一种增强抗逆能力保水剂及制备方法

摘要

本发明涉及一种增强抗逆能力保水剂，由以下组分制备而成：丙烯酸和丙烯酰胺、负载6%的2,4‑表芸苔素内酯的介孔碳纳米球、过硫酸钾、N,N－亚甲基双丙烯酰胺、氢氧化钾、魔芋葡甘聚糖和大豆多糖、去离子水；还公开了其制备方法。本发明达到的有益效果是：保水剂具有良好的吸水能力，同时通过对2,4‑表芸苔素内酯良好的释放控制，进一步增强了植物的抗旱抗逆能力。

说明书

技术领域

本发明涉及保水剂技术领域，特别是一种增强抗逆能力保水剂及制备方法。

背景技术

保水剂树脂是一种可以通过溶胀吸收并储存相当于其自身重量数百甚至数千倍水的高分子材料，可作为土壤中的微型水库。当土壤变干旱时，保水剂可以释放出其存储的水分，供作物吸收，使作物能够在干旱的条件下生存。但传统的保水剂对于引导作物自身的抗旱能力作用有限。

芸苔素内酯是一类植物生长调节剂，可以用以大田作物、水果、蔬菜、花卉等。具有保协调营养平衡、抗旱抗寒、增强作物抗逆性等多重功能。因此有人将芸苔素内酯和保水剂树脂粉末混合，以提高作物的抗旱抗逆效果。但这种方式对芸苔素内酯的释放控制并不理想，因而影响最终的抗旱抗逆效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种吸水能力好、良好地控制2,4-表芸苔素内酯释放的增强抗逆能力保水剂及制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种增强抗逆能力保水剂，由以下组分制备而成：

丙烯酸、丙烯酰胺、魔芋葡甘聚糖、大豆多糖，作为基本的保水料；负载2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球；氢氧化钾；引发剂；交联剂；去离子水。

进一步地，所述的引发剂为过硫酸钾，交联剂为N,N－亚甲基双丙烯酰胺。

优选地，所述的负载2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球中，按重量百分比算，介孔碳纳米球负载6％的2,4-表芸苔素内酯。

进一步地，所述的保水剂中，按重量份算，氢氧化钾为15～30、丙烯酸30～60、丙烯酰胺10～50、魔芋葡甘聚糖5～15，大豆多糖5～15、过硫酸钾0.1～1、N,N－亚甲基双丙烯酰胺0.05～0.2、负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.01～0.05、去离子水300。

一种增强抗逆能力保水剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将氢氧化钾溶于部分去离子水中，制备形成氢氧化钾溶液；

S2、然后将丙烯酸溶于剩余的去离子水中，并用氢氧化钾溶液中和丙烯酸溶液；

S3、加入丙烯酰胺和魔芋葡甘聚糖、大豆多糖，待溶解完全后，依次加入过硫酸钾和N,N—亚甲基双丙烯酰胺，温至65℃，反应至少3H；

S4、将负载2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球投入；

S5、待混合均匀以后，出料并送入真空干燥室，在40℃下真空干燥；

S6、干燥完成以后，使用破碎机破碎，获得成品。

进一步地，所述的负载2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球采用一下步骤制备获得：先将1质量份的介孔碳纳米球放入80质量份的2mg/mL的2,4-表芸苔素内酯溶液中，搅拌24h；再离心过滤分离沉淀，用磷酸盐缓冲液进行洗涤，真空30℃干燥，获得成品。

本发明多功能保水剂制备中使用的2,4-表芸苔素内酯对缓解多种逆境胁迫具有良好的效果，施用在植物上后，可以提高植物体内CAT、POD、SOD和PPO等酶的活性来缓解干旱、低温或高温等对植物造成的损伤。而介孔碳纳米球具有高表面积，大孔容，多孔径等有点，使其成为一种有效的药物载体材料。它可以在介孔孔道内或在介孔表面负载各种药物，并可以对载药进行缓慢释放。

本发明增强植物抗逆能力保水剂在制备过程中，通过自由基聚合的方式在保水剂结构中引入魔芋葡甘聚糖和大豆多糖(聚合反应中魔芋葡甘聚糖和大豆多糖会通过自由基聚合接枝到丙烯酸、丙烯酰胺链上，成为保水树脂化学结构一部分)，提高吸水性和生物降解性；通过在聚合反应后期，加入负载2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球，然后再干燥、破碎的方式，使负载2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球封闭在保水剂树脂中。当保水剂凝胶施入土中，保水剂为植物提供了水分，同时凝胶体中介孔碳纳米球里的2,4-表芸苔素内酯缓慢释放，又增强了植物自身对干旱、低温或高温的抗性。

