一种氮掺杂碳的双酶活性纳米酶及其制备方法和应用

本发明涉及氮掺杂碳的双酶活性纳米酶，特别涉及一种氮掺杂碳的双酶活性纳米酶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、植物的光合作用和呼吸作用是两个互相依存的生物化学过程，它们在植物和其他生物体中发挥着至关重要的作用。光合作用通过吸收二氧化碳和释放氧气，维持了大气中氧气和二氧化碳的浓度平衡；而呼吸作用通过释放二氧化碳和消耗氧气，参与到生态系统中碳和氧的循环中。光合作用产生的有机物质可以被动物摄取并用于呼吸作用，而呼吸作用产生的二氧化碳则可以被植物吸收并用于光合作用。植物细胞内的代谢是非常重要的生理过程，通过调控植物细胞代谢来促进植物生长，从而提高植物产量具有重要意义。近年来，通过调控光合作用来提高农作物的产量已成为众多研究人员关注的热点课题。

2、纳米酶是具有酶催化性质的纳米材料，作为一类新型人工酶,丰富了模拟酶领域的内涵,使其从以往的有机分子拓展到无机纳米材料。纳米酶作为一类新型催化剂，其催化活性来源于纳米材料的纳米效应，催化效率远高于金属离子或有机小分子催化剂，某些纳米酶的催化能力接近甚至超越天然酶。与传统生物酶相比，纳米酶具有催化活性高、反应条件温和、稳定性好、成本低、易于大规模生产等优点，被广泛运用于化工、环境、医学等多个领域。此外,纳米酶制备简单、具有稳定的化学性质、有较强的环境耐受能力，其在过酸过碱以及高温条件下均能够行使其酶活功能。

3、目前，采用纳米酶对植物细胞代谢进行调控从而促进植物生长的研究鲜有报道，本发明旨在提供一种合适的纳米酶，用以调节光合植物细胞代谢从而促进植物生长并提高固碳效率。

技术实现思路

1、为了解决现有技术采用纳米酶用以调节光合植物细胞代谢从而促进植物生长并提高固碳效率的空白，本发明提供了一种氮掺杂碳的双酶活性纳米酶及其制备方法和应用。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:

3、本发明提供了一种氮掺杂碳的双酶活性纳米酶，所述纳米酶是葡萄糖和二氰二胺反应所得产物经高温热解生成的氮掺杂的碳材料纳米酶，记为lg-nc纳米酶；所述纳米酶用作模拟nadh酶和/或模拟nadph酶。

4、本发明还提供了一种应用，所述应用为所述双酶活性纳米酶基于模拟nadh酶或/和模拟nadph酶的双酶活性调控植物细胞代谢，从而促进植物生长。

5、作为优选，所述植物为叶菜，所述叶菜可选自生菜叶菜或小白菜叶菜。

6、进一步的，本发明述双酶活性纳米酶用于调控植物细胞代谢的具体方法为：将所述纳米酶溶液定期喷施于植物植株叶片上促进其植株生长，其中，所述纳米酶溶液的浓度为5-40μg〃ml-1。

