CN110204509B - 一种苯并噻二唑-硒纳米络合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种苯并噻二唑‑硒纳米络合物及其制备方法和应用。所述苯并噻二唑‑硒纳米络合物由以下步骤制备得到:分别配制BTH的水溶液A和亚硒酸钠水溶液B;并将二者按一定比例混匀,加入抗坏血酸,充分混匀后静置反应;然后将混合溶液先进行低速离心,再取上清液进行低温高速离心,收集流体状沉淀物,即得产物。本发明所述BTH‑SeNPs的稳定性和分散性好,使用方便;相较于BTH的单独使用,其对于炭疽病的预防效果更佳,且用量更少,成本更低;对提高蔬菜抗病性,有效预防炭疽病的同时,有利于减少化学农药的使用,提高菜心的食品安全性和经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及果蔬抗病技术领域,更具体地,涉及一种苯并噻二唑-硒纳米络合物及其制备方法和应用。
背景技术
菜心(Brassica campestris L.ssp.chinensis var.utilis Tsen et Lee),又称菜薹,我国南方地区的特产蔬菜,是广东省栽培面积最大、周年生产供应的重要蔬菜作物。其风味独特,营养价值极高,深受人们喜爱,被誉为“蔬品之冠”。菜心既适合内销,又可出口创汇,具有重要的经济价值。炭疽病是菜心栽培期间最常见和发生最严重的病害之一,在我国南方地区高温高湿的气候条件尤其容易发生,严重影响菜心的产量及品质,导致菜心失去食用价值和商品价值。
目前控制菜心炭疽病最有效的方法是应用化学杀菌剂,但由于长期使用化学杀菌剂,我国南方地区菜心炭疽菌已经出现了不同程度的耐药性。所带来的环境污染、农药残留以及病原菌抗药性增强等问题已经引起消费者的普遍担忧,其使用受到越来越多的限制。因此,急需研发安全高效、有效防控菜心炭疽病,减少菜心栽培损失的方法。对增加菜农经济收益、推动菜心产业健康发展和提高菜心出口国际市场的竞争力,均具有重要的意义。
近年来,抗病性诱导技术已经成为农作物病害防治研究的热点,被认为是最有前途能替代化学药剂的控制农作物病害的方法,为防治蔬菜病害开辟广阔的前景。其原理是利用植物的防御反应或免疫抗性反应,通过使用诱抗剂提高植物的系统获得性抗性(SAR),从而减轻作物病害的发生和发展。诱抗剂的使用可以让菜心在田间获得较有利的生长条件,有助于提高菜心的品质和抗逆性,其具有高效低毒广谱等优点,对环境没有危害,对人畜安全。因此,新型植物诱抗剂的研发越来越受到人们重视,使用该技术有助于减少农作物化学杀菌剂的使用,提高农产品的食品质量安全。
苯并噻二唑(BTH)是一种水杨酸功能类似物,施用外源BTH能够诱导植物产生系统获得性抗性,提高作物对病原微生物的抗性,而BTH本身并没有抑制微生物生长的活性。但是,尚未见将BTH用于防控菜心炭疽病的研究报道。此外,BTH水溶液性状比较不稳定,容易发生沉淀,不利于生产应用中均匀喷施。加上BTH价格昂贵,使用成本极高等原因,BTH在菜心防控病害的应用推广过程中存在较大瓶颈问题。
硒(Se)是人体必需的微量元素之一,是人体内多种酶的组成成分,具有多种生物活性功能,在生命中起着抵御疾病、延缓衰老、增强免疫功能等作用。人类对硒的摄入来源于食物,而硒的摄入不足容易导致疾病的发生,对人类健康造成了较大的威胁。硒在自然界主要分布于土壤、岩石等地质结构中,以多种形态的硒化合物存在,其价态有Se6+、Se4+、Se2+、Se0、和Se2-等。无机硒如硒酸盐和亚硒酸盐,是土壤中主要的可溶性硒;植物中的有机硒如硒蛋白、硒代氨基酸和硒多糖等,是植物通过生理代谢途径将土壤中无机硒吸收转化为有机硒的结果。
