一种通过纳米材料提高水稻耐旱性的种子处理方法

1.本发明属于作物种植技术领域，具体涉及一种通过纳米材料提高水稻耐旱性的种子处理方法。


背景技术：

2.水稻( oryza sativa l.)是世界上最重要的粮食作物之一，在缓解世界粮食危机方面发挥着重要作用。随着人口的增长，对水稻的需求也将持续增加。我国是水稻生产大国。水稻生长过程中对水分高度敏感。近年来，在全球气候变暖的背景下，水资源呈现出季节性和地域分布不均等特点，导致干旱发生的频率和强度不断增加，干旱造成的水稻产量下降和经济损失也是逐年增加。干旱是造成植物缺水的一个主要环境因素，由于一段时间内缺乏降雨，会在很大程度上损害植物生长。干旱也是影响幼苗生长发育的一个重要因素。在种子萌发期，水稻对干旱高度敏感；在营养生长期，干旱导致幼苗鲜重下降；在生殖生长期，干旱影响幼苗的生长和发育。干旱已逐渐成为影响水稻生长和产量变化的重要环境因素，对国家的粮食安全和社会稳定构成严重威胁。因此，在未来气候变化的背景下，通过提高水稻的耐旱性来提高水稻的抗旱性是非常重要的。
3.纳米颗粒（nps）是尺寸为1至100 nm的固体原子或分子颗粒。纳米颗粒尺寸小，比表面积大，同时具有优良的物理、化学、光电、生物等性质。近年来，纳米技术在农业领域展现出巨大潜力。纳米肥料、纳米农药、纳米植物生长调节剂等纳米农业化学品不断涌现。“种子处理”被认为是解除休眠、增强种子活力和萌发潜能的有效途径，而“纳米种子处理”则是一种改善种子品质的新途径。某些常用的纳米材料应用于种子处理，如纳米银（agnps）、纳米铜（cunps）、纳米氧化锌（znonps）和碳纳米管（cntnps）等。
4.众多学者的研究表明，纳米种子处理技术能够有效地促进种子萌发，增强幼苗的活力，且在提高植物的抗逆性方面发挥重要作用。其中，纳米粒子可以通过激活代谢酶加速种子发芽，提高幼苗活力；同时，纳米粒子可以诱导ros，促进种子萌发和幼苗生长；纳米粒子可以缓慢渗透到种子中，调节生物体内的新陈代谢。woityla等人推测，这种生化变化可能作用于"-oh"自由基，导致生成活性氧并产生酶反应，进而促进种子发芽过程。
5.纳米二氧化硅（sio2nps）具有粒径小、比表面积大、反应活性高等优点，在维持植物生长、改善作物品质等方面具有重要应用前景。但关于纳米二氧化硅调控水稻种子萌发和幼苗生长的文献很少，且关于水稻干旱的研究甚少。


