不同用量石墨相氮化碳对黄瓜幼苗生长的影响

汪瑞 沈荣晨 李鑫 孙光闻

李其友 男，武汉市农业科学院作物研究所所长、正高职高级农艺师，全国瓜菜工厂化育苗产业技术创新战略联盟理事长、湖北省园艺学会理事、湖北省西甜瓜协会理事、中国蔬菜协会种苗分会理事。引进、消化、吸收美国speeding公司工厂化穴盘育苗技术，促进了武汉地区芦笋结构调整和小型礼品西瓜产业化发展，将穴盘育苗发展成了企业集群，嫁接、育苗技术走在全国前列。参与农业部公益性行业农业科研专项《设施农业高效育苗标准化生产工艺与配套设备研究与示范》，主持省市4项科研项目，取得2项发明专利、6项实用新型专利、发表论文10余篇，主编《西瓜、甜瓜设施栽培》一书。获得湖北省科技进步一等奖、三等奖，农业部丰收二等奖、武汉市科技进步二等奖，曾被评为湖北省第六届优秀科技副县长，2014年被湖北日报传媒集团联合省发改委、科技厅、农业厅评为2012-2013“湖北三农杰出人物”。

纳米材料是指三维空间尺度中至少有一维处于纳米量级（1～100 nm）的材料[1]。 由于纳米材料具有比表面积大和表面缺陷产生的一系列新的不同于宏观物质的效应，例如小尺寸效应、界面效应、量子效应等，使其在化工、机械、农业、食品和医药等领域都得到了广泛的应用[2]。石墨相氮化碳是一种新型的纳米材料，其化学和热稳定性好、无毒、易制备，且原料便宜易得，相比金属纳米材料对环境的污染小[3]。因此，研究石墨相氮化碳在农业上的应用十分有意义。

黄瓜属葫芦科甜瓜属，其鲜果脆嫩多汁，营养丰富，清香可口，深受人们喜爱，在蔬菜周年供应上占有重要地位，是重要的蔬菜作物之一[4]。黄瓜苗期易出现出苗不齐、沤根、徒长、花打顶等现象[5]，直接影响后期黄瓜产量，因此培育黄瓜壮苗尤为重要。

本试验以黄瓜为材料，研究不同用量石墨相氮化碳对黄瓜幼苗生长的影响，筛选促进黄瓜生长的最适石墨相氮化碳用量，为石墨相氮化碳应用于农业生产提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试黄瓜品种为密特朗128，由辽宁锦州鑫园世家种业有限公司生产。试验所采用的石墨相氮化碳纳米材料由华南农业大学林学与风景园林学院提供。

1.2 试验方法

试验于2018年11月7日至12月9日在华南农业大学园艺学院设施园艺大棚进行。试验选用32孔的穴盘，每个处理1盘，每盘50株苗，以珍珠岩为基质进行育苗。待黄瓜幼苗2片子叶完全展开时，分别用清水 （CK） 和50 mg/L （T1）、100 mg/L（T2）、200 mg/L（T3）的石墨相氮化碳纳米材料进行浇施处理，每次每盘均匀浇施相对应处理液1 000 mL，每5 d处理1次，共处理6次，待幼苗长至3叶1心时，每个处理各选择10株进行生长指标测定。

1.3 测定项目及方法

真叶长、真叶宽、子叶长、子叶宽、株高、根长用直尺测量；茎粗用游标卡尺测量；地上部鲜质量：剪掉根部后的其余部分用分析天平测量；根鲜质量：将根部剪下，轻轻洗去附着的基质，用滤纸吸干冲洗附着的水分，用分析天平测量；地上部干质量、根干质量：将地上部和根部放入烘箱72℃烘干至恒重用分析天平测量；壮苗指数=（茎粗/株高+总鲜质量）×10[6]；使用李合生[7]的方法测量叶绿素含量。

1.4 数据分析

试验数据使用Excel 2013和SPSS进行统计和分析。

2 结果与分析

2.1 不同用量石墨相氮化碳对黄瓜幼苗地上部生长的影响

如表 1 所示，与对照相比，T1、T2、T3处理下黄瓜幼苗的株高都有不同程度的增加，其中T1处理下黄瓜幼苗的株高最大，相比对照增加了10.44%，并且差异显著。与对照相比，T1处理下黄瓜幼苗的茎粗显著增加，相比对照增加了5.67%，其余处理与对照相比差异不显著。与对照相比，T1、T2、T3处理下的黄瓜幼苗地上部鲜、干质量都显著增加，其中T1处理下黄瓜幼苗的地上部鲜、干质量最大，相比对照分别增加了50.71%、40.85%。

