不同用量石墨相氮化碳對黃瓜幼苗生長的影響

汪瑞 沈榮晨 李鑫 孫光聞

李其友 男，武漢市農業科學院作物研究所所長、正高職高級農藝師，全國瓜菜工廠化育苗產業技術創新戰略聯盟理事長、湖北省園藝學會理事、湖北省西甜瓜協會理事、中國蔬菜協會種苗分會理事。引進、消化、吸收美國speeding公司工廠化穴盤育苗技術，促進了武漢地區蘆筍結構調整和小型禮品西瓜產業化發展，將穴盤育苗發展成了企業集群，嫁接、育苗技術走在全國前列。參與農業部公益性行業農業科研專項《設施農業高效育苗標準化生產工藝與配套設備研究與示范》，主持省市4項科研項目，取得2項發明專利、6項實用新型專利、發表論文10余篇，主編《西瓜、甜瓜設施栽培》一書。獲得湖北省科技進步一等獎、三等獎，農業部豐收二等獎、武漢市科技進步二等獎，曾被評為湖北省第六屆優秀科技副縣長，2014年被湖北日報傳媒集團聯合省發改委、科技廳、農業廳評為2012-2013“湖北三農杰出人物”。

納米材料是指三維空間尺度中至少有一維處于納米量級（1～100 nm）的材料[1]。 由于納米材料具有比表面積大和表面缺陷產生的一系列新的不同于宏觀物質的效應，例如小尺寸效應、界面效應、量子效應等，使其在化工、機械、農業、食品和醫藥等領域都得到了廣泛的應用[2]。石墨相氮化碳是一種新型的納米材料，其化學和熱穩定性好、無毒、易制備，且原料便宜易得，相比金屬納米材料對環境的污染小[3]。因此，研究石墨相氮化碳在農業上的應用十分有意義。

黃瓜屬葫蘆科甜瓜屬，其鮮果脆嫩多汁，營養豐富，清香可口，深受人們喜愛，在蔬菜周年供應上占有重要地位，是重要的蔬菜作物之一[4]。黃瓜苗期易出現出苗不齊、漚根、徒長、花打頂等現象[5]，直接影響后期黃瓜產量，因此培育黃瓜壯苗尤為重要。

本試驗以黃瓜為材料，研究不同用量石墨相氮化碳對黃瓜幼苗生長的影響，篩選促進黃瓜生長的最適石墨相氮化碳用量，為石墨相氮化碳應用于農業生產提供試驗依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試黃瓜品種為密特朗128，由遼寧錦州鑫園世家種業有限公司生產。試驗所采用的石墨相氮化碳納米材料由華南農業大學林學與風景園林學院提供。

1.2 試驗方法

試驗于2018年11月7日至12月9日在華南農業大學園藝學院設施園藝大棚進行。試驗選用32孔的穴盤，每個處理1盤，每盤50株苗，以珍珠巖為基質進行育苗。待黃瓜幼苗2片子葉完全展開時，分別用清水 （CK） 和50 mg/L （T1）、100 mg/L（T2）、200 mg/L（T3）的石墨相氮化碳納米材料進行澆施處理，每次每盤均勻澆施相對應處理液1 000 mL，每5 d處理1次，共處理6次，待幼苗長至3葉1心時，每個處理各選擇10株進行生長指標測定。

1.3 測定項目及方法

真葉長、真葉寬、子葉長、子葉寬、株高、根長用直尺測量；莖粗用游標卡尺測量；地上部鮮質量：剪掉根部后的其余部分用分析天平測量；根鮮質量：將根部剪下，輕輕洗去附著的基質，用濾紙吸干沖洗附著的水分，用分析天平測量；地上部干質量、根干質量：將地上部和根部放入烘箱72℃烘干至恒重用分析天平測量；壯苗指數=（莖粗/株高+總鮮質量）×10[6]；使用李合生[7]的方法測量葉綠素含量。

1.4 數據分析

試驗數據使用Excel 2013和SPSS進行統計和分析。

2 結果與分析

2.1 不同用量石墨相氮化碳對黃瓜幼苗地上部生長的影響

如表 1 所示，與對照相比，T1、T2、T3處理下黃瓜幼苗的株高都有不同程度的增加，其中T1處理下黃瓜幼苗的株高最大，相比對照增加了10.44%，并且差異顯著。與對照相比，T1處理下黃瓜幼苗的莖粗顯著增加，相比對照增加了5.67%，其余處理與對照相比差異不顯著。與對照相比，T1、T2、T3處理下的黃瓜幼苗地上部鮮、干質量都顯著增加，其中T1處理下黃瓜幼苗的地上部鮮、干質量最大，相比對照分別增加了50.71%、40.85%。

