壳寡糖包覆二氧化硅纳米纤维的合成及其对花生与海枣种子萌发与幼苗生长的促进作用研究

本研究发现通过ZnO辅助水热法成功合成高比表面积的二氧化硅纳米纤维（SNFs），并经壳寡糖（COS）包覆后形成稳定悬浮液。该COS包覆SNFs作为新型纳米肥料，可显著提高花生（Arachis hypogaea L.）和海枣（Phoenix dactylifera）种子的发芽率、根长和叶长，其效果优于单一SNFs或COS处理，展现出在农业纳米技术领域的应用潜力。

　　

1. 引言

海枣是干旱地区最具经济价值的植物之一，其繁殖方式包括分株、种子和组织培养。海枣种子萌发存在延迟和不均匀的问题，超过25%的棕榈树种需要100天以上才能萌发，总体发芽率低于20%。花生作为重要的油料作物，其种子萌发和幼苗生长也受到广泛关注。近年来，纳米材料在农业领域的应用日益重要，特别是在作物保护、土壤改良和肥料农药效率提升方面。纳米硅通过根系以硅酸形式吸收，聚合形成硅质 phytoliths 以增强植物细胞壁，同时激活多酚氧化酶和几丁质酶等防御相关酶，提高植物抗病能力。然而，硅的吸收需要持续供应，且纳米尺度二氧化硅易团聚，导致土壤中分散性差。为解决这些问题，本研究将纳米二氧化硅分散于水溶性壳寡糖（COS）中，以提高表面电荷、防止营养螯合、改善硅的缓释效果。

2. 实验部分

2.1. 材料

海枣种子购自Khang Nong种子有限公司，花生种子由广平农业股份有限公司提供。稻壳经洗涤干燥后使用。实验所用化学品包括六水合硝酸锌（Zn(NO₃)₂·6H₂O）、乳酸、盐酸、乙二胺（EDA）等。壳聚糖购自阿拉丁公司，其他试剂为分析纯。

2.2. 仪器

采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）、高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对材料进行表征。氮气吸附/脱附等温线使用Micromeritics Tristar 3000测定。

2.3. SNFs的制备

通过ZnO辅助水热法合成SNFs。首先用草酸处理稻壳去除杂质，经煅烧得到稻壳灰（RHA）。将RHA与Zn(NO₃)₂·6H₂O混合焙烧，形成RHA/ZnO复合物。随后在乙二胺溶液中水热反应，经酸洗后得到白色SNFs。

2.4. COS包覆SNF的制备

将SNFs分散于COS溶液中，通过浊度测量确定最佳分散浓度为8 g·L^?1。

2.5. COS包覆SNF对海枣和花生生长的影响研究

2.5.1. 对萌发和根生长的影响

种子分为四组处理：对照组（T0，清水）、0.1% COS（T1）、0.1% SNF（T2）和0.1% COS包覆SNF（T3）。花生种子浸泡8小时，海枣种子浸泡24小时。萌发率在特定时间点记录，根长在3、5、7天（花生）和12、15、17天（海枣）测量。

2.5.2. 对海枣树生长的影响

选择萌发后的种子移栽至盆中，分别施用不同处理溶液，每7天浇水一次。监测第一片叶的发育情况。

2.5.3. 统计分析

使用SPSS-16软件，采用Holm序列Bonferroni方法控制I类错误。

3. 结果与讨论

3.1. 材料表征

XRD显示RHA/ZnO中存在ZnO的六方纤锌矿结构特征峰。FTIR谱图中观察到Zn-O特征峰（1030 cm^?1）和Si-O伸缩振动（571和467 cm^?1）。EDX mapping显示Si和Zn元素分布均匀。SNFs的XRD图谱显示 amorphous silica特征峰（2θ = 22.5°），比表面积高达121.5 m²/g。SEM观察显示，水热时间24小时可形成直径10-50 nm的SNFs。Zeta电位分析表明，COS包覆SNF具有+33.4 mV的正表面电荷，显著提高了分散稳定性。FTIR证实了COS与SNFs之间的界面耦合，TG-DTA分析显示材料具有良好的热稳定性。

3.2. COS包覆SNFs对海枣和花生萌发及幼苗生长的影响

卡方检验表明，处理组与种子萌发率显著相关。花生种子经COS包覆SNF处理后的萌发率达98.9%，是对照组的1.25倍；海枣种子的萌发率为68.3%，是对照组的1.57倍。方差分析显示，处理对花生幼苗根长（F = 25.89, p < 0.001）、海枣幼苗根长（F = 14.55, p < 0.001）和叶长（F = 16.12, p < 0.001）均有显著影响。事后检验表明，COS包覆SNF处理的效果最佳：花生根长增加1.45倍（119 mm vs. 81.8 mm），海枣根长增加2倍（23.1 mm vs. 11.5 mm），海枣叶长增加1.97倍（228.7 mm vs. 128.6 mm）。生长促进效果顺序为：COS包覆SNF > COS > SNF > 对照组。

4. 结论

通过ZnO辅助水热法成功合成了高比表面积的SNFs，经COS包覆后形成稳定悬浮液。COS包覆SNFs作为纳米肥料可显著促进花生和海枣种子的萌发及幼苗生长，效果优于单一组分处理，展现出在农业领域的应用潜力。