论文部分内容阅读
富硅植物水稻中硅大多以生物矿化物(硅体)的形式存在,是一种具有微米、纳米级结构的生物材料。本论文从材料科学的角度来研究水稻叶片中硅体对水稻自身生理的影响及其性能。论文开展了硅对水稻生理的影响,硅体制备、分离和纯化以及硅体的光催化降解有机染料性能的研究。旨在探讨植物生物矿化物的生理功能,并期望能为秸秆等生物质资源的利用提供新的途径。主要结果如下:
一、硅对水稻幼苗的影响:观察发现缺硅培养的水稻中无硅体分布,而正常生长水稻在30天时,发现硅体主要分布于叶片的硅细胞内,其大小在10μm左右;在60天时,观察到叶片泡状细胞内也出现硅体,大小在30-50μm间;两种类型的硅体均沿着叶脉走向分布排列。另外观察还发现与正常培养水稻相比,缺硅培养的水稻叶片姿态疲软不能保持直立形态;其叶片褐色斑点明显增多(斑点总数是对照组的15倍);缺硅培养的水稻剑叶的叶绿素含量和光合作用速率也比正常生长的水稻低1.5％和9%;幼苗的高度、根系长度、鲜重和干重分别比正常生长的水稻低6%、9%、5.9%和12.8%。
二、叶片硅体在紫外线辐照中的作用:沉积的硅体减轻了叶片在紫外线照射下引起的自由基积累和伤害,促进了叶片泡状细胞内吸收紫外的物质积累;有硅体沉积的水稻叶片在紫外照射后,吸收紫外的物质相对含量显著增加,是缺硅处理的水稻叶片含量的1.6倍左右。体外实验发现,在氙灯照射下,新鲜叶片中提取的硅体能够催化人工氢受体红四氮唑(TTC)为三苯甲簪(TPF),具有光驱类脱氢酶活性,且其活力值是对照组的2倍,分别为756和372(μg TPF·g-1·min-1),表明水稻体内的硅体可能具有光催化剂的作用。
三、水稻叶片硅体的制备及其光催化活性研究:从秸秆中制备的硅体虽然是微米级的,但电镜观察发现硅体是由纳米级无定形二氧化硅颗粒组成,大小在50-100nm左右,EDX元素分析显示包含了植物体内的少量金属元素,形成类似掺杂金属的纳米材料。在氙灯照射下,硅体表现出光催化的能力,能够光催化降解甲基紫、番红花红T和天青II等有机染料,2h内三种染料的降解率分别达到95.5%、84.47%和94.74%,经8次回收后,硅体对甲基紫染料的去除率在光催化反应2h后仍能达到90%左右。