石墨烯濃度對藜麥幼苗根系生長的影響研究

李 堯

（山西大同大學化學與環(huán)境工程學院，山西 大同 037000）

石墨烯作為一種新興的材料，隨著對石墨烯的深入研究，相關(guān)研究人員發(fā)現(xiàn)了石墨烯本身具有很好的性質(zhì)，因此，被廣泛的應用著。隨著對石墨烯的優(yōu)質(zhì)性質(zhì)漸漸廣為人知，所應用的領(lǐng)域也更加廣泛，石墨烯作為“黑金”正在不斷地發(fā)揮更多的價值。近年來，石墨烯的應用逐漸從很多高新領(lǐng)域，發(fā)展到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，例如：納米碳增效肥料能夠有效地促進多種農(nóng)作物的生長，極大的提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量，縮短農(nóng)作物的生長時間，并提高農(nóng)作物的營養(yǎng)價值。

1 藜麥

藜麥是一種原產(chǎn)自南美洲安迪斯山區(qū)，作為印加土著居民的傳統(tǒng)食物的農(nóng)作物。本身具有非常悠久的使用和種植歷史，具有非常獨特的營養(yǎng)價值，被古代印加人成為“糧食之母”。聯(lián)合國糧農(nóng)組織認為藜麥是一種單體植物，即可滿足人體基本營養(yǎng)需求的的食物，我國部分省市和地區(qū)已引進種植改農(nóng)作物。藜麥苗株形態(tài)呈掃帚狀，單株高度一般在四五十公分到三米不等，藜麥的根系屬于淺根系，藜麥的植株通過都長有主梢和側(cè)枝且主梢和側(cè)枝都能夠結(jié)籽，單株能夠完成自花授粉，即藜麥的授粉方式為自花授粉。藜麥種子呈圓形，直徑一般在1.5mm 到2mm 之間，通常情況下千粒種子重量約在3～4g。

聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO) 認定藜麥為單體植物即能滿足人體基本營養(yǎng)的糧食作物，所以是最符合人體營養(yǎng)需求的“全營養(yǎng)植物食品”，曾被列為十大營養(yǎng)食品之一。藜麥作為國人日常食用的谷物類糧食，其和小麥、玉米、大麥、高粱等谷物類糧食作物都屬于禾本科，但藜麥的食用價值和營養(yǎng)價值是大多數(shù)谷物不能相比的，藜麥含有豐富的營養(yǎng)元素和可能與其是獨特的藜科植物有關(guān)。另外，藜麥含有最接近人體氨基酸組成的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，有可能實現(xiàn)替代人體對畜禽蛋白質(zhì)的需求，從而能夠降低養(yǎng)殖對耕地、自然環(huán)境的污染，也能夠降低因畜禽養(yǎng)殖造成的病菌傳播，藜麥具有其不可替代的左右，是極具潛力的谷物類農(nóng)作物之一。

農(nóng)作物的根系是保證其植株生長的重要基礎(chǔ)，根系的正常生長能夠保證根系吸收土壤中的營養(yǎng)，運輸營養(yǎng)、水分，對植物合成有機物維系自身的生長，具有極為重要的影響。因此，在當前的農(nóng)業(yè)發(fā)展中，對于植物根系的形態(tài)和生物量的研究，一直作為研究的主要內(nèi)容。

2石墨烯對藜麥根系形態(tài)和生物量的影響研究

藜麥作為我國的近年來，在部分地區(qū)引種種植的一種重要的雜糧品種，對藜麥的根系生長和研究做出了一定的深入研究[2]。在進行石墨烯對藜麥根系形態(tài)和生物量的影響研究過程中，所采用的研究方法通常為電化學方法，在石墨烯進行溶解的過程中，在表面加入親水基團（COOH 和C-OH），使石墨烯能夠在水中更好的分散，使石墨烯分子能夠與水進行充分的接觸。單純的石墨烯溶液的pH 值較小，呈現(xiàn)偏酸性。

