纳米纤维素在矫治梨树缺铁黄化病方面的应用制造技术

本发明专利技术涉及纳米纤维素在矫治梨树缺铁黄化病方面的应用，其将经硫酸水解纤维素原料制备成纳米纤维素，与硫酸亚铁螯合后，喷施叶片矫治梨树缺铁黄化病。纳米纤维素水悬浮剂是具有聚阴离子性质的颗粒，其晶须的平均尺寸为长度50‑250 nm，宽度15‑30 nm，综合表面带电荷密度量20‑100 mmol/kg。在硫酸亚铁喷施浓度为0.002‑0.01 M时，纳米纤维素与铁元素电荷密度比于1:300‑1:30000的范围内喷施叶片后，能够显著提高缺铁黄化杜梨苗叶片的叶绿素含量与有效铁含量。

Application of nanocellulose in the treatment of iron deficiency yellowing of pear trees

【技术实现步骤摘要】
纳米纤维素在矫治梨树缺铁黄化病方面的应用
本专利技术属于纤维素应用
，具体涉及一种新型生物纳米材料（纳米纤维素）在农业生产上用于矫治梨树缺铁黄化病的应用，其能够提高叶片叶绿素含量、有效铁含量，降低硫酸亚铁的用量，提高梨树缺铁黄化病的矫治效果。
技术介绍
纤维素（Cellulose）是自然界中最丰富的可再生的天然有机高分子资源，占植物界碳含量的50%以上，主要来源于植物，如木材、棉花、一年生禾本科植物等；除植物纤维外，细菌、动物也产生纤维素，如木醋杆菌可以合成细菌纤维素，从被囊类动物中也可提取出纤维素。纤维素的化学结构是由D-吡喃葡萄糖环彼此以β-（1,4）糖苷键以C1椅式构象连接而成的线性高分子，其结构如图1所示。如图2所示，纤维素的超分子结构是形成一种由结晶区和无定形区交错结合的体系，从结晶区到无定形区是逐步过渡的，无明显界限。天然纤维素的分子链长度约为5000nm，结晶区部分的长度为100-200nm，纤维素结晶区的特点是其分子链取向良好、密度较大、分子间的结合力强、对强度的贡献大；无定形区的纤维素分子链取向差、分子排列无秩序、分子间距大、密度低、分子间氢键数量少、对强度的贡献小。通过化学或其他方法将结晶区分离出来，就是要制备的纳米微晶纤维素。这些晶体、向列有序的和无定型的纤维素，依靠其分子内和分子间的氢键以及范德华力，维持着自组装的超分子结构和原纤维的形态。制备纳米纤维素常用的方法是酸水解。国内外以木材、棉花、麻类、细菌纤维素和被囊动物等不同原料通过可控的化学酸水解方法制备纳米纤维素。目前，超声波在制备纳米纤维素的过程中，大多是辅助用于改善酸水解制备纳米纤维素后悬浮液的分散性。已有的报道显示，纳米纤维素的制备方法还有酶处理法、物理法、微生物合成法、溶剂法、离子液体制备法等。在不改变纤维素自身特性的前提下，通过磺化、羧化、硅烷化、接枝、聚电解质等表面改性的方法提高其化学相容性，使其在基质中兼具良好的分散性和对疏水机制的粘附力，为进一步拓展纳米纤维素的应用范围提供条件。由于纤维素的天然性质和独特的分子结构，越来越受到科学界的重视。除用于纺织、造纸、精细化工等传统的工业领域之外，由于其可自然分解、可再生、化学性质稳定、无毒、生物相容等优良的性能，在纳米医疗、药物、能源、环境、生物和农业等领域中也得到了极大的发展。进一步有效地利用纤维素资源，开拓纤维素在纳米精细化工、纳米医药、纳米食品、纳米复合材料和新能源中的应用，是国内外研究的热点。与传统纤维素相比，纳米纤维素作为新一代的纳米材料，具有很多优异的性能，比如高纯度、高结晶度、巨大的比表面积等特性，加之其具有生物材料的轻质、可降解、水中优异的分散性、表面羟基可改性、良好的生物相容性及可再生等特性，使其在高性能复合材料中显示出巨大的应用前景。利用硫酸水解法制备成的纳米纤维素，比表面积较大且携带一定量的聚阴离子，其纳米颗粒比纤维素具有更显著的生物活性。有研究表明纳米二氧化钛、多层碳纳米管、金属纳米颗粒及以纳米材料为基础的纳米感应器等材料在农业上均有应用，然而有着良好生物特性和应用价值的纳米纤维素在农业上的应用还没有被系统研究。梨是世界四大水果之一，全世界有88个国家和地区生产梨。我国是世界梨生产和消费大国，梨栽培面积和产量居世界第一。发生缺铁黄化病的梨树，轻者树势衰弱，果实产量和品质明显下降，重者造成树体残缺甚至整株死亡，还常导致其他病害发生。针对果树遭受缺铁胁迫现象，目前主要通过植物遗传改良、栽培措施和微生物技术三个途径解决或最大程度上减少缺铁对果树造成的不良影响。选育适应性强的品种和砧木及改良土壤，是防治梨树缺铁黄化病的最根本途径，但在短期内难以实现，只有给树体补充有效铁才是应急措施。在梨树生产中，通常采用叶面喷施或土施螯合铁、改良土壤、增施有机肥、挖根埋瓶、树干注射、叶面喷施硫酸亚铁等措施防治缺铁黄化症。