纳米硒是一种还原硒单体,粒径极小,容易被动植物与人体吸收与利用。而且,纳米硒与无机硒和有机硒相比,其化学毒性最低。硒对植物具有多种生理功能,包括提高植物抗氧化能力和延缓衰老等。研究表明,喷施适宜浓度的无机硒,可有效延长梨、枣、草莓和桃等水果的货架期。此外,采前无机硒处理有效保持了生菜、西兰花和西红柿等蔬菜的采后品质,延长了蔬菜的贮运时间。但是,将硒用于蔬菜抗病性调控还极少,而且由于无机硒的毒性较大,容易对农作物产生毒害,难以推广应用。纳米硒由于其毒性低,吸收效率高,具有明显的优势,但目前将纳米硒用于蔬菜病害的防控尚未见研究报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种苯并噻二唑-硒纳米络合物及其制备方法和应用。本发明首次以BTH为模板合成苯并噻二唑-硒纳米络合物,所述苯并噻二唑-硒纳米络合物为纳米颗粒,粒径为30~100nm,其稳定性、分散性良好,容易被植物吸收,可有效提高菜心的抗病性,降低菜心炭疽病害的发生率,改善菜心的质量和安全性,提高菜心的产量和经济价值,在其他同类蔬菜的病害防控中也具有较好的应用效果。
本发明的另一目的在于提供所述苯并噻二唑-硒纳米络合物的制备方法。
本发明的再一目的在于提供所述苯并噻二唑-硒纳米络合物的应用。
本发明的上述目的是通过以下方案予以实现的:
一种苯并噻二唑-硒纳米络合物,由以下步骤制备得到:分别配置1,2,3-苯并噻二唑-7-硫代甲酸S-甲酯(BTH)的水溶液A和亚硒酸钠水溶液B;并将二者混匀,使混合溶液中的BTH终浓度范围为1~100mg/L,亚硒酸钠终浓度范围为1~1000mg/L;然后加入抗坏血酸混匀并静置;然后将混合溶液500~2000rpm低速离心2~10min,取上清液再次于4~20℃条件下10000~15000rpm高速离心10~30min,收集沉淀物即为所述苯并噻二唑-硒纳米络合物(BTH-SeNPs)。
在BTH-SeNPs制备过程中,在反应完成后,为了高效、高质量的收集到BTH-SeNPs,需要先进行低速离心再进行高速离心,低速离心的转速为500~2000rpm,这种转速范围的离心,可以很好的去除液体中的不溶物质,例如未参与反应的BTH;然后再进行高速离心,即可收集BTH-SeNPs颗粒,同时去除BTH-SeNPs中的抗坏血酸等杂质,实现BTH-SeNPs的高效和高质量回收;当高速离心的转速过高时,虽然也可以回收BTH-SeNPs,但容易导致BTH-SeNPs产生集聚结块,影响其溶解度。
本发明所述苯并噻二唑-硒纳米络合物(BTH-SeNPs)为纳米颗粒,粒径为30~100nm,纳米颗粒有利于叶面的吸收与转化,提高叶面对药剂的利用效率;相较于BTH的单独使用,BTH-SeNPs对于炭疽病的预防效果更佳,用量更少,成本更低(相较于BTH,纳米硒的成本更低),稳定性和分散性更好,使用更方便。
优选地,所述混合溶液中的1,2,3-苯并噻二唑-7-硫代甲酸S-甲酯终浓度为40~80mg/L,亚硒酸钠终浓度为50~200mg/L。
更优选地,所述混合溶液中的1,2,3-苯并噻二唑-7-硫代甲酸S-甲酯终浓度为75mg/L,亚硒酸钠终浓度为75mg/L。
优选地,所述抗坏血酸为L-抗坏血酸;所述抗坏血酸与亚硒酸钠的摩尔质量比为3~10:1。
更优选地,所述抗坏血酸与亚硒酸钠的摩尔质量比为5:1。
优选地,所述低速离心的转速为1500rpm;离心时间为5min。
优选地,所述高速离心的转速为13000rpm;离心时间为20min;离心温度为4℃。
优选地,水溶液A和水溶液B混合后,可于20~37℃条件下进行超声处理5min。
优选地,混合液可进行超声10min,再静置时间为4h以上。