對于石墨烯對藜麥根系形態(tài)，和生物質(zhì)量影響效果的研究分析方法為：配置不同質(zhì)量濃度的石墨烯的MS 培養(yǎng)基，對藜麥種子進行消毒，較完成消毒的藜麥種子，分別播種在不同質(zhì)量濃度的MS 培養(yǎng)基中，保證每個培養(yǎng)基中都有6～7 粒藜麥種子，并保障每種濃度的培養(yǎng)基有三份，并培養(yǎng)基放入到到人工氣候箱中，將人工氣候箱的溫度控制調(diào)整為24℃，濕度調(diào)整為60%，光照強度調(diào)整為33%，培養(yǎng)14 d。在14 d 后，將培養(yǎng)基取出，將藜麥幼苗從不同濃度的石墨烯MS 培養(yǎng)基中取出，然后將其用自來水沖洗干凈，在幼苗的沖洗過程中，一定要輕輕進行沖洗，絕不可以使用過強的水流，避免對藜麥幼苗的根系造成損害。將藜麥的幼苗沖洗后，將其放入到掃描儀中進行根系圖譜掃描，然后，利用根系圖譜掃描結(jié)果進行分析，并對對藜麥幼苗的根系生長情況進行分析。在對藜麥根系形態(tài)進行分析時，可主要分析以下幾點，分別為：根系總長度、根系總表面積、根系總投影面積、根系體積、根尖數(shù)和分叉數(shù)等[3]。

在藜麥幼苗完成掃描分析后，將藜麥幼苗放入到培養(yǎng)皿中，再將放有藜麥幼苗的培養(yǎng)基放入到鼓風干燥箱中，將鼓風干燥箱的溫度調(diào)至65℃，將培養(yǎng)基和藜麥幼苗烘干至恒質(zhì)量。然后對藜麥幼苗的根系生長情況進行深入分析，首先，分析藜麥種子播種在不同濃度的石墨烯的培養(yǎng)基中14 d 后的狀況。然后，對MS 培養(yǎng)基上的藜麥幼苗根系總面積和投影面積進行對比，分析在哪一個濃度的MS 培養(yǎng)基中藜麥的根系發(fā)育最好，進而判斷出在哪一濃度的石墨烯培養(yǎng)基中藜麥種子的根系發(fā)育最好。

3 在不同質(zhì)量濃度下的石墨烯對藜麥根系形態(tài)和生物量的影響

經(jīng)過相關(guān)的實驗研究表明，不同質(zhì)量濃度的石墨烯MS 培養(yǎng)基，對藜麥種子的生長具有不同程度的影響。如圖1 所示，實驗中通過在對比不同質(zhì)量濃度的石墨烯MS 培養(yǎng)基下藜麥幼苗根系的生長情況，具體的，對藜麥幼苗根系在石墨烯質(zhì)量濃度為2、4、8、12mg/L 的培養(yǎng)基上的生長情況統(tǒng)計，在石墨烯質(zhì)量濃度為2、4、8、12 mg/L 的培養(yǎng)基中生長的藜麥幼苗根系總長度明顯高于對照組的根系總長度。其中，在質(zhì)量濃度為8 mg/L 的石墨烯MS 培養(yǎng)基中藜麥幼苗根系的生長速度最快，相比較于其他幾個濃度的MS 培養(yǎng)基，表明質(zhì)量濃度為8mg/L 的MS 培養(yǎng)基對藜麥根系生長，具有顯著的促進作用。具體為在石墨烯質(zhì)量濃度為8mg/L 的培養(yǎng)基上生長的幼苗根系總表面積，大約是對照組根系總表面積的1.5 倍。

圖1 不同濃度石墨烯處理14 天后的藜麥幼苗根系形態(tài)

