植物營養(yǎng)物包覆的納米顆粒及其制備和使用方法
【專利摘要】本文描述的實施方案提供了具有包覆在金屬納米顆粒上的至少一種植物營養(yǎng)物的納米肥料。一些實施方案提供了制備納米肥料的方法，所述方法包括提供金屬納米顆粒和利用至少一種植物營養(yǎng)物或其前體包覆所述金屬納米顆粒。在一些實施方案中，制備納米肥料的方法可包括將金屬鹽與植物營養(yǎng)物在含水介質(zhì)中混合以形成溶液，并將還原劑添加到所述溶液以形成包覆的金屬納米顆粒。一些實施方案提供了硼納米肥料及其制備方法。一些實施方案提供了處理植物營養(yǎng)物缺乏諸如硼缺乏的方法。一些實施方案提供了制備植物營養(yǎng)物包覆的納米顆粒的試劑盒。
【專利說明】植物營養(yǎng)物包覆的納米顆粒及其制備和使用方法

【背景技術(shù)】
[0001] 植物需要某些必需營養(yǎng)物以行使正常功能和生長。在行使正常功能和生長所需的 營養(yǎng)物水平之外，可能由于缺乏或毒性而導(dǎo)致整體的作物生長和健康下降。當未獲得滿足 培育植物所需的足夠量的必需營養(yǎng)物時，發(fā)生營養(yǎng)物缺乏。當營養(yǎng)物超過植物所需時發(fā)生 毒性，并降低植物生長或質(zhì)量。
[0002] 植物營養(yǎng)物分為兩類：大量營養(yǎng)物，其以較大的量來消耗，且可占植物組織以干物 質(zhì)重量計從約0.2%至約4.0%;和微量營養(yǎng)物，其以較小的量來消耗，且范圍可從約每百萬 (ppm) 5份至約200ppm或小于約0. 2%干重。大量營養(yǎng)物包括碳、氫、氧、磷、鉀、氮、硫、鈣、 鎂和硅。微量營養(yǎng)物包括鐵、鑰、硼、銅、錳、鈉、鋅、鎳、氯、硒、釩和鈷。
[0003] 植物通過根部吸收營養(yǎng)物存在三個基本途徑：（1)簡單擴散，其中非極性分子諸 如，例如在不使用轉(zhuǎn)運蛋白的情況下，沿濃度梯度的0 2、C02和NH3可被動地移動通過脂質(zhì)雙 層膜；（2)協(xié)助擴散，其中沿濃度梯度的溶質(zhì)或鐵由轉(zhuǎn)運蛋白協(xié)助而快速移動；（3)主動轉(zhuǎn) 運，其中逆濃度梯度的鐵或分子的主動轉(zhuǎn)運需要能量來源將鐵或分子泵送通過膜，所述能 量來源通常為ATP。
[0004] 然而，并非所有的植物營養(yǎng)物皆為運動的。例如，通常認為硼是在韌皮部固定不動 的，且僅在高等植物中具有有限的韌皮部運動。硼從植物細胞的外部運動到植物細胞的內(nèi) 部通常涉及硼多元醇復(fù)合物的調(diào)節(jié)。然而，在高等植物中，多元醇化合物可能并不充足或可 能完全不存在。因此，在大部分商業(yè)化的農(nóng)田作物和園藝作物（其缺乏多元醇）中，硼的運 動被限制且硼施肥受到限制。因此，在植物中需要營養(yǎng)物更易運動且更有效的施肥方法。
[0005] 概沭
[0006] 本申請中描述的一些實施方案涉及納米肥料，所述納米肥料包括包覆在金屬納米 顆粒上的至少一種植物營養(yǎng)物。在一些實施方案中，至少一種植物營養(yǎng)物包括氮、磷、鉀、 鈣、硫、鎂、硼、銅、鐵、氯、錳、鑰、鋅，及其前體或其組合。在一些實施方案中，至少一種植物 營養(yǎng)物包括硼、硼酸、四水八硼酸二鈉、硼酸鈣、硼酸鎂、硼硅酸鈉、十水四硼酸鈉、硼酸鈉、 四硼酸鈉、四硼酸二鈉或其組合。在一些實施方案中，金屬納米顆粒包括金、銀、銅、鋁、鎳、 鉻、鐵、鈷、錫、鈦、娃、鋅、鉛、鈕、鉬、釕、銘、鉭、鶴、其合金或其組合。