本发明具有以下优点：

(1)在保水剂结构中引入大豆多糖，提高了吸水性，且通过魔芋葡甘聚糖的协同降解，利于2,4-表芸苔素内酯的释放控制。

(2)聚合反应后期，加入负载2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球，然后再干燥、破碎的方式，使负载2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球封闭在保水剂树脂中，这种方式增强了对2,4-表芸苔素内酯的释放控制，同时与保水剂树脂的特性相协同，最终提高了作物的抗旱抗逆能力。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

本实施例1

一种增强抗逆能力保水剂，由下列原料制成：氢氧化钾15g，丙烯酸30g，丙烯酰胺50g，魔芋葡甘聚糖5g，大豆多糖9g，过硫酸钾0.5g，N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.15g，负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.01g，去离子水300g。

本实施例中，增强植物抗逆能力保水剂的制备方法为：先将15g氢氧化钾溶于100g去离子水中，然后将丙烯酸30g溶于200g去离子水中。接着使用氢氧化钾溶液中和丙烯酸溶液，后加入丙烯酰胺50g和魔芋葡甘聚糖5g、大豆多糖9g。待溶解完全后，依次加入过硫酸钾0.5g和N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.15g；升温至65℃，反应至少三小时后，将负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.01g投入。待混合均匀以后，出料并送入真空干燥室，在40℃下真空干燥；干燥完成以后，使用破碎机破碎，获得成品。

实施例2：

本实施例2增强植物抗逆能力保水剂由下列原料制成：氢氧化钾25g，丙烯酸50g，丙烯酰胺25g，魔芋葡甘聚糖15g，大豆多糖5g，过硫酸钾1g，N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.2g，负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.04g，去离子水300g。

本实施例2增强植物抗逆能力保水剂的制备过程为：先将25g氢氧化钾溶于100g去离子水中，然后将丙烯酸50g溶于200g去离子水中。接着使用氢氧化钾溶液中和丙烯酸溶液，后加入丙烯酰胺25g和魔芋葡甘聚糖15g、大豆多糖5g。待溶解完全后，依次加入过硫酸钾1g和N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.2g；升温至65℃，反应至少三小时后，将负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.04g投入。待混合均匀以后，出料并送入真空干燥室，在40℃下真空干燥；干燥完成以后，使用破碎机破碎，获得成品。

实施例3：

本实施例3增强植物抗逆能力保水剂由下列原料制成：氢氧化钾30g，丙烯酸60g，丙烯酰胺17g，魔芋葡甘聚糖5g，大豆多糖15g，过硫酸钾0.1g，N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.05g，负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.013g，去离子水300g。

本实施例3增强植物抗逆能力保水剂的制备过程为：先将30g氢氧化钾溶于100g去离子水中，然后将丙烯酸60g溶于200g去离子水中。接着使用氢氧化钾溶液中和丙烯酸溶液，后加入丙烯酰胺17g和魔芋葡甘聚糖5g、大豆多糖15g。待溶解完全后，依次加入过硫酸钾0.1g和N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.05g；升温至65℃，反应至少三小时后，将负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.013g投入。待混合均匀以后，出料并送入真空干燥室，在40℃下真空干燥；干燥完成以后，使用破碎机破碎，获得成品。

实施例4：

本实施例4增强植物抗逆能力保水剂由下列原料制成：氢氧化钾15g，丙烯酸30g，丙烯酰胺42g，魔芋葡甘聚糖5g，大豆多糖15g，过硫酸钾0.5g，N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.15g，负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.03g，去离子水300g。

本实施例4增强植物抗逆能力保水剂的制备过程为：先将15g氢氧化钾溶于100g去离子水中，然后将丙烯酸30g溶于200g去离子水中。接着使用氢氧化钾溶液中和丙烯酸溶液，后加入丙烯酰胺42g和魔芋葡甘聚糖5g、大豆多糖15g。待溶解完全后，依次加入过硫酸钾0.5和N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.15；升温至65℃，反应至少三小时后，将负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.03g投入。待混合均匀以后，出料并送入真空干燥室，在40℃下真空干燥；干燥完成以后，使用破碎机破碎，获得成品。

实施例5：

本实施例5增强植物抗逆能力保水剂由下列原料制成：氢氧化钾20g，丙烯酸40g，丙烯酰胺40g，魔芋葡甘聚糖7g，大豆多糖5g，过硫酸钾0.6g，N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.05g，负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.03g，去离子水300g。

本实施例5增强植物抗逆能力保水剂的制备过程为：先将20g氢氧化钾溶于100g去离子水中，然后将丙烯酸40g溶于200g去离子水中。接着使用氢氧化钾溶液中和丙烯酸溶液，后加入丙烯酰胺40g和魔芋葡甘聚糖7g、大豆多糖5g。待溶解完全后，依次加入过硫酸钾0.6g和N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.05g；升温至65℃，反应至少三小时后，将负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.03g投入。待混合均匀以后，出料并送入真空干燥室，在40℃下真空干燥；干燥完成以后，使用破碎机破碎，获得成品。

