草木灰中納米級(jí)碳顆粒對(duì)綠豆芽生長(zhǎng)的影響

屈小涵 李學(xué)鳳 黃荷蕤 張?jiān)?/p>

摘要? ? 為了觀察草木灰中的納米級(jí)碳顆粒（以下簡(jiǎn)稱碳顆粒）對(duì)綠豆發(fā)芽及生長(zhǎng)的影響，試驗(yàn)采用透析方法制備了草木灰中的碳顆粒，并用電子顯微鏡進(jìn)行觀察，確認(rèn)其納米級(jí)別;然后將草木灰中純化出的碳顆粒溶液加入瓊脂糖凝膠中，制備含有碳顆粒的培養(yǎng)基;并將新鮮的綠豆種子分別放置于普通培養(yǎng)基和碳顆粒培養(yǎng)基凝膠上進(jìn)行培養(yǎng)，待7 d后長(zhǎng)出子葉，測(cè)量莖葉長(zhǎng)度，并使用熒光顯微鏡觀察綠豆芽中碳顆粒的分布與富集情況。結(jié)果表明，碳顆粒培養(yǎng)基凝膠上生長(zhǎng)的綠豆芽較普通培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的綠豆芽長(zhǎng)度更長(zhǎng)，說(shuō)明草木灰中的碳顆粒具有促進(jìn)綠豆芽生長(zhǎng)的作用。

關(guān)鍵詞? ? 綠豆芽;草木灰;納米級(jí)碳顆粒;生長(zhǎng)

中圖分類號(hào)? ? TQ917;S522? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A? ? ? ? 文章編號(hào)? ?1007-5739（2019）11-0050-02

草木灰作為肥料應(yīng)用在我國(guó)具有悠久的歷史，最早可以追溯到先秦時(shí)期。草木灰的主要成分是碳酸鉀（K2CO3），一般認(rèn)為其中的鉀鹽等起到了鉀肥的作用。草木灰是一種來(lái)源廣泛、成本低廉、養(yǎng)分齊全、肥效明顯的無(wú)機(jī)農(nóng)家肥[1-2]，在等鉀量施用草木灰時(shí)，草木灰肥效好于化學(xué)鉀肥。目前研究認(rèn)為，草木灰可促使種子提前發(fā)芽，長(zhǎng)出的苗整齊、健壯，成苗率高，同時(shí)促進(jìn)根系生長(zhǎng)。另外，草木灰可以防止落葉、改善水果品質(zhì)、抑制病蟲(chóng)害[3]以及提高果樹(shù)抗旱性等。草木灰又稱冬灰、藜灰（《本經(jīng)》）、薪柴灰（《綱目》），是中醫(yī)臨床上的一種常用中藥炭藥，“炒炭止血”也是中醫(yī)藥的重要理論，比如黃芩炭、大黃炭等。最新研究表明，碳化后的植物藥中具有納米級(jí)碳顆粒，并具有生物活性，草木灰發(fā)揮止血作用的主要成分就是其中的納米級(jí)碳顆粒。

但是查閱文獻(xiàn)并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)關(guān)于草木灰中除了鉀離子外，其他成分（如納米級(jí)碳顆粒）會(huì)不會(huì)進(jìn)入植物并產(chǎn)生作用的相關(guān)研究報(bào)道。進(jìn)一步查閱文獻(xiàn)得知，灰燼中較大的顆粒不會(huì)溶解，但是其中納米級(jí)別的碳顆?？梢孕纬赡z體溶液進(jìn)入土壤中，而關(guān)于其在植物中的分布以及對(duì)植物生長(zhǎng)的影響也未被研究過(guò)。

因此，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)通過(guò)透析的方法除去無(wú)機(jī)鹽等小分子，從草木灰中純化出納米級(jí)碳顆粒。由于納米級(jí)別的碳顆?？梢园l(fā)出藍(lán)色熒光[4]，故試驗(yàn)中使用熒光顯微鏡觀察其在植物中的分布，同時(shí)觀察其對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗(yàn)材料