[0007] 本申請中描述的一些實施方案涉及制備納米肥料的方法，其包括提供金屬納米顆 粒；和利用至少一種植物營養(yǎng)物或植物營養(yǎng)物前體包覆金屬納米顆粒。在一些實施方案中， 提供金屬納米顆粒包括通過鹽還原合成、反轉(zhuǎn)膠粒化過程、微波電介質(zhì)加熱還原、超聲輻 射、輻射分解、溶劑熱合成、生物還原、熱蒸發(fā)、光化學(xué)還原、電化學(xué)合成，或其組合形成金屬 納米顆粒。
[0008] 本申請中描述的一些實施方案涉及制備納米肥料的方法，所述納米肥料包括將金 屬鹽和植物營養(yǎng)物在含水介質(zhì)中混合以形成溶液；和向所述溶液中添加還原劑以形成包覆 的金屬納米顆粒。在一些實施方案中，還原劑以滴加方式添加到溶液中。在一些實施方案 中，還原劑包括檸檬酸鈉、硼氫化鈉、氫醌、乙二醇、甲醛、乙醇、羥基自由基、糖熱解自由基、 水合肼、糖化物、N，N-二甲基甲酰胺或其組合。
[0009] 在一些實施方案中，方法還包括在添加還原劑之前加熱溶液?？蓪⑷芤杭訜嶂良s 70°C至約110°C的溫度。在一些實施方案中，方法還包括在添加還原劑之后將穩(wěn)定劑添加到 溶液中。穩(wěn)定劑可包括聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸 鈉、長鏈硫醇、長鏈胺類、羧基化合物、牛血清白蛋白、檸檬酸鹽、纖維素，或其組合。
[0010] 本申請中描述的一些實施方案涉及制備硼納米肥料的方法，該方法包括將硝酸銀 和硼酸添加到含水介質(zhì)以形成溶液；和將還原劑添加到所述溶液以形成硼酸包覆的銀納米 顆粒。在一些實施方案中，所述還原劑包括朽 1檬酸鈉。在一些實施方案中，所述含水介質(zhì)包 括水。
[0011] 本申請中描述的一些實施方案涉及用于處理植物中的硼缺乏的方法，所述方法包 括將包覆硼或其前體的金屬納米顆粒施用于植物。在一些實施方案中，所述包覆的金屬納 米顆粒作為噴霧、水培法、氣栽法、種子處理、種苗浸根、土壤施肥、組織培養(yǎng)的營養(yǎng)物、體外 培養(yǎng)的營養(yǎng)物、與灌溉水聯(lián)合應(yīng)用，或其組合。包覆的金屬納米顆?？梢杂行幚砼鹑狈Φ?量來施用。包覆的金屬納米顆?？梢圆灰鹋鸲拘缘牧縼硎┯谩?br> [0012] 本申請中描述的一些實施方案涉及用于制備包覆植物營養(yǎng)物的金屬納米顆粒的 試劑盒，所述試劑盒包括金屬鹽；植物營養(yǎng)物；和還原劑。所述試劑盒還包括含水介質(zhì)。在 一些實施方案中，，所述試劑盒還包括遞送裝置已將所述植物營養(yǎng)物包覆的金屬納米顆粒 遞送至植物。在一些實施方案中，所述遞送裝置是噴霧裝置。
[0013] 前述的概述僅是示例性的，且并不意在限制。除以上所描述的示例性方面、實施方 案和特征之外，另外的方面、實施方案和特征將通過參照附圖和以下的詳細描述而變得明 顯。
[0014] 附圖簡沭
[0015] 圖1示出了在從銀納米顆粒的表面釋放硼酸的不同階段，硼酸包覆的銀納米顆粒 的透射電鏡圖像。
[0016] 圖2示出了如下的相差顯微鏡的圖像：在不同的階段，（a)硼酸包覆的銀納米顆粒 通過葉表皮吸收；(b)、（c)、（d)、（e)、（f)硼酸包覆的銀納米顆粒通過維管束的轉(zhuǎn)運。
[0017] 圖3示出了硼酸包覆的銀（Ag-B)核-殼納米顆粒滲透穿過葉角質(zhì)層、氣孔和馬鈴 薯葉。
