一种以荧光纳米材料为活性成分的种衣剂及其制备方法和应用

本发明属于生物农业，更具体地，涉及一种以荧光纳米材料为活性成分的种衣剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、土壤盐碱化包括初生盐碱化(自然过程)和次生盐碱化(人为活动导致)，盐碱对作物造成的危害包括渗透胁迫，离子胁迫以及次生胁迫，最终造成作物生长状态及产量的下降，是导致粮食危机的重要因素之一。

2、纳米材料是指至少有一个维度在1nm～100nm之间的材料，其大比表面积赋予了它特殊的界面效应。如特殊的表面结构，可能具有的荧光特性和不同的电位性能以及可以进行表面修饰的特性等。纳米材料尺寸和电位性能带来了较大的表面活性以及更易进入植物内部的能力，使得纳米粒子能够在植物表面使用，而在植物内部起作用。这使得我们可以有目的地修饰、合成不同功能的纳米材料，并将其运用到农业生产中。如现有技术发现外源施用纳米氧化锌和纳米硒能有效提高油菜种子萌发期耐盐性(mahmoud a e a m a.纳米氧化锌和纳米硒提高油菜种子萌发期耐盐性的研究[d].华中农业大学，2022.)。但现有技术大多都是在种子播种后，施用纳米活性物质，对种子的生长特性进行改善，这种播种后施用活性物质的方法，所需用到的活性物质较多(大大加大了播种成本)，且播种后再施用纳米活性物质非常容易造成施撒不均匀，对种子的生长特性改善效果有限。

3、种子包衣(种衣剂)是大田生产上最为便捷的处理方式，且包衣种子产品便于运输、功效随着作物生长具有持续性。将纳米材料作为有效成分制备种衣剂，在作物播种前进行种子包衣或拌种的现有技术比较少见，这主要是因为利用纳米材料作为活性成分制作种衣剂时，由于纳米材料通常通过表面丰富的基团来产生作用，而与种衣剂合成的各种成分混合后，基团之间可能发生作用，导致纳米材料成分发生改变，最终作用在种子上的活性成分有限。

4、因此，急需开发一种稳定性好且能较好改善种子生长特性的以纳米材料为活性成分的种衣剂。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术以纳米材料作为种衣剂的种类有限，且纳米活性成分在种衣剂中难以稳定存在的缺陷和不足，提供一种以荧光纳米材料为活性成分的种衣剂。

2、本发明的目的是提供一种以荧光纳米材料为活性成分的种衣剂的制备方法。

3、本发明另一目的是提供一种以荧光纳米材料为活性成分的种衣剂在粮食作物种子、经济作物种子、蔬菜种子的土壤盐碱化生长中的应用。

4、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

5、一种以荧光纳米材料为活性成分的种衣剂，所述种衣剂包括碳点纳米活性成分和非活性成分；

6、所述非活性成分包括成膜剂；其中，所述成膜剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚乙二醇、壳聚糖或甲壳素中的一种或几种；

7、所述碳点纳米活性成分为含硒碳量子点(se-cds)或含硫碳量子点(s-cds)。

8、进一步地，所述碳点纳米活性成分以硒或硫计，在种衣剂中浓度为32.5～100mg/l。

9、本发明所述的碳点纳米活性成分se-cds或s-cds除了硒、硫元素本身之外，还富含高生物相容性化合物结构的一些键结构(二硫键、二硒键)，以及一些类似氨基酸的基团结构，在水热形成掺杂碳点后，这些基团结构以碳核为核心根据亲疏水性及共价键包裹在碳核外围，进入植物体后，这些结构可以与酶或植物大分子发生相互作用。

10、进一步地，所述非活性成分还包括乳化剂、消泡剂、防冻剂、防腐剂和警戒色料；

11、其中，所述非活性成分中成膜剂、乳化剂、消泡剂、防冻剂、防腐剂和警戒色料的质量浓度依次为3.5～5.75g/100ml、1.0～1.4g/100ml、0.05～0.1g/100ml、0.5～2g/100ml、0.1～0.2g/100ml、0.4～0.8g/100ml。