优选地,所述BTH-SeNPs沉淀物需配制成为母液进行保存,母液浓度范围为50~100mg/L。若BTH-SeNPs沉淀物进行干燥保存,然后使用时再复溶,则容易引起其溶解度降低。BTH-SeNPs母液的浓度可通过冷冻干燥后,称重并计算得出。
本发明同时还保护所述苯并噻二唑-硒纳米络合物在制备成为抗性诱导剂中的应用。
本发明同时还保护所述苯并噻二唑-硒纳米络合物在制备成为炭疽病预防药物中的应用。
优选地,所述炭疽病预防药物为十字花科蔬菜的炭疽病预防药物。
更优选地,所述十字花科蔬菜为菜心、白菜、甘蓝等。
优选地,所述炭疽病预防药物的使用方式为叶面喷施或灌根。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明所述苯并噻二唑-硒纳米络合物(BTH-SeNPs)为纳米颗粒,粒径为30~100nm,其稳定性和分散性更好,使用更方便;有利于叶面的吸收与转化,提高叶面对药剂的利用效率;
(2)相较于BTH的单独使用,BTH-SeNPs对于炭疽病的预防效果更佳,用量更少,成本更低;
(3)所述BTH-SeNPs在提高蔬菜抗病性,有效预防炭疽病,降低菜心炭疽病害的发生率的同时,有利于减少化学农药的使用,提高菜心的质量和安全性,提高菜心的产量和经济价值,在其他同类蔬菜的病害防控中也具有较好的应用效果。
附图说明
图1为实施例1制备的BTH-SeNPs的水溶液性状及其丁达尔效应。
图2为实施例1制备的BTH-SeNPs的扫描电子显微镜(SEM)图片,其中A为BTH-SeNPs;B为Na2SeO3;C为BTH。
图3为不同药剂喷叶处理对菜心炭疽病发病率的影响。
图4为不同药剂灌根处理对菜心炭疽病发病率的影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出进一步地详细阐述,所述实施例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明,均为常规方法;所使用的材料、试剂等,如无特殊说明,为可从商业途径得到的试剂和材料。
实施例1
一种苯并噻二唑-硒纳米络合物(BTH-SeNPs),由以下原料制备得到:1,2,3-苯并噻二唑-7-硫代甲酸S-甲酯(BTH)、亚硒酸钠、抗坏血酸和水。
具体的制备步骤如下:
(1)配置1,2,3-苯并噻二唑-7-硫代甲酸S-甲酯(BTH)的水溶液A,其中BTH的浓度为150mg/L;
(2)配置亚硒酸钠水溶液B,亚硒酸钠的浓度为150mg/L;
(3)将水溶液A和水溶液B按照体积比为1:1混合均匀;为了让两种溶液混合的更好均匀,可将溶液混合后于20~37℃进行超声处理5min;
(4)向步骤(3)的溶液中加入抗坏血酸(用量是亚硒酸钠物质的量的5倍),搅拌合均匀,超声波处理10min,室温静置反应,反应液颜色逐渐从无色变成红色,反应时间较缓慢,应静置4小时以上;
(5)将步骤(4)得到的混合液1500rpm低速离心5min,收集上清液;
(6)将得到的上清液13000rpm,4℃条件离心20min,收集的流体状沉淀即为苯并噻二唑-硒纳米络合物(BTH-SeNPs)。
BTH-SeNPs沉淀物需配制成为母液进行保存。若BTH-SeNPs沉淀物进行干燥保存,然后使用时再复溶,则容易引起其溶解度降低。
为了准确测定其浓度,采用冷冻干燥法将一定体积的BTH-SeNPs母液冻干,使用分析天平准确称量其重量,便可计算出母液的浓度,并在使用前按照所需浓度进行稀释。
将制备得到的BTH-SeNPs沉淀物加入一定量的纯净水,得到清澈透亮的红色液体,即为BTH-SeNPs母液,其浓度可通过冷冻干燥方法测定。
通过该方法制备的BTH-SeNPs制剂,其液体化学性质稳定,呈红色透亮状,静置1个月以上不发生沉淀,使用激光笔照射时产生明显的丁达尔效应(图1),丁达尔效应是区分胶体和溶液的一种常用物理方法,说明BTH-SeNPs的粒径极小,可达到100nm以下。