[0018] 圖4示出了 Ag-B納米顆粒處理的葉（左--深綠色）和大分子硼酸處理的葉 (右--較淺綠色）之間的比較。
[0019] 圖5示出了不同的處理中的Ag-B納米肥料濃度和大分子硼酸濃度。
[0020] 圖6示出了利用Ag-B納米肥料噴霧的（左）不同生長階段的葉中的硼濃度，和不 同生長階段過程中葉和莖（僅根上lcm)中的硼（右）。
[0021] 圖7示出了在所有處理下在塊莖中發(fā)現(xiàn)的痕量的硼（< 2ppm)。
[0022] 圖8示出了在噴霧Ag-B納米肥料之后15和30天測量的馬鈴薯葉中的葉綠素 a 和葉綠素 b含量。
[0023] 圖9示出了在不同濃度的Ag-B納米肥料下的總植物重量（地上部分）、總塊莖產(chǎn) 量和總馬鈴薯生物質(zhì)（qha = 100磅/公頃）。
[0024] 圖10示出了 Ag-B處理的馬鈴薯植物的每100g鮮重的塊莖的干重，葉和莖的灰分 含量（百分比）。
[0025] 圖11示出了在冷藏30天之后，對于馬鈴薯塊莖的淀粉、可溶性糖、還原糖含量的 生化分析。
[0026] 圖12示出了通過十二烷基磺酸鈉（SDS)(左）和包覆硼酸的銀納米顆粒的溶液 (右）穩(wěn)定的銀納米顆粒的溶液。
[0027] 圖13示出了（a)通過SDS穩(wěn)定的銀納米顆粒和（b) Ag-B納米顆粒的UV-VIS譜。
[0028] 圖14示出了利用十二烷基磺酸鈉（SDS)(上）和Ag-B納米顆粒（下）穩(wěn)定的銀 納米顆粒的透射電子顯微鏡圖像。
[0029] 圖15示出了來自Zeta分析儀的Ag-B NP的粒徑分布。
[0030] 圖16示出了利用Ag-B納米顆粒噴霧的馬鈴薯葉（左）和利用大分子硼酸噴霧的 葉（右）。
[0031] 迦
[0032] 在下面的詳細描述中，參考了作為本文件的部分的附圖。在附圖中，相似的符號通 常標示相似的組分，除非上下文另有說明。詳細描述、附圖以及權(quán)利要求書中的示例性實施 方案，并非表示限制性的。在不背離本發(fā)明主題實質(zhì)和范圍的情況下，可以利用其他實施方 案，并且可以進行其他改變。將易于理解的是，可以多種不同的構(gòu)型對如本申請中所概述的 和附圖中所示出的本公開內(nèi)容的方面進行整理、置換、組合、分離和設(shè)計。
[0033] -些實施方案涉及包覆有植物營養(yǎng)物的金屬納米顆粒，和制備和使用所述納米顆 粒的方法。納米顆粒能夠滲透活的植物組織并遷移至植物的不同區(qū)域。將該納米顆粒用于 納米施肥可將植物營養(yǎng)物轉(zhuǎn)運至植物細胞質(zhì)膜，而不需要任何另外的能量，且表現(xiàn)出無植 物毒性。包覆的金屬納米顆?？赡軌蜣D(zhuǎn)運通過植物膜系統(tǒng)而不需要復(fù)雜的多糖的介導(dǎo)和來 自植物的ATP能量。包覆的金屬納米顆粒可在精耕農(nóng)業(yè)中、溫室農(nóng)業(yè)中用作葉面噴霧、種子 處理、浸根、土壤施肥，與灌溉水聯(lián)合應(yīng)用，以及在用于植物的微繁殖和再生的組織培養(yǎng)或 任何體外介質(zhì)中作為植物營養(yǎng)物。
[0034] 本申請中公開的一些實施方案涉及納米肥料，所述納米肥料包括至少一種包覆在 金屬納米顆粒上的植物營養(yǎng)物。該納米肥料可在含水溶液中。由于高表面積與體積比，所 述納米肥料的有效性可能超越最新的聚合物包覆的常規(guī)肥料，所述常規(guī)肥料在過去10年 中幾乎無改良。
