【摘要】：近年來(lái),石墨烯在農(nóng)林業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用逐漸成為研究熱點(diǎn)。石墨烯不僅可以促進(jìn)植物快速生長(zhǎng),同時(shí)還對(duì)多種農(nóng)林業(yè)常見病原菌的繁殖具有顯著的抑制作用。然而,石墨烯對(duì)植物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用以及對(duì)病原菌的抑制作用的作用機(jī)制尚不明確。本文以樹莓和尖孢鐮刀菌為研究對(duì)象,系統(tǒng)地研究了石墨烯對(duì)二者生長(zhǎng)或繁殖的生理影響,并闡明了石墨烯對(duì)二者的影響機(jī)制,主要研究?jī)?nèi)容如下:1.石墨烯對(duì)樹莓組培苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響以樹莓組培苗為試材,研究了不同濃度石墨烯對(duì)樹莓組培苗地上部分長(zhǎng)勢(shì)以及地下部分不定根發(fā)育的影響。利用LA-S根系分析系統(tǒng)和掃描電子顯微鏡對(duì)組培苗的苗高、根長(zhǎng)、根比表面積、分叉數(shù)、根尖數(shù)及根部微觀形態(tài)進(jìn)行了系統(tǒng)表征,由此確定了樹莓組培苗生長(zhǎng)的最佳石墨烯濃度。結(jié)果表明:隨著石墨烯濃度的增加,樹莓的苗高、根長(zhǎng)、根尖數(shù)、根比表面積均表現(xiàn)為先增加后減小的趨勢(shì),且石墨烯的最佳濃度為2 mg/L。當(dāng)按最佳濃度施用石墨烯時(shí),實(shí)驗(yàn)組樹莓組培苗的苗高是對(duì)照組的1.46倍,其根長(zhǎng)、比表面積、根尖數(shù)及分叉數(shù)約為對(duì)照組的2倍,說(shuō)明適當(dāng)濃度的石墨烯對(duì)樹莓的生長(zhǎng)具有顯著的促進(jìn)作用。2.石墨烯促進(jìn)樹莓生長(zhǎng)發(fā)育的機(jī)理研究利用X射線三維顯微成像系統(tǒng)和高效液相色譜儀對(duì)樹莓根部結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)素(IAA)的含量進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明:添加石墨烯后樹莓根系的維管組織較對(duì)照組(CK)更為發(fā)達(dá),根尖IAA含量隨著石墨烯濃度的增加呈現(xiàn)先降低后升高的“V”字型趨勢(shì)。說(shuō)明石墨烯在樹莓生長(zhǎng)過(guò)程中起一定促進(jìn)作用;對(duì)樹莓根、莖、葉的Raman檢測(cè)中并未明顯觀測(cè)到石墨烯的特征峰,說(shuō)明石墨烯沒(méi)有進(jìn)入植物內(nèi)部,而是通過(guò)調(diào)控植物根部的外界環(huán)境從而對(duì)植物體內(nèi)激素IAA產(chǎn)生影響。當(dāng)根尖部位IAA含量較低時(shí),促進(jìn)根部維管發(fā)育,為植物更好地吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)創(chuàng)造良好條件。3.石墨烯防治植物枯萎病作用及其機(jī)理研究采用培養(yǎng)基培養(yǎng)法研究了不同濃度石墨烯對(duì)尖孢鐮刀菌的抑制效果,并探討了其作用機(jī)理。石墨烯對(duì)尖孢鐮刀菌的抑制作用主要有兩方面:其一,石墨烯表面含有一定量的-COOH和-OH,這些含氧官能團(tuán)能夠改變尖孢鐮刀菌的生長(zhǎng)環(huán)境,使其生長(zhǎng)環(huán)境的pH在4.2~5.3之間,低于尖孢鐮刀菌的最適生長(zhǎng)環(huán)境(pH=5~8);其二,石墨烯片層直徑約為40 nm,可附著于菌體細(xì)胞膜表面,造成細(xì)胞膜的翹起并破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu),從而抑制尖孢鐮刀菌孢子的萌發(fā)。本文通過(guò)石墨烯的抑菌機(jī)制,以期為植物枯萎病的防治找到理想而全面的防控方法,同時(shí)為石墨烯在生物領(lǐng)域的應(yīng)用開拓新思路。綜上所述,石墨烯促進(jìn)樹莓苗生長(zhǎng)是利用了石墨烯比表面大,吸附能力強(qiáng)可有效促進(jìn)根部對(duì)養(yǎng)分的吸收。改變植物體內(nèi)IAA的含量,促進(jìn)植物根部維管發(fā)育。而石墨烯的抑菌機(jī)制是由于石墨烯片層直徑大且可附著于菌體細(xì)胞膜表面,造成細(xì)胞膜翹起,破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu),抑制尖孢鐮刀菌孢子的萌發(fā)。利用石墨烯對(duì)植物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用以及對(duì)農(nóng)林業(yè)常見病菌的抑菌功能,研制石墨烯負(fù)載傳統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)元素(氮、磷、鉀等)及微量營(yíng)養(yǎng)元素(銅、鋅、鐵、鉬等)的石墨烯增效復(fù)合肥,開發(fā)石墨烯在農(nóng)林業(yè)病害防治領(lǐng)域的應(yīng)用潛力,形成新型的綠色、高效的石墨烯增效復(fù)合肥及石墨烯復(fù)合農(nóng)藥技術(shù),迭代或減少傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥的用量,實(shí)現(xiàn)農(nóng)林業(yè)可持續(xù)綠色發(fā)展。
【圖文】：

圖 1-1 “剝離 再插層 膨脹”法制備石墨烯原理示意圖[12]Fig. 1-1 Mechanism of “exfoliation-reintercalation-expansion” to graphene[12]

圖 1-3 GMs 抗菌活性的機(jī)理[43]Fig. 1-3 Mechanisms of the antimicrobial activities of GMs[43]選題意義和研究?jī)?nèi)容
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S432.4;S663.2

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本文編號(hào)：2672961