通过扫描电镜检测,结果见图2所示,其中A为BTH-SeNPs颗粒、B为亚硒酸钠颗粒、C为BTH颗粒;对比BTH和亚硒酸钠的电镜扫描图片,可见BTH-SeNPs的颗粒呈现圆球形,纳米粒子大小范围约为30-100nm,而单独的BTH和无机硒均为不规则的状态,进一步验证了BTH-SeNPs为纳米球状粒子,纳米球状粒子的分散性极好,且粒径小容易被植物吸收,有利于提高作物的吸收和转化效率,降低药剂的使用量。
实施例2
一种苯并噻二唑-硒纳米络合物(BTH-SeNPs),其制备过程同实施例1,不同之处在于第(3)步中将水溶液A和水溶液B混合后,BTH的终浓度为5mg/L、亚硒酸钠的终浓度为5mg/L;第(5)步中的离心转速为500rpm;第(6)步中的离心转速为15000rpm。
实施例3
一种苯并噻二唑-硒纳米络合物(BTH-SeNPs),其制备过程同实施例1,不同之处在于第(1)步中溶液A配制浓度为200mg/L;第(2)步中溶液B配制浓度为2000mg/L;第(3)步中将水溶液A和水溶液B等体积混合后,BTH的终浓度为100mg/L、亚硒酸钠的终浓度为1000mg/L;第(5)步中的离心转速为2000rpm;第(6)步中的离心转速为10000rpm。
实施例2和3制备的BTH-SeNPs配置成为溶液后,其液体化学性质及颜色,以及扫描电镜检测结果同实施例1制备的BTH-SeNPs。
实施例4
以实施例1制备的BTH-SeNPs为测试对象,取其母液,加纯净水配制得到浓度为10mg/L的BTH-SeNPs液体制剂,备用。
菜心按照常规播种及栽培管理,当菜心幼苗长至3-4叶期,分别使用浓度为10mg/L的BTH-SeNPs制剂、BTH水溶液、亚硒酸钠水溶液进行喷叶处理,空白对照组喷施纯净水。喷施后第3天,采用针刺接种法接种菜心炭疽菌,在不同处理的每一片叶子表面的刺伤部位准确接种10μL浓度为1*105CFU/mL的炭疽菌孢子悬浮液。接种后用PE袋套住菜心植株以保持高湿状态48小时,并于接种后第4天起持续3天观察统计接种叶片的发病率并测量病斑的直径。
菜心炭疽病发病率结果如图3所示,接种病原菌第6天的病斑直径如表1所示。
表1不同药剂喷叶处理菜心在接种炭疽菌第6天的病斑直径
处理名称 | 病斑直径(mm) |
空白对照(纯净水) | 5.21 |
BTH对照(10mg/L) | 4.83 |
BTH-SeNPs(10mg/L) | 4.02 |
结果显示:人工接种炭疽菌后第4-6天,菜心炭疽病的发病率不断提高,但10mg/L的BTH-SeNPs制剂喷叶处理菜心发病率提高的速度较慢,且显著低于空白对照组和BTH对照组。人工接种后第6天,10mg/L的BTH-SeNPs制剂喷施处理的菜心发病率为60.3%,而10mg/LBTH对照组的菜心发病率为78.2%,空白对照组发病率则为91.8%;由此可见,本实施例制备的10mg/L的BTH-SeNPs的诱抗效果显著高于BTH对照组和空白对照组,BTH-SeNPs处理组与两个对照组存在显著性差异;此外,从表1可看出,BTH-SeNPs制剂喷施处理组的病斑直径显著低于BTH对照组和空白对照组;说明使用喷叶处理的方法,BTH-SeNPs制剂能显著提高栽培期间菜心对炭疽病的抗性。
实施例3
以实施例1制备的BTH-SeNPs为测试对象,取其母液,加纯净水配制得到浓度为5mg/L的BTH-SeNPs液体制剂,备用。