綠豆，購(gòu)自物美超市;瓊脂糖，購(gòu)自北京化學(xué)試劑有限公司;去離子水，采用哇哈哈純凈水;草木灰，購(gòu)自北京同仁堂有限責(zé)任公司;三角瓶等玻璃用品，購(gòu)自天津福晨玻璃儀器廠;透析袋：截留分子量為1 000 Da，購(gòu)自北京瑞達(dá)振輝有限公司。

電子顯微鏡（JEM-1230型電鏡（日本）），熒光顯微鏡（奧林巴斯IX73型顯微鏡（美國(guó)））。

1.2? ? 試驗(yàn)方法

1.2.1? ? 草木灰中碳納米顆粒的純化與鑒定。稱取10 g草木灰，用研缽將塊狀的草木灰搗碎成粉末，加入50 mL去離子水，充分?jǐn)嚢?，混勻，形成混懸液。靜置30 min后，棄去沉淀，以除去不溶解的大顆粒。上清液裝入截留分子量為1 000 Da的透析袋中，透析3 d，中間多次換液，以去除鹽類等小分子物質(zhì)，得到的透析液為膠體溶液。將膠體溶液滴到銅片上，使用有機(jī)金屬研究所的JEM-1230型電子顯微鏡對(duì)膠體溶液中的碳顆粒進(jìn)行觀察。

1.2.2? ? 植物培養(yǎng)基的制備。稱取0.3 g瓊脂糖，置于三角瓶中，加入30 mL TBE緩沖液，將該三角瓶置于微波爐中加熱至瓊脂糖溶解，待瓊脂糖冷卻至60 ℃以下后，加入5 mL草木灰水煮并透析后的溶液（將小分子化合物去除，只剩納米級(jí)碳顆粒）;以加入等體積水溶液為對(duì)照。將配制好的凝膠倒入三角瓶中，室溫靜置冷卻。

1.3? ? 綠豆種子培養(yǎng)與觀察

待凝膠凝固后，將新鮮、顆粒均一、飽滿的綠豆種子隨機(jī)分組放置于凝膠上，三角瓶用扎有氣孔的保鮮膜封口，然后放入恒溫恒濕箱中，25 ℃培養(yǎng)，并設(shè)置12 h光照、12 h黑暗模擬晝夜變化。1～2 d后，綠豆相繼開(kāi)始發(fā)芽;7 d左右胚乳基本消失，根系開(kāi)始發(fā)達(dá)，并長(zhǎng)出2片子葉。在培養(yǎng)7 d后，統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率并用直尺測(cè)量生長(zhǎng)狀態(tài);切取豆芽根、莖、葉制成切片，使用奧林巴斯IX73型熒光顯微鏡觀察切片。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 草木灰中碳納米顆粒的純化與鑒定

從圖1可以看出，草木灰中存在6～8 nm的球形碳納米顆粒。

2.2? ? 碳納米顆粒在植物中的分布

由于納米級(jí)別的碳納米顆?？梢园l(fā)熒光，故可以在碳納米顆粒處理組觀察到明顯的熒光，如圖2（a）所示;而對(duì)照組則觀察不到熒光，如圖2（b）所示。從圖3可以看出，通過(guò)熒光顯微鏡可以觀察到，在根、莖、葉中出現(xiàn)了明亮的藍(lán)色熒光。從圖4、5也可以看出，植物莖中的導(dǎo)管、篩管及葉脈中充滿了藍(lán)色熒光。這表明碳顆粒在這些部位均有分布，因而可以推測(cè)這些碳顆粒首先被植物根部攝取，并通過(guò)莖中的導(dǎo)管向上運(yùn)輸，最終在子葉的葉脈中富集。

2.3? ? 碳納米顆粒對(duì)綠豆芽長(zhǎng)度的影響

通過(guò)測(cè)量與統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，2個(gè)處理組之間綠豆的發(fā)芽率沒(méi)有差異，均為9粒種子中有8粒發(fā)芽，且對(duì)綠豆芽的生長(zhǎng)形態(tài)影響不明顯（圖6），而在綠豆芽生長(zhǎng)長(zhǎng)度（圖7）上，碳納米顆粒溶液組較對(duì)照組有顯著提高，這意味著碳納米顆?？赡軐?duì)植物的生長(zhǎng)有利。