[0035] -些實施方案涉及制備納米肥料的方法，所述方法包括步驟：提供金屬納米顆粒 和利用一種植物營養(yǎng)物或其前體包覆金屬納米顆粒。提供所述金屬納米顆?？砂ㄍㄟ^鹽 還原合成、反轉(zhuǎn)膠?；^程、微波電介質(zhì)加熱還原、超聲輻射、輻射分解、溶劑熱合成、生物 還原、熱蒸發(fā)、光化學(xué)還原、電化學(xué)合成，或其組合來形成所述金屬納米顆粒。
[0036] 本文所描述的實施方案中的至少一種植物營養(yǎng)物包括氮、磷、鉀、鈣、硫、鎂、硼、 銅、鐵、氯、錳、鑰、鋅，及其前體或其組合。在一些實施方案中，植物營養(yǎng)物可以是硼、硼酸、 四水八硼酸二鈉、硼酸鈣、硼酸鎂、硼硅酸鈉、十水四硼酸鈉、硼酸鈉、四硼酸鈉、四硼酸二鈉 或其組合。在一些實施方案中，植物營養(yǎng)物可包括石灰、石膏、過磷酸鈣、硫酸亞鐵、鐵螯合 物、鐵蛋白、氧化鋅、硫酸鋅、鋅螯合物、硝酸鉀、硝酸鈣、硝酸鎂、磷酸二氫銨、硫酸銨、硫酸 鎂、磷酸二氫鉀、碳酸鈣、硝酸硫酸銨、硫代硫酸銨、氨水、鈣氰胺、亞丁烯二脲、雙氰胺、異丁 基二脲、硝酸鈉、碳酸鉀、氯化鉀、硫酸鉀鎂、偏磷酸鉀、硫酸鉀、氯化鈣、氧化鈣、方解石石 灰?guī)r、白云石石灰石、磷酸銨鎂、氧化鎂、氧化銅螯合物、磷酸銨銅、硫酸銅、銅熔料（copper frits)、聚黃酮銅（copper polyflavonoid)、孔雀石、藍銅礦、氧化亞銅、氧化銅、乙酸銅、硼 酸、四硼酸鈉、四硼酸鈉十水合物、硼熔料、硼硅酸鈉、硼酸鈣、硼酸鎂、硼酸鈉、四水合八硼 酸二鈉、四硼酸二鈉、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨、磷酸亞鐵銨、草酸亞鐵、碳酸亞鐵、鐵 螯合物、木質(zhì)素磺酸鐵、聚黃酮鐵（iron polyflavonoid)、鐵烙料、甲氧基苯基鐵丙燒、氧化 亞鐵、氧化鐵、多磷酸銨鐵、氧化錳、甲氧基苯基錳丙烷、錳熔料、氯化錳、碳酸錳、硫酸錳、錳 螯合物、磷酸銨錳、聚黃酮錳、鑰酸銨、鑰酸鈉、鑰熔料、三氧化鑰、硫化鑰、鋅熔料、碳酸鋅、 磷酸鋅、磷酸銨鋅、硫化鋅、木質(zhì)素磺酸鋅、聚黃酮鋅，或其組合。
[0037] 在一些實施方案中，金屬納米顆?？砂ń?、銀、銅、錯、鎮(zhèn)、絡(luò)、鐵、鉆、錫、欽、娃、 鋅、鉛、鈀、鉬、釕、銠、鉭、鎢、其合金或其組合。在特定的實施方案中，納米顆?？梢允倾y。在 一些實施方案中，納米顆粒可以是銅。在一些實施方案中，納米顆粒可以是金。在一些實施 方案中，納米顆?？砂slnm至約100nm的尺寸。
[0038] 本申請中所描述的一些實施方案提供了硼納米顆粒，所述硼納米顆粒包括包覆在 金屬納米顆粒上的硼或其前體。硼是在植物和動物中的多種代謝和生化活性中起重要作用 的元素。據(jù)認為硼參與核酸代謝、碳水化合物和蛋白代謝、吲哚乙酸代謝、細胞壁合成、細胞 壁結(jié)構(gòu)、膜完整性和功能，和苯酚代謝；然而，這些作用的分子基礎(chǔ)大多未知。
[0039] 據(jù)認為本文的實施方案的硼酸納米顆粒可被轉(zhuǎn)運通過植物細胞質(zhì)膜，而無需任何 另外的能量，且表現(xiàn)出無植物毒性。硼酸是包含3 : 1 : 3比例的硼、氫和氧的化合物。
