纳米TiO光半导体植物抗菌材料及其生物学效应研究

摘要

以细菌、真菌、病毒等微生物为侵染原的植物病害种类繁多,各种植物病害的发生、流行、传播对现代种植业构成了重大威胁.目前,各种有机杀菌剂农药的使用非常普遍与频繁,导致了十分严重的农药污染与食品安全性问题,引起社会各界的广泛关注.因此,开发新型绿色植物抗菌材料与制剂,对于缓解农药污染和保护人民健康具有重要意义.对人畜安全无害的纳米光半导体材料,是一种对细菌、真菌、病毒等多种微生物具有强烈杀灭作用的绿色抗菌材料,在环境卫生领域已经获得了广泛应用,然而在植物病害防治方面的研究尚未见文献报道.基于光半导体纳米材料在其他领域的研究成果,本论文开拓性地开展了纳米TiO<,2>光半导体材料在植物病害防治和促进植物生长等方面的生物学效应研究. 以溶胶凝胶法制备纳米TiO<,2>光半导体溶胶材料,通过对材料进行物性分析、抗菌性能与安全性评价、植物病害防治效果评价、植物光合机能与生长促进效应评价,首次将纳米TiO<,2>光半导体材料作为植物抗菌剂与生长促进剂进行探索. 结果表明:(1)试验制备的纳米TiO<,2>光半导体材料呈半透明、浅黄色,pH值在7.0左右,溶胶中TiO<,2>颗粒主要为锐钛矿相的纳米晶体,呈锥形;颗粒粒径分布范围在3.9-97.9nm之间,平均有效粒径为30.6nm,在溶胶中具有良好的分散度和稳定性; (2)纳米TiO<,2>溶胶具有良好的成膜性和附着性,能够形成连续、透明、稳定的TiO<,2>薄膜,长效持久发挥光催化抗菌作用;(3)纳米.TiO<,2>溶胶与人体皮肤接触无不良反应,对人畜安全无害;(4)纳米TiO<,2>溶胶对植物病原真菌菌丝体生长、产孢量及孢子萌发均具有一定的抑制作用;对植物病原细菌的生长繁殖具有显著的抑制效果,且种间敏感性差异不大,显示了持久、广谱抗菌的特征; (5)纳米TiO<,2>溶胶喷施在叶片表面后,容易形成一层连续、透明、功效持久的TiO<,2>抗菌薄膜,对黄瓜霜霉病、细菌性角斑病及白粉病的发生与危害具有一定的防治效果,可以显著地降低病害发病率和病情指数及叶片的病斑数量与病斑面积; (6)可以提高黄瓜种子的发芽率,促进根系生长,增强根系活力;叶面喷施一定浓度的纳米TiO<,2>溶胶后可促进黄瓜幼苗的光合能力,同时,叶片单位鲜重的叶绿素、类胡萝卜素含量及株高和叶面积均显著增加. 本研究工作已经证实,纳米TiO<,2>溶胶不仅对多种植物病害具有显著的防治效果,同时还可以促进光合作用并加速植物生长.因此,开发以纳米TiO<,2>光半导体材料为主要有效成分的植物抗菌剂与保护剂具有一定的现实性和可能性,有可能为作物病害的无公害防治,特别是设施园艺作物食品安全性的提高开辟新途径.

目录

文摘

英文文摘

论文说明：论文图表清单及英文缩略表

独创性声明及关于论文使用授权的声明

第一章引言

1.1纳米光半导体材料

1.2国内外研究进展

1.2.1纳米TiO2光半导体的种类

1.2.2研发历史

1.2.3纳米TiO2光半导体的光催化抗菌原理

1.2.4纳米TiO2光半导体的抗菌特性

1.2.5影响纳米TiO2光半导体抗菌性能的因素

1.2.6纳米TiO2光半导体材料的应用

1.4研究意义

1.5研究内容

1.6采用的研究方法及技术路线

1.7拟解决的关键问题与创新点

1.8应用前景及对策

第二章纳米TiO2溶胶的制备、物性分析及活性评价

2.1材料与方法

2.1.1主要试剂与仪器

2.1.2纳米TiO2溶胶的制备方法

2.1.3工艺流程

2.1.4物性分析

2.1.5纳米TiO2溶胶光催化活性鉴定

2.2结果

2.2.1纳米TiO2溶胶的组成与性质

2.2.2粒度仪分析

2.2.3 XRD分析

2.2.4 TEM分析

2.2.5 SEM分析

2.2.6纳米TiO2溶胶的光催化活性鉴定

2.3讨论

2.4小结

第三章纳米TiO2溶胶的急性经口毒实验

3.1材料与方法

3.1.1样品

3.1.2动物

3.1.3方法

3.2结果

3.3讨论

3.4小结

第四章纳米TiO2溶胶的植物病原物抗菌性能评价

4.1材料与方法

4.1.1材料

4.1.2纳米TiO2溶胶的吸收光谱测定

4.1.3对植物病原真菌的抑制作用

4.1.4对植物病原细菌的抑制作用

4.1.5相对电导率及伤害度的测定

4.2结果与分析

4.2.1紫外可见吸收光谱

4.2.2真菌生长抑制效应

4.2.3黄瓜灰霉菌丝生长抑制效应

4.2.3黄瓜灰霉产孢量的抑制

4.2.4黄瓜灰霉孢子萌发抑制

4.2.5植物病原细菌的抗菌性能

4.2.6细菌细胞的伤害效应

4.3讨论

4.4小结

第五章纳米TiO2溶胶的植物病害防治效果研究

5.1黄瓜霜霉病防治效果

5.1.1材料和方法

5.1.2结果与分析

5.2黄瓜细菌性角斑病防治效果

5.2.1材料与方法

5.2.2结果

5.3黄瓜白粉病防治效果

5.3.1材料和方法

5.3.2结果与分析

5.4讨论

5.5小结

第六章纳米TiO2溶胶对植物光合机能与生长促进的影响

6.1材料与方法

6.1.1对种子发芽率的影响

6.1.2光合机能测定

6.1.3光合色素含量测定

6.1.4植株生长量测定

6.1.5根系活力及硝酸还原酶活性测定

6.1.6叶片质膜渗透性及MDA含量测定

6.2结果

6.2.1种子发芽率

6.2.2光合机能测定

6.2.3光合色素含量

6.2.4植株生长量

6.2.5根系活力及硝酸还原酶

6.2.6细胞膜透性

6.3讨论

6.4小结

第七章总论

第八章结论

8.1结论

8.2存在问题

8.3今后研究方向

参考文献

附录

致谢

作者简历