2.2 不同用量石墨相氮化碳对黄瓜幼苗根部生长及壮苗指数的影响

如表 2 所示，与对照相比，T1、T2、T3处理下黄瓜幼苗的根长都显著增加，其中T1处理下黄瓜幼苗的根长最大，相比对照增加了17.57%。与对照相比，T1、T2、T3处理下黄瓜幼苗的根鲜质量都有不同程度增加，与对照相比差异不显著。与对照相比，T1、T2、T3处理下黄瓜幼苗的根干质量都显著增加，其中T1处理下黄瓜幼苗的根干质量最大，比对照增加了 20.77%。 与对照相比，T1、T2、T3处理下黄瓜幼苗的壮苗指数都显著增加，其中T1处理下黄瓜幼苗的壮苗指数最大，比对照增加了42.37%。

表1 不同用量石墨相氮化碳对黄瓜幼苗地上部生长的影响

表2 不同用量石墨相氮化碳对黄瓜幼苗根部生长及壮苗指数的影响

表3 不同用量石墨相氮化碳对黄瓜幼苗叶片生长的影响

表4 不同用量石墨相氮化碳对黄瓜幼苗叶片叶绿素含量的影响

2.3 不同用量石墨相氮化碳对黄瓜幼苗叶片生长的影响

如表3所示，与对照相比，T1处理下黄瓜幼苗的最大叶长、宽显著增加，相比对照分别增加了23.74%、26.87%，其余处理差异不显著。与对照相比，T1、T2、T3处理下黄瓜幼苗的子叶长都显著增加，子叶宽与对照相比差异不显著。

2.4 不同用量石墨相氮化碳对黄瓜幼苗叶片叶绿素含量的影响

如表 4 所示，与对照相比，T1、T2、T3处理下黄瓜幼苗的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量都有不同程度的增加，其中T3处理下叶绿素a和总叶绿素含量最大，相比对照分别增加了4.84%、6.93%，其中T1处理下叶绿素b含量最大，相比对照增加了16.57%，但所有处理间差异不显著。

3 讨论与结论

目前关于纳米材料对植物生长发育的研究多集中于金属纳米材料和碳纳米材料，而对于石墨相氮化碳这种有机聚合物类纳米材料在植物上的应用研究较少。

纳米材料可以不进入植物体内影响植物的生长发育。Canas等[8]研究发现，水培条件下，非功能化的单壁碳纳米管可以促进洋葱和黄瓜根的生长，显微镜下只在根表面上发现碳纳米管的存在，并未观察到植物吸收碳纳米管的现象。Khodakovskaya等[9]研究发现，多壁碳纳米管可以通过影响土壤微生物群的组成来影响植株的生长。

同时研究发现多壁碳纳米管和石墨烯能够穿透番茄的种皮，从而促进种子对水分的吸收，增加番茄的产量[10]。Tripathi等[11]观察到鹰嘴豆可吸收水溶性的碳纳米管，并利用碳纳米管来构建木质部的毛细管，从而提升植株的吸水和保水能力，从而促进根和茎的生长。Giraldo等[12]研究发现，单壁碳纳米管经植物的被动运输嵌入到叶绿体后，可增强植物叶绿体的光合作用活性和电子转移速率。

还有研究发现nTiO2/ZnO处理水培生菜可显著增加生菜根系对氮、磷、钾、锌等元素的吸收以及生菜地上部对氮、磷、钾、钙的吸收[13～16]。 另外，有研究发现纳米材料可以有效去除营养液中的自毒物质，从而促进植株生长，nTiO2光催化处理后的营养液培养芦笋可以明显提高芦笋的产量[17]。

本试验以黄瓜为试验材料，研究了不同用量石墨相氮化碳对黄瓜幼苗生长的影响，结果表明，浇施3个浓度的石墨相氮化碳均可以促进黄瓜幼苗的生长，当石墨相氮化碳用量在50 mg/L时促进效果最佳，但具体的影响机制需要进一步研究。