[0040] 與常規(guī)的大分子尺寸的（微米級）硼酸或硼砂肥料（Borax)( "大分子硼酸"）相 比較，本文實施方案的硼納米肥料（納米級）顯示了作物產(chǎn)量的顯著提高（提高的生物質(zhì)、 馬鈴薯塊莖產(chǎn)量和植物重量）和作物品質(zhì)（較少的還原糖和提高的淀粉含量）。因此，實施 方案中所描述的硼納米肥料的一個益處可為極低的成本和高效率。本文所描述的一些實施 方案通過向植物施用硼酸納米顆粒提供了高效的納米施肥的方式。從本文實施方案的金屬 納米顆粒的表面釋放的納米尺寸的硼酸可以是高效的硼肥料。本文所描述的硼包覆的金屬 納米顆粒的其他益處包括，植物中增加的硼含量，其導(dǎo)致增加的葉綠素含量、增加的葉的數(shù) 量、增加的總生物質(zhì)、增加的總產(chǎn)量和降低的可溶性糖和還原糖。
[0041] 一些實施方案涉及制備納米肥料的方法，所述方法包括步驟：將金屬鹽和植物營 養(yǎng)物混合在含水介質(zhì)中以形成溶液；和將還原劑添加到所述溶液以形成包覆的金屬納米顆 粒。在一些實施方案中，可以滴加的方式將所述還原劑添加到所述溶液中。
[0042] 在一些實施方案中，所述金屬鹽包括選自以下的金屬：金、銀、銅、鋁、鎳、鉻、鐵、 鈷、錫、鈦、硅、鋅、鉛、鈀、鉬、釕、銠、鉭、鎢、其合金或其組合。在一些實施方案中，所述金屬 鹽包括選自以下的鹽：氯化物、氟化物、乙酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、亞硝酸鹽、檸檬酸 鹽、氰化物、氫氧化物、氧化物、磷酸鹽、或其組合。在一些實施方案中，鹽可以是硝酸銀。在 一些實施方案中，鹽可以是硫酸銅。在一些實施方案中，鹽可以是氯化金。在一些實施方案 中，含水介質(zhì)可以是水。
[0043] 在一些實施方案中，還原劑包括檸檬酸鈉、硼氫化鈉、氫醌、乙二醇、甲醛、乙醇、羥 基自由基、糖熱解自由基、水合肼、糖化物、N，N-二甲基甲酰胺或其組合。在一些實施方案 中，還原劑可以是檸檬酸鈉。在一些實施方案中，還原劑可以是硼氫化鈉。
[0044] 可在添加還原劑之前加熱溶液。在一些實施方案中，在添加還原劑之前，可進一 步將溶液加熱到約70°C至約110°C的溫度。在實施方案中，可將溶液加熱到約70°C至約 100°C、約 70°C至約 95°C、約 70°C至約 90°C、約 70°C至約 85°C、約 75°C至約 1KTC、約 75°C 至約100°C、約75°C至約95°C、約75°C至約90°C、約75°C至約85°C、約80°C至約110°C、約 80°C至約100°C、約80°C至約95°C、約80°C至約90°C、約80°C至約85°C，其組合或類似的溫 度。特定的實例包括約70°C、約75°C、約80°C、約85°C、約90°C、約95°C、約100°C和這些值 中任意兩個之間的范圍。
[0045] 在一些實施方案中，可在添加還原劑之后將穩(wěn)定劑添加到溶液。穩(wěn)定劑可包括聚 乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸鈉、長鏈硫醇、長鏈胺類、 羧基化合物、牛血清白蛋白、檸檬酸鹽、纖維素，或其組合。