12、优选地，在本发明实施例中，棉花种子种衣剂，优选地，所述非活性成分中成膜剂、乳化剂、消泡剂、防冻剂、防腐剂和警戒色料的质量浓度依次为3.5g/100ml、1.0g/100ml、0.05g/100ml、0.5g/100ml、0.1g/100ml、0.5g/100ml。

13、优选地，在本发明实施例中，水稻种子种衣剂，优选地，所述非活性成分中成膜剂、乳化剂、消泡剂、防冻剂、防腐剂和警戒色料的质量浓度依次为5.75g/100ml、1.0g/100ml、0.05g/100ml、0.5g/100ml、0.1g/100ml、0.5g/100ml。

14、更进一步地，所述种衣剂按照以下方法制备：

15、s1.碳点纳米活性成分：将碳源和氮源加入水中，混匀，120℃～240℃进行水热反应，冷却，离心取上清，透析，即得；

16、s2.非活性成分制备：将配方量的成膜剂、乳化剂、消泡剂、防冻剂、防腐剂和警戒色料分别用溶剂溶解后，混合，稳定，调节ph为6～7，即得；

17、s3.将s1制备的纳米活性成分和s2制备的非活性成分混合均匀，即得一种以荧光纳米材料为活性成分的种衣剂；

18、其中，所述氮源为邻苯二胺或间苯二胺；所述碳源为胱胺二盐酸盐或硒代胱胺盐酸盐。

19、因为高温氧化条件下氧元素会将氮源和碳源中的氨基氧化成硝基，并使二硫键断裂，这样碳点表面的基团会发生很大的改变，而将材料维持在较低氧化还原势有利于材料发挥后续的活性氧清除功效，基于此本技术在无氧高温条件下制备碳点纳米活性成分。

20、优选地，所述水热反应在无氧条件下进行；所述水热反应时间为360min～720min。

21、优选地，所述成膜剂为壳聚糖、pvp。

22、更进一步地，乳化剂为十二烷基苯磺酸钠或烷基酚聚氧乙烯醚-10。

23、进一步地，所述消泡剂为1-十六醇、正辛醇或磷酸三丁酯。

24、更进一步地，所述防冻剂为丙三醇或1,2-丙二醇；所述防腐剂为苯酚、苯甲酸钠或山梨酸钾。

25、进一步地，所述警戒色料为玫瑰红b(碱性玫瑰精)、胭脂红、靛蓝或甲酚红。

26、另外地，本发明还要求保护所述种衣剂的应用，所述种衣剂应用于粮食作物种子、经济作物种子、蔬菜种子的土壤盐碱化生长。

27、优选地，所述种衣剂应用于水稻、棉花、黄瓜的土壤盐碱化生长。

28、进一步地，所述种衣剂和种子按照1:25～100ml/g的拌种比混合后播种；即1ml种衣剂加25～100g种子。

29、另外地，在本发明实施例中，优选水稻种子含硒种衣剂中硒含量为100mg/l、含硫种衣剂中硫含量为100mg/l；优选棉花种子含硒种衣剂中硒含量为32.5～50mg/l、含硫种衣剂中硫含量为50mg/l。

30、本发明具有以下有益效果：

31、1、本发明通过调节非活性成分中成膜剂的成分，使纳米活性成分能够在种衣剂中稳定存在，提供了将纳米试剂制成种衣剂的有效方案。并且，本发明所述种衣剂在种子盐胁迫条件下能有效清除作物体内的活性氧，提高作物体内的抗氧化酶活力，增强种子的萌发生长性能，且对水稻、棉花、黄瓜的作用具有普适性，使短时间内大面积使用成为可能。

32、2、本发明制备种衣剂与纳米浸种、引发剂相比，在生产上更易与农药、肥料复配，使用快捷，还方便运输保存，更有利于纳米材料在生产上的推广与应用。并且，本发明所述种衣剂合成方法便捷，用量少，便于运输与操作，与引发剂相比技术更为成熟、方便，且更被种植者接受，其非活性成分多为可降解、医用、污水处理、食品原料，安全环保。

33、3、本发明所述种衣剂中的纳米活性成分荧光猝灭少、成分之间荧光干扰弱，可以使用荧光法检测进入植物组织的含量，有利于监控检测。