
39.s2中，制备纳米硅引发剂的具体制作步骤为：按配比称取磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、聚乙烯吡咯烷酮，依次溶于水中，再按比例加入纳米硅酸镁溶液，混合成引发剂溶液。其中聚乙烯吡咯烷酮作为乳化剂，起分散和稳定纳米粒子作用，磷酸二氢钠和磷酸氢二钠作为ph调节剂，使得引发剂溶液ph维持在5.8～6.0。
40.需要说明的是：配置完引发剂后需要对种子进行引发，首先选取番茄种子，用2％naclo溶液消毒10min，用蒸馏水漂洗干净，然后用番茄种子引发剂浸泡番茄种子，并置于15～25℃黑暗条件下引发18～32h，取出种子后，在室温下晾晒24～48h。
41.具体设置时，制备引发剂选择如下浓度的组分组成：0.01mmol/l纳米硅酸镁、9mmol/l磷酸二氢钠、1mmol/l磷酸氢二钠、0.5mmol/l聚乙烯吡咯烷酮。
42.首先称取二氧化硅粉末120mg、乙酸钠1.2965g、硫酸镁268.8mg，加入20ml纯净水超声1min混匀后，放进反应釜中180℃反应8h。降至室温后取出溶液9000rpm离心5min，所得物纯净水洗三次后保留硅酸镁沉淀物，将硅酸镁沉淀物分散在5ml纯净水中，即得到40mmol/l的纳米硅酸镁溶液。称取磷酸二氢钠(nah2po4·
h2o)1.24g、磷酸氢二钠(na2hpo4·
2h2o)0.1781g、聚乙烯吡咯烷酮10g，依次溶于水中，加入上述40mmol/l的纳米硅酸镁溶液
0.25ml，配成1l溶液，即番茄种子引发剂。
43.选取番茄种子，用2％naclo溶液消毒10min，用蒸馏水漂洗干净，然后用番茄种子引发剂浸泡番茄种子，并置于20℃黑暗条件下引发24h，取出种子，在室温下晾晒48h。
44.实施例2
45.一种番茄种子引发剂，由如下浓度的组分组成：0.1mmol/l纳米硅酸镁、9mmol/l磷酸二氢钠、1mmol/l磷酸氢二钠、0.5mmol/l聚乙烯吡咯烷酮。
46.番茄种子引发剂制备方法：首先称取二氧化硅粉末120mg、乙酸钠1.2965g、硫酸镁268.8mg，加入20ml纯净水超声1min混匀后，放进反应釜中180℃反应8h。降至室温后取出溶液9000rpm离心5min，所得物用纯净水洗三次后保留沉淀，将硅酸镁沉淀物分散在5ml纯净水中，即得到40mmol/l的纳米硅酸镁溶液。称取磷酸二氢钠(nah2po4·
h2o)1.24g、磷酸氢二钠(na2hpo4·
2h2o)0.1781g、聚乙烯吡咯烷酮10g，依次溶于水中，加入上述40mmol/l的纳米硅酸镁2.5ml，配成1l溶液。
47.番茄种子引发方法：选取番茄种子，用2％naclo溶液消毒10min，用蒸馏水漂洗干净，然后用番茄种子引发剂浸泡番茄种子，并置于20℃黑暗条件下引发24h，取出种子，在室温下晾晒48h。
48.实施例3
49.一种番茄种子引发剂，由如下浓度的组分组成：1mmol/l纳米硅酸镁、9mmol/l磷酸二氢钠、1mmol/l磷酸氢二钠、0.5mmol/l聚乙烯吡咯烷酮。
50.番茄种子引发剂制备方法：首先称取二氧化硅粉末1.2g、乙酸钠12.965g、硫酸镁2.688g，加入200ml纯净水超声1min混匀后，放进反应釜中180℃反应8h。降至室温后取出溶液9000rpm离心5min，将所得物用纯净水洗三次后保留沉淀，将硅酸镁沉淀物分散在50ml纯净水中，即得到40mmol/l的纳米硅酸镁。称取磷酸二氢钠(nah2po4·
h2o)1.24g、磷酸氢二钠(na2hpo4·
2h2o)0.1781g、聚乙烯吡咯烷酮10g，依次溶于水中，加入上述40mmol/l的纳米硅酸镁25ml，配成1l溶液。
51.番茄种子引发方法：选取番茄种子，用2％naclo溶液消毒10min，用蒸馏水漂洗干净，然后用番茄种子引发剂浸泡番茄种子，并置于20℃黑暗条件下引发24h，取出种子，在室温下晾晒48h。