[0046] 本文件的一些實施方案提供了硼酸包覆的金屬核殼納米顆粒（NP)的合成、 其遞送到植物中，和通過非介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運穿過質(zhì)膜而靈活攝入到細胞中且不產(chǎn)生多元 醇復(fù)合物。據(jù)認為在硼酸的溶液中與多元醇一起形成了兩種類型的化合物。參見 Raven JA(1980)Short-and longdistance transport of boric acid in plants, New Phytologist84 :231-249,和Rowe RI,Eckhert CD(1999)Boron is required for zebrafish embryogenesis，J Exp Bot202:1649_1654。如圖4中所見，金屬納米顆粒（左側(cè)）作為催 化劑起作用用于納米制備的植物營養(yǎng)物跨越細胞膜的運動。
[0047] -些實施方案提供了制備硼納米肥料的方法，所述方法包括將金屬鹽和硼酸添加 到含水介質(zhì)以形成溶液；和將還原劑添加到溶液以形成硼酸包覆的金屬納米顆粒。
[0048] 在一些實施方案中，必需植物營養(yǎng)物肥料的納米制備及其應(yīng)用方法可以非常低的 劑量來獲得。在一些實施方案中，納米肥料中的硼的濃度可以為常規(guī)大分子硼酸溶液的 硼濃度的約1/100000或更小，且可導(dǎo)致馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的多至111 %增加。在一些實施 方案中，納米肥料中的硼濃度可以為約〇· OOlppm至約2. Oppm、約0· OOlppm至約L 5ppm、 0· OOlppm 至約 1. 0ppm、0. OOlppm 至約 0· 5ppm、0. OOlppm 至約 0· lppm、0. OOlppm 至約 0· 05ppm、約 0· Olppm至約 2. Oppm、約 0· Olppm至約 1. 5ppm、約 0· Olppm至約 1. 0ppm、0. Olppm 至約0· 5ppm、0. Olppm至約0· lppm、0. Olppm至約0· 05ppm，或其組合或類似的濃度。納米肥 料中的硼濃度的特定的實例，非限制地，可包括約0· 062ppm、約0· 0465ppm、約0· 0300ppm、 約0· 0248ppm、約0· 0186ppm、約0· 0124ppm、約0· 0062ppm，以及這些值的任何兩個之間的范 圍。
[0049] 本文件的一些實施方案提供了處理植物營養(yǎng)物缺乏的方法。在一些實施方案中， 所述方法包括將利用至少一種植物營養(yǎng)物或其前體包覆的金屬納米顆粒施用于植物。在一 些實施方案中，包覆的金屬納米顆粒以其有效處理植物營養(yǎng)物缺乏而不導(dǎo)致毒性的量來施 用。
[0050] 在一些實施方案中，包覆的金屬納米顆?？梢宰鳛閲婌F、水培法、氣栽法、種子處 理、種苗浸根、土壤施肥、組織培養(yǎng)、體外培養(yǎng)、與灌溉水聯(lián)合應(yīng)用，或其組合。在一些實施方 案中，包覆的金屬納米顆粒作為葉面噴霧。
[0051] 一些實施方案涉及用于制備植物營養(yǎng)物包覆的金屬納米顆粒的試劑盒，所述試劑 盒包括金屬鹽、植物營養(yǎng)物和還原劑。植物營養(yǎng)物包覆的納米顆?？梢栽诤橘|(zhì)中。在 一些實施方案中，試劑盒可進一步包括用于將植物包覆的金屬納米顆粒遞送到植物的遞送 裝置。在一些實施方案中，遞送裝置是噴霧裝置。
[0052] 實施例1 :利用檸檬酸鈉作為還原劑制各硼酸何覆的納米顆粒肥料
