[发明专利]植物营养物包覆的纳米颗粒及其制备和使用方法

说明书

背景技术

植物需要某些必需营养物以行使正常功能和生长。在行使正常功能和生长所需的营养物水平之外，可能由于缺乏或毒性而导致整体的作物生长和健康下降。当未获得满足培育植物所需的足够量的必需营养物时，发生营养物缺乏。当营养物超过植物所需时发生毒性，并降低植物生长或质量。

植物营养物分为两类：大量营养物，其以较大的量来消耗，且可占植物组织以干物质重量计从约0.2％至约4.0％；和微量营养物，其以较小的量来消耗，且范围可从约每百万(ppm)5份至约200ppm或小于约0.2％干重。大量营养物包括碳、氢、氧、磷、钾、氮、硫、钙、镁和硅。微量营养物包括铁、钼、硼、铜、锰、钠、锌、镍、氯、硒、钒和钴。

植物通过根部吸收营养物存在三个基本途径：(1)简单扩散，其中非极性分子诸如，例如在不使用转运蛋白的情况下，沿浓度梯度的O₂、CO₂和NH₃可被动地移动通过脂质双层膜；(2)协助扩散，其中沿浓度梯度的溶质或铁由转运蛋白协助而快速移动；(3)主动转运，其中逆浓度梯度的铁或分子的主动转运需要能量来源将铁或分子泵送通过膜，所述能量来源通常为ATP。

然而，并非所有的植物营养物皆为运动的。例如，通常认为硼是在韧皮部固定不动的，且仅在高等植物中具有有限的韧皮部运动。硼从植物细胞的外部运动到植物细胞的内部通常涉及硼多元醇复合物的调节。然而，在高等植物中，多元醇化合物可能并不充足或可能完全不存在。因此，在大部分商业化的农田作物和园艺作物(其缺乏多元醇)中，硼的运动被限制且硼施肥受到限制。因此，在植物中需要营养物更易运动且更有效的施肥方法。

概述

本申请中描述的一些实施方案涉及纳米肥料，所述纳米肥料包括包覆在金属纳米颗粒上的至少一种植物营养物。在一些实施方案中，至少一种植物营养物包括氮、磷、钾、钙、硫、镁、硼、铜、铁、氯、锰、钼、锌，及其前体或其组合。在一些实施方案中，至少一种植物营养物包括硼、硼酸、四水八硼酸二钠、硼酸钙、硼酸镁、硼硅酸钠、十水四硼酸钠、硼酸钠、四硼酸钠、四硼酸二钠或其组合。在一些实施方案中，金属纳米颗粒包括金、银、铜、铝、镍、铬、铁、钴、锡、钛、硅、锌、铅、钯、铂、钌、铑、钽、钨、其合金或其组合。

本申请中描述的一些实施方案涉及制备纳米肥料的方法，其包括提供金属纳米颗粒；和利用至少一种植物营养物或植物营养物前体包覆金属纳米颗粒。在一些实施方案中，提供金属纳米颗粒包括通过盐还原合成、反转胶粒化过程、微波电介质加热还原、超声辐射、辐射分解、溶剂热合成、生物还原、热蒸发、光化学还原、电化学合成，或其组合形成金属纳米颗粒。

本申请中描述的一些实施方案涉及制备纳米肥料的方法，所述纳米肥料包括将金属盐和植物营养物在含水介质中混合以形成溶液；和向所述溶液中添加还原剂以形成包覆的金属纳米颗粒。在一些实施方案中，还原剂以滴加方式添加到溶液中。在一些实施方案中，还原剂包括柠檬酸钠、硼氢化钠、氢醌、乙二醇、甲醛、乙醇、羟基自由基、糖热解自由基、水合肼、糖化物、N，N-二甲基甲酰胺或其组合。

在一些实施方案中，方法还包括在添加还原剂之前加热溶液。可将溶液加热至约70℃至约110℃的温度。在一些实施方案中，方法还包括在添加还原剂之后将稳定剂添加到溶液中。稳定剂可包括聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、长链硫醇、长链胺类、羧基化合物、牛血清白蛋白、柠檬酸盐、纤维素，或其组合。

本申请中描述的一些实施方案涉及制备硼纳米肥料的方法，该方法包括将硝酸银和硼酸添加到含水介质以形成溶液；和将还原剂添加到所述溶液以形成硼酸包覆的银纳米颗粒。在一些实施方案中，所述还原剂包括柠檬酸钠。在一些实施方案中，所述含水介质包括水。

本申请中描述的一些实施方案涉及用于处理植物中的硼缺乏的方法，所述方法包括将包覆硼或其前体的金属纳米颗粒施用于植物。在一些实施方案中，所述包覆的金属纳米颗粒作为喷雾、水培法、气栽法、种子处理、种苗浸根、土壤施肥、组织培养的营养物、体外培养的营养物、与灌溉水联合应用，或其组合。包覆的金属纳米颗粒可以有效处理硼缺乏的量来施用。包覆的金属纳米颗粒可以不引起硼毒性的量来施用。