技术实现要素：

6.基于上述问题，本发明的目的在于提供一种通过纳米材料提高水稻耐旱性的纳米种子处理方法，采用纳米二氧化硅作为纳米刺激剂，提高干旱胁迫下水稻种子萌发和幼苗生长的能力，为气候变化背景下纳米材料在农业的应用提供科学依据和技术支撑。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案。
8.本发明的一个方面提供了一种通过纳米材料提高水稻耐旱性的种子处理方法，该
方法包括以下步骤：s1:制备纳米二氧化硅悬浮液：将二氧化硅纳米颗粒超声分散于去离子水中，得到纳米二氧化硅悬浮液；s2:种子采集与处理：将水稻种子去除杂质和瘪粒后用水清洗，然后消毒、清洗至无味，待用；s3:种子处理：在水稻种子中加入纳米二氧化硅悬浮液，置于恒温振荡培养箱中浸泡培养，结束后倒出溶液，将种子经清洗、吸干水分后，得到处理后的种子；s4:种子萌发：采用纸上发芽法对处理后的种子进行萌发培养，然后置于人工气候培养箱中培养，以胚根超过种子长度的一半为发芽标准记录每天种子发芽个数。
9.进一步地，步骤s1中所述二氧化硅纳米颗粒化学式为sio2nps，粒径为20-30 nm。
10.进一步地，步骤s1中所述超声处理条件为：功率100 w，频率40 khz，时间20 min。
11.进一步地，步骤s1中所述纳米二氧化硅悬浮液浓度为20 mg/l。
12.进一步地，步骤s2中所述消毒采用5%的次氯酸钠溶液进行消毒，消毒时间为10 min。
13.进一步地，步骤s3中所述恒温振荡培养箱条件设置为：避光，温度25℃，转速100 rpm，浸泡培养时间为24h。
14.进一步地，步骤s4中所述纸上发芽法具体步骤为：将滤纸放于培养皿中，加入3 ml去离子水，每个培养皿中放入25个水稻种子。
15.进一步地，步骤s4中所述人工气候培养箱的培养条件为：温度为25℃，湿度为70%，时间7d，避光培养。
16.与现有技术比，本发明取得的有益效果是：本发明通过纳米二氧化硅悬浮液对水稻种子进行处理，干旱胁迫下水稻种子的芽长根长和活力指数显著增加，水稻的耐旱性显著提高。通过纳米二氧化硅种子处理，可有效缓解水稻干旱条件下种子萌发和幼苗生长的难题。本发明提供了一种水稻种子在干旱条件下正常萌发和幼苗生长的方法，其操作简单、效果显著，成本低，易于推广，填补了纳米二氧化硅技术应用于水稻种子的技术空白，为纳米二氧化硅在作物方面的应用及水稻耐旱性的提高提供了理论依据，对保障我国的粮食安全具有重大意义。
附图说明
17.图1为不同纳米sio2nps种子处理方式对干旱胁迫下水稻种子萌发情况的影响；图2为不同纳米sio2nps种子处理方式对干旱胁迫下水稻种子芽长的影响；图3为不同纳米sio2nps种子处理方式对干旱胁迫下水稻种子根长的影响；图4为不同纳米sio2nps种子处理方式对干旱胁迫下水稻种子鲜重的影响；图5为不同纳米sio2nps种子处理方式对干旱胁迫下水稻种子活力指数的影响；图6为不同纳米sio2nps种子处理方式对干旱胁迫下水稻种子发芽速度的影响。
实施方式
18.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的
实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
19.1、材料及溶剂配制供试种子：水稻种子（民两优化占），25 g。
20.纳米材料：二氧化硅纳米颗粒（sio2nps），粒径20-30 nm，采用高温热解法合成。
21.peg溶液质量浓度设置：h-unstress:0%; sio2nps-unstress:0%; h-5%peg:5%; sio2nps-5%peg:5%;h-7.5%peg:7.5%;sio2nps-7.5%peg:7.5%.2、种子处理过程：1)制备纳米二氧化硅悬浮液：将二氧化硅纳米颗粒（sio2nps，20-30 nm），通过超声振动（100 w，40 khz）分散在去离子水中，超声时间20 min，制备得到20 mg/l的纳米二氧化硅悬浮液。
22.2)种子采集与处理：将水稻种子去除杂质和瘪粒后备用，选大小均匀，颗粒饱满、色泽统一的种子，用去离子水清洗水稻种子，选取用水冲洗种子后下沉的饱满种子，后用5%的次氯酸钠溶液进行消毒10 min，后用去离子水冲洗6-7次至无味，后用吸水纸吸干水分。
23.3)种子处理：称量5 g水稻种子至于50 ml离心管中，加入不同浓度的sio2nps溶液（分别为0mg/l、20mg/l）25 ml，置于25℃恒温避光振荡培养箱中浸泡培养，条件设置为25℃，100 rpm。浸泡24h结束后倒出溶液，使用去离子水清洗5遍，使用吸水纸吸干水分。