對不同質(zhì)量濃度下的石墨烯MS 培養(yǎng)基中的藜麥幼苗進行分析，探究不同濃度的石墨烯對藜麥根系生物量的影響。實驗結(jié)果如圖2 所示，在石墨烯質(zhì)量濃度為2、4、8、12mg/L 的MS 培養(yǎng)基中上真的藜麥幼苗干物質(zhì)質(zhì)量非常高，結(jié)果表明，8mg/L 質(zhì)量濃度的石墨烯MS 培養(yǎng)基能夠更好地促進藜麥幼苗的根系生長。通過比較烘干狀態(tài)下的幼苗質(zhì)量判定藜麥的根系生物量，對比實驗的結(jié)果顯示，在石墨烯質(zhì)量濃度為2、4、8、12mg/L 的MS 培養(yǎng)基上生長的藜麥幼苗干物質(zhì)質(zhì)量最高，8mg/L 的石墨烯質(zhì)量濃度下藜麥的幼苗生物量大約為對照組幼苗干物質(zhì)質(zhì)量的1.6 倍。

圖2 不同濃度石墨烯處理14 天后藜麥幼苗生物質(zhì)量的變化

4 石墨烯對藜麥幼苗根系形態(tài)及生物量的影響分析

隨著納米碳材料應用研究的快速發(fā)展，石墨烯在越來越多的領(lǐng)域中，展現(xiàn)樂其廣泛的應用價值和良好的屬性，為我國的各項技術(shù)發(fā)展，做出了重要的推動。隨著藜麥在我國的部分地區(qū)的引種種植，正在逐漸成為我國的雜糧中的重要組成部分，為我國的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展，發(fā)揮了重要作用。

農(nóng)作物根系的生長發(fā)育與植物的生長環(huán)境具有非常緊密的聯(lián)系。植物根系生長的效果可以通過根系生長的許多方面進行體現(xiàn)，可以理解的，植物的根系越大，根系對植物需要的營養(yǎng)吸收能力就越好，同時植物的抗旱能力就越強，產(chǎn)量也更高。藜麥是一種雙子葉植物，植株呈掃帚狀，原產(chǎn)于南美洲安第斯山區(qū)，是印第安土著居民的主要傳統(tǒng)食物，具有悠久的食用和種植歷史。納米碳材料推作物的生長具有巨大的影響。在石墨烯對藜麥幼苗根系形態(tài)及生物量的影響研究中，表明一定濃度的石墨烯溶液能夠很好地促進藜麥的根系生長和生物量的提升，在研究得到的結(jié)果中，8mg/L 濃度的石墨烯溶液對于藜麥幼苗的根系生長和生物量提升最為明顯，具有最大程度促進作用。而且，經(jīng)過相關(guān)資料和文獻的研究表明，質(zhì)量濃度為4.8mg/L 的石墨烯溶液，能夠促使藜麥幼苗根尖數(shù)和分叉數(shù)大量的增加，且在濃度為8mg/L 的石墨烯溶液中，藜麥幼苗的根尖生長數(shù)量和分叉數(shù)會以最大的速度生長，對根系的生長，具有最大程度的促進作用。經(jīng)查閱相關(guān)研究的結(jié)果，相關(guān)研究的結(jié)果表明一定濃度的石墨稀溶液不僅能夠促進藜麥幼苗的生長，還能夠有效的促進水稻地上、地下部分的生物量積累，與本文的研究結(jié)構(gòu)具有一定的相似性，從側(cè)面印證了文中結(jié)論。

5 結(jié)語

綜上所述，石墨烯對藜麥幼苗根系形態(tài)及生物量的生長和積累具有極為緊密的聯(lián)系，應用石墨烯能夠有效地促進藜麥根系生長，加快藜麥等植物的生物量積累。而不同質(zhì)量濃度的石墨烯溶液對藜麥幼苗根系具有不同程度的影響，經(jīng)實驗對比表明，8mg/L 質(zhì)量濃度的石墨烯溶液能夠最大程度的促進藜麥幼苗的根系生長和藜麥生物量的積累，對藜麥的引種種植工作具有重要意義。