[发明专利]一种镁氮掺杂碳点及其制备方法和在提高植物光合作用中的用途

说明书

本发明属于纳米材料生物效应研究领域，公开了一种镁氮掺杂碳点及其制备方法和在提高植物光合作用中的用途。该制备方法包括步骤：将柠檬酸、乙醇胺和氢氧化镁溶解于超纯水中，超声处理后倒入反应釜中，于200℃反应6h；反应结束后降至室温，将产物利用孔径为0.22μm的滤头过滤，然后透析12h；冷冻干燥后得到镁氮掺杂碳点。与叶绿体复合后，其激发能会被叶绿体吸收用于光合作用，提高光合活性。通过叶面喷施应用于水稻植株后，Mg,N‑CDs可以均匀分布于叶片细胞内，调控相关酶基因的表达，促进叶片中叶绿素的合成与代谢，使叶绿素分子的活性保持在较高水平，从而提高了叶片的光合活性。最终，植株生长被显著提高。

技术领域

本发明属于纳米材料生物效应研究领域，具体涉及一种镁氮掺杂碳点及其制备方法和在提高植物光合作用中的用途。

背景技术

光合作用是植物生长过程中重要的生理过程，对粮食产量具有重要意义。通过调控光合作用提高农作物的产量已成为众多研究人员关注的热点课题。目前植物光合作用效率远低于其理论值，主要限制因素包括：(1)植物本身有限的光捕获的能力和(2)有限的光合系统活性。作为光捕获者，光合色素几乎参与植物光合作用的所有生理过程，包括：光捕获、能量传递、能量转化等。镁和氮是植物光合色素、光合蛋白以及光合酶等的重要组成成分。植物叶片中叶绿素、镁和氮的含量已经被广泛用于评价植物光合作用的主要参考指标。

纳米材料的快速发展为许多社会问题提供了更好的解决方案，包括农业和环境领域。碳点(CDs)是一种荧光碳纳米材料，粒径10nm，具有优异的光学性能、良好的水溶性、低毒性、环境友好性、生物相容性、原料来源广、制备成本低等诸多优点。CDs既是电子供体，也是电子受体，可以作为一种良好的能量传递中间体。在植物光合作用中，研究人员发现CDs的荧光发射光谱与叶绿体的光吸收谱重合时，CDs的激发能可以被叶绿体捕获，进而加快类囊体膜上的光合电子传递速率，促进植物的光合作用和生长速率。此外，CDs十分易于修饰，可通过特定物质进行功能化。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种镁氮掺杂碳点(Mg,N-CDs)的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种上述制备方法制备而成的镁氮掺杂碳点及其制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种上述镁氮掺杂碳点的应用。本发明通过将植物光合系统所需的镁和氮元素掺杂到CDs中，使其在光合作用中发挥能量传递之外，还可以通过提高植物光合系统的活性，促进其光合效率和生长发育。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种镁氮掺杂碳点的制备方法，包括以下操作步骤：将柠檬酸、乙醇胺和氢氧化镁溶解于超纯水中，超声处理后所得混合液倒入反应釜中，于200℃反应6h；反应结束后降至室温，将产物利用孔径为0.22μm的滤头过滤，然后用透析袋透析12h；经过冷冻干燥后，得到镁氮掺杂碳点(Mg,N-CDs)。

优选的，所述柠檬酸、乙醇胺、氢氧化镁的摩尔比为1:0.2:0.35。

优选的，所述超声处理的时间为30min。

优选的，所述透析袋的截留分子量MW 100～500；所述透析是采用超纯水为透析液。

一种由上述的制备方法制备得到的镁氮掺杂碳点。

上述的镁氮掺杂碳点在提高植物光合作用中的用途。