24.4)种子萌发：采用纸上发芽法对种子处理后的种子进行萌发培养，具体过程为：将滤纸放于培养皿中，分别加入3 ml不同质量浓度的peg溶液（分别为0%、5%、7.5%），每个培养皿中放入25个水稻种子。然后置于人工气候培养箱（25℃，湿度为70%）中避光培养7d，以胚根超过种子长度的一半为发芽标准记录每天种子发芽个数。七天后发芽结束，测定芽长度、根长度、幼苗鲜重，试验设5个重复。
25.上述不同浓度sio2nps溶液（0mg/l、20mg/l）以及不同质量浓度的peg溶液（0%、5%、7.5%）对应的处理组号为：h-unstress; sio2nps-unstress; h-5%peg; sio2nps-5%peg; h-7.5%peg; sio2nps-7.5%peg；其中：h-unstress: 在peg质量浓度为0%的条件下，通过浓度为0 mg/l纳米二氧化硅悬浮液处理24 h；sio2nps-unstress：在peg质量浓度为0%的条件下，通过浓度为20 mg/l纳米二氧化硅悬浮液处理24h；h-5%peg: 在peg质量浓度为5%的条件下，通过浓度为0 mg/l纳米二氧化硅悬浮液处理24 h；sio2nps-5%peg: 在peg质量浓度为5%的条件下，通过浓度为20 mg/l纳米二氧化硅悬浮液处理24 h；h-7.5%peg: 在peg质量浓度为7.5%的条件下，通过浓度为0 mg/l纳米二氧化硅悬浮液处理24 h；sio2nps-7.5%peg:在peg质量浓度为7.5%的条件下，通过浓度为20 mg/l纳米二氧化硅悬浮液处理24 h。
26.3、测定方法芽长度：第七天正常发芽种子的芽长度根长度：第七天正常发芽种子的根长度幼苗鲜重：第七天正常发芽种子的鲜重发芽率：（第7天正常发芽的种子数/总数）
×
100%
活力指数：（芽长度 根长度）
×
发芽率4、实验结果参照附图1-6可知，在正常条件下：sio2nps-unstress，相比于对照处理组h-unstress，水稻种子的活力指数从对照780.0 cm%提高到1043.33 cm%，鲜重从对照0.056 g/个提高到0.063 g/个，芽长从对照2.60 cm提高到3.73 cm，根长从对照5.88 cm提高到7.04 cm，显著促进了水稻种子萌发和幼苗生长。
27.此外，干旱处理会抑制种子萌发和幼苗生长，显著降低种子的活力指数和芽长根长，对种子生长发育造成不利影响。不同的干旱程度对水稻种子萌发和幼苗生长造成影响不同，随着干旱程度的增强，对种子和幼苗生长发育的不利影响随之增大。即与5%peg干旱条件相比，无论是幼苗的芽长根长，还是种子的活力指数，7.5%peg干旱条件下种子受到的胁迫影响更大。
28.在5%peg干旱胁迫下：sio2nps-5%peg，相比于对照处理组h-5%peg，水稻种子的活力指数从对照537.40 cm%提高到651.38 cm%，鲜重从对照0.045 g/个提高到0.048 g/个，芽长从对照1.58 cm提高到2.06 cm，根长从对照4.07 cm提高到4.77 cm，显著提高了干旱胁迫下水稻种子的发芽速度，缓解了干旱胁迫对水稻幼苗的伤害。
29.在7.5%peg干旱胁迫下：sio2nps-7.5%peg，相比于对照处理组h-7.5%peg，活力指数从对照312.22 cm%提高到363.76 cm%，鲜重从对照0.035 g/个提高到0.038 g/个，芽长从对照0.61 cm提高到0.82 cm，根长从对照2.78 cm提高到3.09 cm，显著提高了干旱胁迫下水稻种子的发芽速度，缓解了干旱对幼苗生长的抑制作用。
30.综上，本发明一种提高水稻耐干旱性的种子处理方法，通过使用20 mg/l的纳米二氧化硅颗粒（sio2nps，20-30 nm）溶液在恒温避光下处理水稻种子24 h，显著增加了干旱胁迫下（干旱程度：5%peg，7.5%peg）水稻种子的发芽指数和芽长根长，促进了种子萌发和幼苗生长，显著提高了水稻种子的耐旱性。在气候变化背景下，对于提高水稻适应干旱胁迫能力具有重大意义，为纳米材料在水稻种子处理的应用提供了依据。
31.本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
32.最后所要说明的是：以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。