实施例6：

本实施例6增强植物抗逆能力保水剂由下列原料制成：氢氧化钾30g，丙烯酸60g，丙烯酰胺15g，魔芋葡甘聚糖10g，大豆多糖10g，过硫酸钾0.1g，N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.05g，负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.025g，去离子水300g。

本实施例6增强植物抗逆能力保水剂的制备过程为：先将30g氢氧化钾溶于100g去离子水中，然后将丙烯酸60g溶于200g去离子水中。接着使用氢氧化钾溶液中和丙烯酸溶液，后加入丙烯酰胺15g和魔芋葡甘聚糖10g、大豆多糖10g。待溶解完全后，依次加入过硫酸钾0.1g和N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.05g；升温至65℃，反应至少三小时后，将负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.025g投入。待混合均匀以后，出料并送入真空干燥室，在40℃下真空干燥；干燥完成以后，使用破碎机破碎，获得成品。

实施例7：

本实施例7增强植物抗逆能力保水剂由下列原料制成：氢氧化钾30g，丙烯酸60g，丙烯酰胺17g，魔芋葡甘聚糖15g，大豆多糖5g，过硫酸钾0.1g，N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.05g，负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.013g，去离子水300g。

本实施例7增强植物抗逆能力保水剂的制备过程为：先将30g氢氧化钾溶于100g去离子水中，然后将丙烯酸60g溶于200g去离子水中。接着使用氢氧化钾溶液中和丙烯酸溶液，后加入丙烯酰胺17g和魔芋葡甘聚糖15g、大豆多糖5g。待溶解完全后，依次加入过硫酸钾0.1g和N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.05g；升温至65℃，反应至少三小时后，将负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.013g投入。待混合均匀以后，出料并送入真空干燥室，在40℃下真空干燥；干燥完成以后，使用破碎机破碎，获得成品。

实施例8：

本实施例8增强植物抗逆能力保水剂由下列原料制成：氢氧化钾26g，丙烯酸52g，丙烯酰胺20g，魔芋葡甘聚糖15g，大豆多糖5g，过硫酸钾0.5g，N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.1g，负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.038g，去离子水300g。

本实施例8增强植物抗逆能力保水剂的制备过程为：先将26g氢氧化钾溶于100g去离子水中，然后将丙烯酸52g溶于200g去离子水中。接着使用氢氧化钾溶液中和丙烯酸溶液，后加入丙烯酰胺20g和魔芋葡甘聚糖15g、大豆多糖5g。待溶解完全后，依次加入过硫酸钾0.5g和N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.1g；升温至65℃，反应至少三小时后，将负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.038g投入。待混合均匀以后，出料并送入真空干燥室，在40℃下真空干燥；干燥完成以后，使用破碎机破碎，获得成品。

实施例9：

本实施例9增强植物抗逆能力保水剂由下列原料制成：氢氧化钾30g，丙烯酸60g，丙烯酰胺20g，魔芋葡甘聚糖7g，大豆多糖5g，过硫酸钾1g，N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.1g，负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.01g，去离子水300g。

本实施例9增强植物抗逆能力保水剂的制备过程为：先将30g氢氧化钾溶于100g去离子水中，然后将丙烯酸60g溶于200g去离子水中。接着使用氢氧化钾溶液中和丙烯酸溶液，后加入丙烯酰胺20g和魔芋葡甘聚糖7g、大豆多糖5g。待溶解完全后，依次加入过硫酸钾1g和N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.1；升温至65℃，反应至少三小时后，将负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.01g投入。待混合均匀以后，出料并送入真空干燥室，在40℃下真空干燥；干燥完成以后，使用破碎机破碎，获得成品。

实施例10：

本实施例10增强植物抗逆能力保水剂由下列原料制成：氢氧化钾30g，丙烯酸60g，丙烯酰胺10g，魔芋葡甘聚糖10g，大豆多糖10g，过硫酸钾0.1g，N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.05g，负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.05g，去离子水300g。

本实施例10增强植物抗逆能力保水剂的制备过程为：先将30g氢氧化钾溶于100g去离子水中，然后将丙烯酸60g溶于200g去离子水中。接着使用氢氧化钾溶液中和丙烯酸溶液，后加入丙烯酰胺10g和魔芋葡甘聚糖10、大豆多糖10g。待溶解完全后，依次加入过硫酸钾0.1g和N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.05g；升温至65℃，反应至少三小时后，将负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球0.05g投入。待混合均匀以后，出料并送入真空干燥室，在40℃下真空干燥；干燥完成以后，使用破碎机破碎，获得成品。