菜心按照常规播种及栽培管理,当菜心长出第1片真叶以后,分别使用5mg/L的BTH-SeNPs制剂、BTH水溶液、亚硒酸钠水溶液灌根1次,空白对照组灌施同等体积的纯净水,灌根处理前后继续采用常规的方法进行菜心管理栽培。当菜心长至3-4叶期时,采用针刺接种法接种菜心炭疽菌,在不同处理的每一片叶子表面的刺伤部位准确接种10μL浓度为1*105CFU/mL的炭疽菌孢子悬浮液。接种后用PE袋套住菜心植株以保持高湿状态48小时,并于接种第4天后连续3天观察统计接种叶片的发病率并测量病斑的直径。
菜心炭疽病发病率结果如图4所示,接种病原菌第6天的病斑直径如表2所示。
表2不同药剂灌根处理对菜心炭疽病病斑直径的影响
处理名称 | 病斑直径(mm) |
空白对照(纯净水) | 5.43 |
BTH对照(5mg/L) | 4.95 |
BTH-SeNPs(5mg/L) | 4.12 |
结果显示:人工接种炭疽菌后第4-6天,菜心炭疽病的发病率不断提高,但5mg/L的BTH-SeNPs制剂灌根处理的菜心发病率提高的速度较慢,且显著低于空白对照组和BTH对照组。第6天,5mg/L的BTH-SeNPs制剂灌根处理的菜心发病率为65.5%,而5mg/L BTH水溶液灌根处理对照组的菜心发病率为82.1%,空白对照组发病率则为90.3%,处理组与对照组存在显著性差异;此外,由表2可以看出,BTH-SeNPs制剂灌根处理组的病斑直径显著低于空白对照组和BTH对照组。说明使用灌根处理的方法,BTH-SeNPs制剂能显著提高菜心栽培期间对炭疽病的抗性。
最后所应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,对于本领域的普通技术人员来说,在上述说明及思路的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种苯并噻二唑-硒纳米络合物,其特征在于,由以下步骤制备得到:分别配置1,2,3-苯并噻二唑-7-硫代甲酸S-甲酯的水溶液A和亚硒酸钠水溶液B;并将二者混匀,使混合溶液中的1,2,3-苯并噻二唑-7-硫代甲酸S-甲酯终浓度为1~100mg/L,亚硒酸钠终浓度为1~1000mg/L;并加入抗坏血酸,混匀后静置反应2小时以上;然后将反应液500~2000rpm低速离心2~10min,取上清液再次于4~20℃条件下10000~15000rpm高速离心10~30min,收集沉淀物即为所述苯并噻二唑-硒纳米络合物。
2.根据权利要求1所述苯并噻二唑-硒纳米络合物,其特征在于,所述混合溶液中的1,2,3-苯并噻二唑-7-硫代甲酸S-甲酯终浓度为40~80mg/L,亚硒酸钠终浓度为50~200mg/L。
3.根据权利要求2所述苯并噻二唑-硒纳米络合物,其特征在于,所述混合溶液中的1,2,3-苯并噻二唑-7-硫代甲酸S-甲酯终浓度为75mg/L,亚硒酸钠终浓度为75mg/L。
4.根据权利要求1所述苯并噻二唑-硒纳米络合物,其特征在于,所述抗坏血酸为L-抗坏血酸;所述抗坏血酸与亚硒酸钠的摩尔质量比为3~10:1。
5.根据权利要求4所述苯并噻二唑-硒纳米络合物,其特征在于,所述抗坏血酸与亚硒酸钠的摩尔质量比为5:1。
6.根据权利要求1所述苯并噻二唑-硒纳米络合物,其特征在于,所述低速离心的转速为1500rpm;离心时间为5min。
7.根据权利要求1所述苯并噻二唑-硒纳米络合物,其特征在于,所述高速离心的转速为13000rpm;离心时间为20min;离心温度为4℃。
8.权利要求1至7任一所述苯并噻二唑-硒纳米络合物在制备成为抗性诱导剂中的应用。
9.权利要求1至7任一所述苯并噻二唑-硒纳米络合物在制备成为炭疽病预防药物中的应用。
10.根据权利要求9所述应用,其特征在于,所述炭疽病预防药物为十字花科蔬菜的炭疽病预防药物。
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