52.为更好地说明本发明的效果，对制造的引发剂进行如下实验：
53.现列举对比例如下：
54.对比例1
55.番茄种子的引发方法：选取番茄种子，用2％naclo溶液消毒10min，用蒸馏水漂洗干净，并置于20℃黑暗条件下引发24h，取出种子，在室温下晾晒48h。
56.对比例2
57.番茄种子的引发方法：选取番茄种子，用2％naclo溶液消毒10min，用蒸馏水漂洗干净，然后用1mmol/l硅酸钠溶液浸泡番茄种子，并置于20℃黑暗条件下引发24h，取出种子，在室温下晾晒48h。
58.为清楚地说明本发明提供的番茄种子引发剂及引发方法的有益效果，现结合具体实例1～3及对比例1、2的方法处理后的番茄种子进行检测，分析种子硅含量，并进行萌发实验。本实验中使用了两个耐盐性不同的品种，盐敏感品种
‘
合作903’和耐盐品种
‘
浙杂809’。
59.番茄种子萌发实验：
60.取实施例3、对比例1、对比例2的番茄种子各0.1g，测定硅含量，每处理重复4次。
61.首先让番茄种子在125mm盐胁迫条件下的萌发实验，番茄品种为盐敏感品种
‘
合作903’。将按照实施例1～3和对比例1、2的方法处理后的番茄种子，置于下铺垫2张定性滤纸、上铺垫1张定性滤纸的直径为11cm的培养皿中，用125mm的nacl溶液10ml浸润滤纸。每个培养皿均匀播种100粒种子，加盖培养，发芽期间用125mm的nacl溶液保持滤纸湿润。将培养皿置于25℃、空气相对湿度为70％的人工气候箱萌发，每天记录发芽种子数，分别于播种后第5天和第7天统计发芽势和发芽率，发芽标准是子叶完全展开且根系正常发育。
62.选择番茄种子在150mm盐胁迫条件下的萌发实验，番茄品种为耐盐品种
‘
浙杂809’。将按照实施例1～3和对比例1、2的方法处理后的番茄种子，置于下铺垫2张定性滤纸、上铺垫1张定性滤纸的直径为11cm的培养皿中，用150mm的nacl溶液10ml浸润滤纸。每个培养皿均匀播种100粒种子，加盖培养，发芽期间用125mm的nacl溶液保持滤纸湿润。将培养皿置于25℃、空气相对湿度为70％的人工气候箱萌发，每天记录发芽种子数，分别于播种后第5天和第7天统计发芽势和发芽率，发芽标准是子叶完全展开且根系正常发育。
63.至播种第7天，发芽试验结束后，统计发芽率和发芽势，计算发芽指数(gi)，计算公式为：
64.gi＝∑(gn/dn)
①
65.式
①
中gn为第n天的发芽种子数，dn为发芽天数。
66.发芽结束后收集幼苗，用自来水冲洗干净并用滤纸吸干表面参与水分，测定植株鲜重。每个处理随机选取50株幼苗，称量其鲜重。
67.将按照实施例3和对比例1、2的方法处理后的番茄种子，按照1的方法种子中硅含量，并将实验结果记录如图3所示。从图3可以看出，相比较未经硅酸盐引发的对比例1，纳米硅引发的实施例3和硅酸钠引发的对比例2均提高了番茄种子硅含量，实施例3和对比例2分别较对比例1提高了39.3％和11.2％，这说明纳米硅引发显著(p《0.05)增加了番茄种子对硅的吸收。
68.将按照实施例1～3和对比例1、2的方法处理后的番茄种子，按照上述提及的方法在125mm的nacl处理下进行萌发实验，并将实验结果记录如表1所示：
69.表1，不同处理对125mm的nacl处理下番茄种子发芽特性的影响
70.处理发芽势(％)发芽率(％)发芽指数实施例116.0
±
1.1b55.3
±
3.3b9.4
±
0.6b实施例214.8
±
1.8b57.3
±
4.2b9.6
±
0.6b实施例324.5
±
1.8a75.0
±
2.1a13.1
±
0.4a对比例110.8
±
2.6b43.0
±
4.7c7.2
±
0.8c对比例214.0
±
0.8b43.35
±
2.7c7.4
±
0.5c
71.注：数据后小写字母表示不同处理间存在显著性差异(p《0.05，最小差数法)