但大多对防治梨树缺铁黄化病无明显效果，有的也只是短暂和局部的效果。少部分有较好的防治效果，但成本太高而且对环境污染较大。因此现代农业迫切需要高效、环境友好的新型制剂取代或减少化学农药和肥料的使用。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术缺陷，提供一种新型生物纳米材料纳米纤维素在农业生产上用于矫治梨树缺铁黄化病的应用，其能够提高叶片叶绿素含量和有效铁含量，降低硫酸亚铁的用量，提高梨树缺铁黄化病的矫治效果。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：纳米纤维素在矫治梨树缺铁黄化病方面的应用。进一步的，本专利技术提供了纳米纤维素水悬浮液在矫治杜梨缺铁黄化病方面的应用。本专利技术中，纳米纤维素水悬浮液为具有聚阴离子性质的颗粒，颗粒的平均尺寸为长度50-250nm，宽度15-30nm。上述纳米纤维素水悬浮液在矫治杜梨缺铁黄化病方面的应用，具体的，将纳米纤维素水悬浮液与硫酸亚铁复配后，形成的纳米纤维素与铁螯合物喷施于杜梨黄化苗，以提高叶片叶绿素含量和有效铁含量。上述纳米纤维素水悬浮液在矫治杜梨缺铁黄化病方面的应用，进一步优选的，在硫酸亚铁喷施浓度为0.002-0.01M时，纳米纤维素与铁元素电荷密度比在1:300-1:30000的范围内，可防治杜梨缺铁黄化病。本研究采用硫酸水解法制备纳米纤维素，其典型的结果是纤维的表面发生了部分磺化反应。硫酸处理后纤维表面形成具有双层排斥力的作用，最终使得悬浮液成为一种稳定的胶体物质。同时纤维素表面由于挂有磺酸基而带有负电荷，这就能够使悬浮液良好地分散在水中而不发生絮凝和团聚现象，并且可以与带有正电荷的亚铁离子由于静电作用相互吸引而结合形成纳米纤维素-铁螯合物。生物纳米材料被公认为是21世纪最有前途的科研领域，是国际生物
的前沿和热点学科，纳米技术正在引发这一场新的产业技术革命。纳米科技与农业技术的相互渗透，也催生了农业纳米科技等新兴学科，为农业科学提供新的理论、方法和技术手段，必将对未来农业的发展产生广泛而深远的影响。纳米材料有着特殊的四大效应：表面效应、体积效应、量子效应和宏观量子隧道效应。这些特殊的效应使纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性。和现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术经试验表明：纳米生物材料纳米纤维素可以调节植物生长，矫治生理性病害、有利于补充植物必要的营养元素、减少肥料的用量，降低农用化学品使用对土壤和地下水的污染。本专利技术是利用自然资源生产的新型纳米生物材料纳米纤维素，该制剂具有以下特点：一是此制剂为一种环境友好型纳米制剂与无机盐螯合的水悬浮液，无需任何其他助剂；二是在作物上微量应用，能显著提高梨叶片叶绿素和有效铁含量，又能减少对土壤、水以及环境的影响；三是这种制剂对使用者的技术要求不高，并能省时、省工、省力，符合当前农村社会经济现实；四是其作为一种天然生物材料，环境相容性好，不仅有利于植物生长，而且在自然界容易被降解，不易对环境造成压力，在农业上具有广泛的应用潜力。附图说明图1为纤维素的分子结构；图2为纤维素结晶结构图解；图3为纤维素原料的SEM检测（标尺100μm）；图4为纳米纤维素的SEM检测（标尺100nm）；图5为纳米纤维素的SEM检测（标尺1μm）；图6为纳米纤维素的粒度分布图；图7为纳米纤维素的电位检测图；图8为纳米纤维素的电导率滴定结果滴定曲线图（示意图），X轴代表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.纳米纤维素在矫治梨树缺铁黄化病方面的应用。

【技术特征摘要】
1.纳米纤维素在矫治梨树缺铁黄化病方面的应用。2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，纳米纤维素水悬浮液在矫治杜梨缺铁黄化病方面的应用。3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，纳米纤维素水悬浮液为具有聚阴离子性质的颗粒，颗粒的平均尺寸为长度50-250nm，宽度15-30nm。4.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王合中，郭献平，王东升，吴中营，吕珍珍，邱琦珍，张英，韩永平，
申请(专利权)人：河南农业大学，河南省农业科学院园艺研究所，
类型：发明
国别省市：河南,41