[0053] 通過還原合成方法在含水介質(zhì)中制備銀-硼酸納米結(jié)構(gòu)。制備了 lOOmM AgN03和 100mM硼酸（H3B〇3)貯存液和2% w/v二元檸檬酸酸鈉溶液；以100ml Erlenmeyer燒瓶取 50ml雙蒸水，且在近沸點?80°C下加熱并攪拌。向其添加500μ 1的lOOmM AgN03，并加熱 至80°C，攪拌近1分鐘。然后向其添加500 μ 1的lOOmM硼酸溶液。加熱該溶液并攪拌2分 鐘。然后將2% w/v檸檬酸鈉滴加到該溶液。加熱該溶液直至發(fā)生明顯的顏色改變（淺黃 色）。
[0054] 然后降低溫度，并攪拌溶液50分鐘至室溫。將所制備的透明的、淺黃色的溶液保 存在冷藏庫中以用于通過UV-VIS分光光度計（圖13)、Zeta分析儀（圖15)、透射電子顯 微鏡（TEM)(圖14)進行進一步鑒定。如圖14中所示，Ag-B納米顆粒的TEM圖像顯示了硼 酸的明顯包覆。
[0055] 如圖1中所示，透射電子顯微鏡圖像示出了釋放的速率取決于不同的因素：合成 過程中作為包覆劑的硼酸的濃度、總時間和溫度。在噴霧到葉上24-48小時之后硼酸開始 釋放。在正常溫度條件下，包覆的納米顆粒可貯藏至少幾個月。
[0056] 如圖2中所示，示出了相差顯微鏡圖像，據(jù)認為所遞送的納米制備的硼營養(yǎng)物通 過滲出而非擴散來轉(zhuǎn)運穿過植物細胞質(zhì)膜，不需能量或需極少能量。硼是必需植物營養(yǎng)物， 但其在植物中的運動很大程度上未得到解決--雖然已知一些植物是硼運動的，還有一些 是極度固定的，導(dǎo)致嚴重的硼缺乏失調(diào)。據(jù)認為硼酸包覆的銀納米顆粒（尺寸l〇-l〇〇〇nm) 能夠易于轉(zhuǎn)運穿過植物膜系統(tǒng)而無大分子硼酸處理所需的復(fù)雜多糖介導(dǎo)。圖3和4示出了 非極性營養(yǎng)物納米顆粒轉(zhuǎn)運穿過植物質(zhì)膜而無需來自細胞中的ATP的能量的方式。圖3示 出了硼酸包覆的銀核殼納米顆粒滲透穿過馬鈴薯植物的葉表皮、氣孔。圖4示出了硼酸包 覆的銀（左側(cè)）納米顆粒（其無需多元醇介導(dǎo)）和大分子硼酸（右側(cè)）（其在不與甘露糖 醇復(fù)合的情況下無法進入細胞）的膜轉(zhuǎn)運的差異。據(jù)認為金屬納米顆粒作為催化劑用于納 米制備的植物營養(yǎng)物跨越植物細胞膜的運動。如圖4中所示，與噴霧到馬鈴薯葉上的大分 子硼酸（6. 2 X 103ppm濃度硼酸）（右）相比較，利用Ag-B納米顆粒（0. 062ppm濃度的納米 硼酸處理）處理的馬鈴薯葉（左）。圖4清楚地顯示了比大分子硼酸低100, 000倍濃度的 納米硼酸具有更高的效率。（還參見圖8關(guān)于不同處理下的葉綠素濃度）。
[0057] 實施例2 :利用硼氧化鈉作為還原劑制各硼酸何覆的納米顆粒肥料
[0058] 通過還原合成方法在含水培養(yǎng)基中制備銀-硼酸納米結(jié)構(gòu)。將500 μ 1的lOOmM AgN03添加到50ml雙蒸水，并加熱至80°C，攪拌近1分鐘。然后向其添加500 μ 1的lOOmM 硼酸溶液。加熱該溶液并攪拌2分鐘。將0.75M硼氫化鈉滴加到溶液。加熱溶液直至發(fā)生 明顯的顏色改變（淡黃色）。然后將溫度降低，并攪拌溶液50分鐘至室溫。發(fā)現(xiàn)硼氫化鈉 還原的Ag-B對處理的水稻植物顯示無毒性（數(shù)據(jù)未示出）。
[0059] 實施例3 :由于硼酸納米顆粒的應(yīng)用而提高的作物牛產(chǎn)率