72.从表1和图4可以看出，125mm盐分胁迫条件下，对比例2(硅酸钠引发)对番茄种子发芽势、发芽率和发芽指数没有显著影响。各实施例引发的番茄种子发芽率均显著高于对比例2，其中实施例3提高幅度最大，比对比例2提高了31.65％。实施例1、2对番茄种子发芽势没有显著影响，实施例3显著提高了发芽势，较对比例2提高了10.5％。各实施例显著提高
了番茄种子发芽指数，以实施例3效果最佳。
73.以上结果表明，实施例3最大程度地提高了125mm的nacl处理下
‘
合作903’番茄种子的发芽势、发芽率和发芽指数，提高了种子活力，增强了耐盐性。
74.将按照实施例1～3和对比例1、2的方法处理后的番茄种子，按照上述中提及的方法在150mm的nacl处理下进行萌发实验，并将实验结果记录如表2所示：
75.表2，不同处理对150mm的nacl处理下番茄种子发芽特性的影响
76.处理发芽势(％)发芽率(％)发芽指数实施例19.0
±
1.3a34.3
±
2.15.9
±
0.4b实施例25.0
±
1.6b38.8
±
2.96.2
±
0.5b实施例38.3
±
2.4a59.8
±
6.9a9.6
±
1.3a对比例13.5
±
0.6b15.3
±
1.22.5
±
0.2c对比例22.3
±
1.3b20.0
±
4.73.1
±
0.8c
77.注：数据后小写字母表示不同处理间存在显著性差异(p《0.05，最小差数法)
78.从表2和图5可以看出，150mm盐分胁迫条件下，与对比例1相比，对比例2(硅酸钠引发)对番茄种子发芽势、发芽率和发芽指数没有显著影响。各实施例引发的番茄种子发芽率均显著高于对比例2，其中实施例3提高幅度最大，比对比例2提高了29.8％。实施例2对番茄种子发芽势没有显著影响，实施例3显著提高了发芽势，较对比例2提高了6.0％。各实施例显著提高了番茄种子发芽指数，以实施例3效果最佳。
79.以上结果表明，实施例3最大程度地提高了150mm的nacl处理下
‘
浙杂809’番茄种子的发芽势、发芽率和发芽指数，提高了种子活力，增强了耐盐性。
80.图6为实施例1～3和对比例1、2在125mm的nacl胁迫下番茄幼苗鲜重。从图6可以看出，在125mm的nacl胁迫下实施例1～3引发的
‘
合作903’番茄幼苗鲜重显著增加，其中实施例3引发的幼苗鲜重较对比例2增加了25.1％。图7为实施例1～3和对比例1、2在150mm的nacl胁迫下番茄幼苗鲜重。从图6可以看出，在125mm的nacl胁迫下实施例1～3引发的番茄幼苗鲜重显著增加，其中实施例3引发的
‘
浙杂809’番茄幼苗鲜重相较对比例2增加了19.5％。
81.本发明提供的番茄种子引发剂，以纳米硅酸镁、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、聚乙烯吡咯烷酮为主要组成，能有效的增强番茄种子对硅的吸收能力，提高番茄种子对盐胁迫的抗性，有效增加了番茄种子的出苗率和秧苗素质。本发明所提供的纳米硅制备方法，能够高效地获得纳米级别硅材料。本发明所提供的番茄种子引发方法能够增强番茄种子耐盐性。
82.上述实验结果表明，用纳米硅酸镁、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠和聚乙烯吡咯烷酮组合物作为引发剂引发番茄种子，可以增加番茄对硅的吸收能力，提高其在125mm、150mm的nacl处理条件下的发芽势、发芽率和发芽指数，增加幼苗鲜重，最终增加了番茄种子对盐胁迫的抵抗能力，其中实施例3中的引发剂和引发方法的番茄种子，效果最为显著。
83.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
84.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存
在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。