2.2 不同用量石墨相氮化碳對黃瓜幼苗根部生長及壯苗指數的影響

如表 2 所示，與對照相比，T1、T2、T3處理下黃瓜幼苗的根長都顯著增加，其中T1處理下黃瓜幼苗的根長最大，相比對照增加了17.57%。與對照相比，T1、T2、T3處理下黃瓜幼苗的根鮮質量都有不同程度增加，與對照相比差異不顯著。與對照相比，T1、T2、T3處理下黃瓜幼苗的根干質量都顯著增加，其中T1處理下黃瓜幼苗的根干質量最大，比對照增加了 20.77%。 與對照相比，T1、T2、T3處理下黃瓜幼苗的壯苗指數都顯著增加，其中T1處理下黃瓜幼苗的壯苗指數最大，比對照增加了42.37%。

表1 不同用量石墨相氮化碳對黃瓜幼苗地上部生長的影響

表2 不同用量石墨相氮化碳對黃瓜幼苗根部生長及壯苗指數的影響

表3 不同用量石墨相氮化碳對黃瓜幼苗葉片生長的影響

表4 不同用量石墨相氮化碳對黃瓜幼苗葉片葉綠素含量的影響

2.3 不同用量石墨相氮化碳對黃瓜幼苗葉片生長的影響

如表3所示，與對照相比，T1處理下黃瓜幼苗的最大葉長、寬顯著增加，相比對照分別增加了23.74%、26.87%，其余處理差異不顯著。與對照相比，T1、T2、T3處理下黃瓜幼苗的子葉長都顯著增加，子葉寬與對照相比差異不顯著。

2.4 不同用量石墨相氮化碳對黃瓜幼苗葉片葉綠素含量的影響

如表 4 所示，與對照相比，T1、T2、T3處理下黃瓜幼苗的葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素含量都有不同程度的增加，其中T3處理下葉綠素a和總葉綠素含量最大，相比對照分別增加了4.84%、6.93%，其中T1處理下葉綠素b含量最大，相比對照增加了16.57%，但所有處理間差異不顯著。

3 討論與結論

目前關于納米材料對植物生長發育的研究多集中于金屬納米材料和碳納米材料，而對于石墨相氮化碳這種有機聚合物類納米材料在植物上的應用研究較少。

納米材料可以不進入植物體內影響植物的生長發育。Canas等[8]研究發現，水培條件下，非功能化的單壁碳納米管可以促進洋蔥和黃瓜根的生長，顯微鏡下只在根表面上發現碳納米管的存在，并未觀察到植物吸收碳納米管的現象。Khodakovskaya等[9]研究發現，多壁碳納米管可以通過影響土壤微生物群的組成來影響植株的生長。

同時研究發現多壁碳納米管和石墨烯能夠穿透番茄的種皮，從而促進種子對水分的吸收，增加番茄的產量[10]。Tripathi等[11]觀察到鷹嘴豆可吸收水溶性的碳納米管，并利用碳納米管來構建木質部的毛細管，從而提升植株的吸水和保水能力，從而促進根和莖的生長。Giraldo等[12]研究發現，單壁碳納米管經植物的被動運輸嵌入到葉綠體后，可增強植物葉綠體的光合作用活性和電子轉移速率。

還有研究發現nTiO2/ZnO處理水培生菜可顯著增加生菜根系對氮、磷、鉀、鋅等元素的吸收以及生菜地上部對氮、磷、鉀、鈣的吸收[13～16]。 另外，有研究發現納米材料可以有效去除營養液中的自毒物質，從而促進植株生長，nTiO2光催化處理后的營養液培養蘆筍可以明顯提高蘆筍的產量[17]。

本試驗以黃瓜為試驗材料，研究了不同用量石墨相氮化碳對黃瓜幼苗生長的影響，結果表明，澆施3個濃度的石墨相氮化碳均可以促進黃瓜幼苗的生長，當石墨相氮化碳用量在50 mg/L時促進效果最佳，但具體的影響機制需要進一步研究。