3? ? 結(jié)論與討論

早在數(shù)千年前，中國(guó)古人就知道通過(guò)燒荒提高土壤肥力?，F(xiàn)代研究一般認(rèn)為，燃燒后的灰燼會(huì)為植物生長(zhǎng)提供鉀肥、氮肥等營(yíng)養(yǎng)，但是并沒(méi)有認(rèn)為灰燼中的碳顆粒在其中起到作用。在本試驗(yàn)中，借助納米級(jí)碳顆粒的熒光特性，觀察到了其可以被植物攝取并吸收富集，最終還對(duì)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生了正向影響。這說(shuō)明去除小分子之后的草木灰碳納米顆?？梢员恢参镂詹⒛艽龠M(jìn)生長(zhǎng)，草木灰對(duì)植物生長(zhǎng)的影響并不只是單純通過(guò)鉀、氮離子的作用，而且還與其中含有的碳顆粒具有密切關(guān)系。目前，尚不清楚是通過(guò)何種方式使其促進(jìn)了豆芽的生長(zhǎng)，而且其是否能提高光合作用效率、促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收或加快植物的新陳代謝等仍需要通過(guò)進(jìn)一步開(kāi)展合理的對(duì)照試驗(yàn)來(lái)證明。本試驗(yàn)只是宏觀觀察了豆芽的生長(zhǎng)，對(duì)于碳顆粒是否在微觀上影響了?其他觀測(cè)不到的性質(zhì)目前尚不能確定。因此，如果條件允許，可以通過(guò)檢測(cè)植物基因組及轉(zhuǎn)錄組的變化來(lái)全面探究碳顆粒對(duì)植物微觀上的影響。

本試驗(yàn)僅僅觀察到了植物對(duì)納米級(jí)碳顆粒的吸收、分布與富集，并發(fā)現(xiàn)了碳顆?？赡軐?duì)植物的生長(zhǎng)有利;但是并不清楚是否只有來(lái)源于草木灰的碳納米顆粒對(duì)植物生長(zhǎng)有利。因此，在后續(xù)工作中將進(jìn)一步考察不同來(lái)源的碳納米顆粒在植物中的分布情況和對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。同時(shí)，在本試驗(yàn)中，雖然發(fā)現(xiàn)了碳顆粒有促進(jìn)植物生長(zhǎng)的作用，但是其具體的作用機(jī)制尚不明確，下一步應(yīng)對(duì)其具體機(jī)制進(jìn)行研究。

草木灰中的碳納米顆?？梢员恢参镂詹⒛艽龠M(jìn)植物生長(zhǎng)，這一發(fā)現(xiàn)可能對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有巨大的意義和潛在應(yīng)用價(jià)值。目前，促進(jìn)植物生長(zhǎng)的因素主要有氮肥、磷肥、鉀肥、生長(zhǎng)因子、土壤微生物及光照等[5-6]，而通過(guò)草木灰進(jìn)入土壤中的碳納米顆粒對(duì)植物生長(zhǎng)的影響研究十分有限，本研究為尋找促進(jìn)植物生長(zhǎng)的方法提供了一個(gè)全新的角度。

4? ? 參考文獻(xiàn)

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[3] 趙金.草木灰防治果樹(shù)病害的作用[N].陜西科技報(bào)，2018-11-13（006）.

[4] 顏范勇，鄒宇，王猛，等.熒光碳點(diǎn)的制備及應(yīng)用[J].化學(xué)進(jìn)展，2014，6（1）：61-74.

[5] 趙啟蒙.用于植物生長(zhǎng)補(bǔ)光的LED照明系統(tǒng)研究[D].上海：復(fù)旦大學(xué)，2012.

[6] 吳建鋒，林先貴.土壤微生物在促進(jìn)植物生長(zhǎng)方面的作用[J].土壤，2003，35（1）：18-21.