納米氧化鈦在菠菜光化學(xué)反應(yīng)與氮代謝中的若干作用機(jī)制.pdf

1、納米材料及其技術(shù)在各個領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用，近幾年出現(xiàn)的納米復(fù)合肥也已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上開始推廣，但對于其作用機(jī)理的研究鮮見報道。納米氧化鈦?zhàn)鳛橐环N光催化劑，在光照下能引起氧化還原反應(yīng)，生成超氧陰離子(O<,2><'->)和氫氧化物等活性氧。這些氧化物可分解其周圍的有機(jī)物，并能破壞細(xì)菌細(xì)胞中的蛋白質(zhì)，殺死細(xì)菌和病毒等微生物。眾所周知，植物的光合作用可分為主要由光催化的化學(xué)反應(yīng)和主要由酶催化的化學(xué)反應(yīng)。我們實(shí)驗室曾率先在國際上研究了納米氧化鈦與植

2、物光合作用的關(guān)系。結(jié)果表明用納米氧化鈦處理在生長階段能明顯促進(jìn)葉綠素的形成，提高Rubsico的活性，光合效率和菠菜產(chǎn)量均增加30％以上。鑒于納米氧化鈦的光催化作用，我們推測納米氧化鈦之所以能提高菠菜的光合效率，可能與葉綠體光能的吸收、光電轉(zhuǎn)換、光合放氧及光合磷酸化速率等光反應(yīng)活性的提高有密切關(guān)系。我們也推測將納米氧化鈦處理葉片后，納米氧化鈦可以促進(jìn)植物的氮代謝，并且在太陽光照下，葉表面上的納米氧化鈦通過化學(xué)吸附N2后或進(jìn)入細(xì)胞的納米氧

3、化鈦也可能具有催化N<,2>還原為NH<,3>的作用，而后進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)氮，促進(jìn)植物葉綠素、蛋白質(zhì)、核酸等的合成，進(jìn)而促進(jìn)生長。鑒于此，我們以納米氧化鈦和菠菜為實(shí)驗材料，研究在植物光化學(xué)反應(yīng)和氮代謝中的若干效應(yīng)及其相關(guān)機(jī)制，本研究不僅可為人工模擬光合作用和固氮作用提供研究新思路，且可為今后開發(fā)納米復(fù)合肥提供重要的理論根據(jù)和技術(shù)途徑。 論文主要涉及以下內(nèi)容： (1)用不同濃度的納米氧化鈦處理菠菜研究了對葉綠體光化學(xué)反應(yīng)的

4、影響。實(shí)驗結(jié)果證實(shí)用0.25％納米氧化鈦處理能明顯提高葉綠體的Hill反應(yīng)活性如FeCy還原速率和氧氣釋放速率加快，對非循環(huán)光合磷酸化反應(yīng)的促進(jìn)比循環(huán)的光合磷酸化反應(yīng)顯著，提高葉綠體的偶聯(lián)程度，對葉綠體膜上的Mg<'2+>-ATPase及偶聯(lián)因子CF<,1>-ATPase活力有顯著的激活作用。這表明納米氧化鈦處理促進(jìn)光合作用可能與激活偶聯(lián)因子活性有關(guān)。 (2)利用納米氧化鈦處理，研究了對光照下菠菜葉綠體衰老的影響。結(jié)果表明納米氧

5、化鈦處理過的菠菜離體葉綠體在光照1-40 min內(nèi)光合放氧速率顯著高于對照，且光照10 min后的放氧速率下降幅度也明顯低于對照，表明納米氧化鈦處理菠菜后使葉綠體的抗衰老能力增強(qiáng)?？顾ダ系淖饔脵C(jī)制研究表明，在光照下納米氧化鈦處理菠菜后離體葉綠體的O<,2><'->和H<,2>O<,2>自由基產(chǎn)生速率、膜脂過氧化產(chǎn)物水平以及膜結(jié)構(gòu)損傷均明顯低于對照，而清除活性氧自由基的SOD、CAT、POD抗氧化酶系統(tǒng)的活性又明顯高于對照。這可能是因為納

6、米氧化鈦處理后，可使葉綠體的膜系統(tǒng)在光照下維持相對的穩(wěn)定，促進(jìn)了SOD、CAT和POD的酶活性，同時納米氧化鈦也可直接起到清除氧自由基的作用。 (3)用納米氧化鈦噴施處理菠菜，研究了對促進(jìn)菠菜生長的氮代謝作用機(jī)制。結(jié)果表明，納米氧化鈦噴施處理過的菠菜單株鮮重、干重均比對照明顯增加，這與菠菜生長期間氮代謝的加強(qiáng)密切相關(guān)。具體表現(xiàn)為納米氧化鈦能明顯促進(jìn)菠菜對硝態(tài)氮的吸收，提高硝酸還原酶、谷氨酸脫氫酶、谷氨酰胺合成酶、轉(zhuǎn)氨酶(GOT和

7、OPT)活性，加快硝態(tài)氮還原為氨態(tài)氮、氨態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)氮的速率，即促進(jìn)了蛋白質(zhì)和葉綠素等的合成。 (4)用納米氧化鈦噴施處理菠菜，初步研究了納米氧化鈦促進(jìn)菠菜的生長是否與固氮作用的發(fā)生有關(guān)。結(jié)果表明在缺氮營養(yǎng)液培養(yǎng)下，納米氧化鈦噴施處理過的菠菜全部葉片保持綠色，對照的菠菜老葉片完全呈黃白色。理化指標(biāo)的測定表明納米氧化鈦噴施處理過的菠菜鮮重、干重、體內(nèi)總氮、氨態(tài)氮、葉綠素和蛋白質(zhì)的含量等均顯著高于對照增加。缺氮條件下菠菜體內(nèi)總氮含