7、本发明所述纳米酶为无定形结构，包含元素c、n和o，元素c、n和o的质量比为3.1:1.3:1；所述纳米酶的粒径为50-140nm。

8、最后，本发明还提供了一种所述双酶活性纳米酶的制备方法，包括如下步骤：

9、1)在n2氛围保护下，将二氰二胺高温热解得到淡黄色粉末c3n4；

10、2)将所述c3n4与葡萄糖加入去离子水，超声溶解并搅拌，将产物离心、干燥后得到淡黄色粉末；

11、3)在n2氛围保护下，将所述淡黄色粉末高温热解，得到黑色粉末；

12、4)将所述黑色粉末溶解、粉碎、冷冻干燥，得到黑色粉末-氮掺杂的碳材料纳米酶，记为lg-nc纳米酶。

13、作为优选，所述葡萄糖与所述二氰二胺的质量比为1:5。

14、作为优选，步骤1)中，以3℃/min的升温速率升至目标反应温度600℃，继续保温2h，冷却降温至室温得到淡黄色粉末c3n4。

15、步骤3)中，以3-5℃/min的升温速率升至目标反应温度750-950℃，继续保温2h，冷却降温至室温，得到黑色粉末。

16、在步骤1)、步骤3)中，所述冷却降温过程中，需继续通入n2。

17、本发明提供了一种氮掺杂碳的双酶活性纳米酶，所述纳米酶是将葡萄糖和二氰二胺反应得到的产物经高温热解得到的氮掺杂的碳材料纳米酶，所述纳米酶用作模拟nadh酶或/和模拟nadph酶。与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

18、本发明提供的氮掺杂碳的双酶活性纳米酶具有模拟nadh酶和/或模拟nadph酶活性。模拟nadph酶活性可将nadph转化为nadp+，加快植物光合反应的暗反应；模拟nadh酶可将nadh氧化为nad+，加快植物呼吸代谢的主要途径三羧酸循环。本发明提供的氮掺杂碳的双酶活性纳米酶可同时调控植物光合作用和植物呼吸作用，提高叶菜幼苗的鲜重比和干重比，提高光合色素叶绿素的含量。

19、本发明提供的氮掺杂碳的双酶活性纳米酶的制备方法，其反应条件温和、成本低，得到的纳米酶稳定性好，有望创造更高的经济效益。

技术特征：

1.一种氮掺杂碳的双酶活性纳米酶，其特征在于，所述纳米酶是葡萄糖和二氰二胺反应所得产物经高温热解生成的氮掺杂的碳材料纳米酶，记为lg-nc纳米酶；所述纳米酶用作模拟nadh酶和/或模拟nadph酶。

2.如权利要求1所述的双酶活性纳米酶基于模拟nadh酶或/和模拟nadph酶的双酶活性在促进植物生长方面的应用。

3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述植物为叶菜，所述叶菜选自生菜叶菜或小白菜叶菜。

4.如权利要求2所述的应用，其特征在于，将所述纳米酶溶液定期喷施于植物植株叶片上促进其植株生长，其中，所述纳米酶溶液的浓度为5-40μg〃ml-1。

5.如权利要求1所述的双酶活性纳米酶，其特征在于，所述纳米酶为无定形结构，所述纳米酶包含元素c、n和o，所述元素c、n和o的质量比为3.1:1.3:1；所述纳米酶的粒径为50-140nm。

6.一种如权利要求1或5所述的双酶活性纳米酶或权利要求2-4任意一项所述的应用中的双酶活性纳米酶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述葡萄糖与所述二氰二胺的质量比为1:5。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，以3℃/min的升温速率升至目标反应温度600℃，继续保温2h，冷却降温至室温得到淡黄色粉末c3n4。

9.如权利要求6或8所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，以3-5℃/min的升温速率升至目标反应温度750-950℃，继续保温2h，冷却降温至室温，得到黑色粉末。

10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)、步骤3)中，所述冷却降温过程中，需继续通入n2。

技术总结本发明属于氮掺杂碳的双酶活性纳米酶技术领域，公开了一种氮掺杂碳的双酶活性纳米酶及其制备方法和应用。氮掺杂碳的双酶活性纳米酶是葡萄糖和二氰二胺反应所得产物经高温热解生成的氮掺杂的碳材料纳米酶，记为LG‑NC纳米酶；所述纳米酶用作模拟NADH酶和/或模拟NADPH酶。本发明提供的氮掺杂碳的双酶活性纳米酶具有模拟NADH酶和模拟NADPH酶活性，加快了植物光合反应的暗反应和植物呼吸代谢的主要途径三羧酸循环，提高了叶菜幼苗的鲜重比和干重比，提高了光合色素叶绿素的含量。技术研发人员：盖盼盼,刘珺华,汪雨晴,古浩然,朱党强,李峰受保护的技术使用者：青岛农业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18