试验例1

将聚丙烯酸-丙烯酰胺-魔芋葡甘聚糖型保水剂作为对照样，与上述实施例3和实施例7中的组分和制备方法获得的保水剂，进行吸水倍数测试。

采用网袋法：先取保水剂1.00g放入过量的标准硬水中，吸胀半小时；然后将其转移到纱布中过滤，至无水滴落，然后将保水剂水凝胶转移到烧杯中称量；试验重复三次取平均值，测试结果如表1所示：通过对比可以看出，通过在保水剂中引入大豆多糖，能有效增加保水剂吸水倍数。

表1保水剂吸水倍数

试验例2

采用上述实施例3中的组分和制备方法获得的保水剂，进行抗旱抗逆测试。

先将砂和沙壤土按1:2的比例混合均匀，得到测试用土壤。然后将测试用土壤放置于花盆中，每盆放置2kg土壤。同时选取长势良好且一致的红颜草莓植株作为测试植株。

将1g实施例3吸收300g清水，将吸水后的凝胶置于一盆土壤中：

然后移栽一株红颜草莓植株到花盆，作为测试样A；

将一株红颜草莓植株移栽到花盆中，浇入与测试样A等量的清水，作为空白样；

将一株红颜草莓植株到花盆中，浇入与测试样A等量的清水和介孔碳纳米球，作为对照样1；

将一株红颜草莓植株到花盆中，浇入与测试样A等量的清水和2,4-表芸苔素内酯，作为对照样2。

将1g聚丙烯酸-丙烯酰胺-魔芋葡甘聚糖-大豆多糖型保水剂吸收300g清水，将吸水后的凝胶置于一盆土壤中，然后移栽一株红颜草莓植株到花盆，作为对照样3。

将与测试样A等比例的介孔碳纳米球和聚丙烯酸-丙烯酰胺-魔芋葡甘聚糖-大豆多糖型保水剂混合，取1g吸收300g清水，将吸水后的凝胶置于一盆土壤中，然后移栽一株红颜草莓植株到花盆，作为对照样4。

将1g聚丙烯酸-丙烯酰胺-魔芋葡甘聚糖-大豆多糖型保水剂吸收含有与测试样A等量2,4-表芸苔素内酯的清水300g，将吸水后的凝胶置于一盆土壤中，然后移栽一株红颜草莓植株到花盆，作为对照样5。

将一株红颜草莓植株到花盆中，浇入与测试样A等量的清水和负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球，作为对照样6。

将与测试样A等比例的负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球和聚丙烯酸-丙烯酰胺-魔芋葡甘聚糖-大豆多糖型保水剂混合，取1g吸收300g清水，将吸水后的凝胶置于一盆土壤中，然后移栽一株红颜草莓植株到花盆，作为对照样7。

选取三个避雨测试点。在每个测试点，每个试样放置20盆，以放置固定时间后，红颜草莓植株的存活率作为抗旱抗逆能力评价标准，结果如表2所示。

表2红颜草莓植株存活率

需要说明的是：存活率＝试样存活株数/试样总株数*100％，对三个测试点存活率取平均值。测试环境温度22-31℃，相对湿度40％-70％。

从表2中可以看出：

(1)通过对照1和对照2相比，可以得出，介孔碳纳米球本身并不能提高存活率。

(2)通过对照样2加入2,4-表芸苔素内酯、与对照样1相比，可以得出加入2,4-表芸苔素内酯后，存活率从1.7提高在至18.3，能一定程度提高存活率。

通过对照样3、对照样4和对照样5对比可知，加入2,4-表芸苔素内酯后，存活率41.7％、43.3％提高至56.6％。

因此加入2,4-表芸苔素内酯后，能有效提高存活率。

(3)通过对照样2和对照样6相比，直接加入2,4-表芸苔素内酯与加入负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球相比，可知加入负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球后，存活率更高。

因此可以得出，负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球，通过将2,4-表芸苔素内酯缓慢释放出来，更利于提高植物的抗逆性。

(4)通过对照样6和对照样7可以看出，通过将负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球与聚丙烯酸-丙烯酰胺-魔芋葡甘聚糖-大豆多糖型保水剂简单混合,相较于单独加入负载6％2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球，更好的提高了植物的抗逆性。

最终，通过对照样7和测试样A进行对比可知，将负载2,4-表芸苔素内酯的介孔碳纳米球封闭在保水剂树脂中，这种方式增强了对2,4-表芸苔素内酯的释放控制，同时与保水剂树脂的特性想协同，进一步提高了作物的抗旱抗逆能力。

上述实施例是对本发明的上述内容作进一步的说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施例。凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。