[0060] 將硼酸包覆的銀納米顆粒（Ag-B NP)作為葉面噴霧應(yīng)用于馬鈴薯作物，且在噴霧 后45天評價馬鈴薯（Solanum tuberosum)作物的生長屬性，產(chǎn)量成分和質(zhì)量參數(shù)。還評價 了硼酸（BA)大分子顆粒噴霧（0· 62 % w/v)，其含有約6. 2 X 103ppm BA，和含有0· 062ppm、 0· 0465ppm、0. 0300ppm、0. 0248ppm、0. 0186ppm、0. 0124ppm、0. 0062ppm 的硼酸的不同濃度的 Ag-B納米顆粒（納米肥料）（參見以下表1)。圖5示出了不同的Ag-B納米肥料處理（T1-T7) 以及大分子硼酸濃度（T8)、銀納米顆粒（T9)和對照（T10)中的不同的硼酸濃度。銀納米顆 粒上包覆的可移動的硼酸最終從銀納米顆粒的表面釋放到植物組織內(nèi)部，且硼酸可作為納 米營養(yǎng)物獲得而直接滲透進入細胞膜且不產(chǎn)生硼-多元醇復(fù)合物。
[0061]

【權(quán)利要求】
1. 納米肥料，包括包覆在金屬納米顆粒上的至少一種植物營養(yǎng)物。
2. 如權(quán)利要求1所述的納米肥料，其中所述至少一種植物營養(yǎng)物包括氮、磷、鉀、鈣、 硫、鎂、硼、銅、鐵、氯、錳、鑰、鋅、其前體或其組合。
3. 如權(quán)利要求1所述的納米肥料，其中所述至少一種植物營養(yǎng)物包括硼、硼酸、四水八 硼酸二鈉、硼酸鈣、硼酸鎂、硼硅酸鈉、十水四硼酸鈉、硼酸鈉、四硼酸鈉、四硼酸二鈉或其組 合。
4. 如權(quán)利要求1所述的納米肥料，其中所述至少一種植物營養(yǎng)物包括石灰、石膏、過 磷酸鈣、硫酸亞鐵、鐵螯合物、鐵蛋白、氧化鋅、硫酸鋅、鋅螯合物、硝酸鉀、硝酸鈣、硝酸鎂、 磷酸二氫銨、硫酸銨、硫酸鎂、磷酸二氫鉀、碳酸鈣、硝酸硫酸銨、硫代硫酸銨、氨水、鈣氰胺、 亞丁烯二脲、雙氰胺、異丁基二脲、硝酸鈉、碳酸鉀、氯化鉀、硫酸鉀鎂、偏磷酸鉀、硫酸鉀、氯 化鈣、氧化鈣、方解石石灰?guī)r、白云石石灰石、磷酸銨鎂、氧化鎂、氧化銅螯合物、磷酸銨銅、 硫酸銅、銅熔料、聚黃酮銅、孔雀石、藍銅礦、氧化亞銅、氧化銅、乙酸銅、硼酸、四硼酸鈉、四 硼酸鈉十水合物、硼熔料、硼硅酸鈉、硼酸鈣、硼酸鎂、硼酸鈉、四水合八硼酸二鈉、四硼酸二 鈉、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨、磷酸亞鐵銨、草酸亞鐵、碳酸亞鐵、鐵螯合物、木質(zhì)素磺 酸鐵、聚黃酮鐵、鐵熔料、甲氧基苯基鐵丙烷、氧化亞鐵、氧化鐵、多磷酸銨鐵、氧化錳、甲氧 基苯基錳丙烷、錳熔料、氯化錳、碳酸錳、硫酸錳、錳螯合物、磷酸銨錳、聚黃酮錳、鑰酸銨、鑰 酸鈉、鑰熔料、三氧化鑰、硫化鑰、鋅熔料、碳酸鋅、磷酸鋅、磷酸銨鋅、硫化鋅、木質(zhì)素磺酸 鋅、聚黃酮鋅、或其組合。
5. 如權(quán)利要求1所述的納米肥料，其中所述金屬納米顆粒包括金、銀、銅、鋁、鎳、鉻、 鐵、鈷、錫、鈦、娃、鋅、鉛、鈕、鉬、釕、銘、鉭、鶴、其合金或其組合。
6. 如權(quán)利要求1所述的納米肥料，其中所述金屬納米顆粒包括銀。
7. 如權(quán)利要求1所述的納米肥料，其中所述納米肥料在含水溶液中。
8. 如權(quán)利要求1所述的納米肥料，其中所述金屬納米顆粒包括小于或約lOOnm的尺寸。
9. 一種制備納米肥料的方法，所述方法包括： 提供金屬納米顆粒；和 利用至少一種植物營養(yǎng)物或其前體包覆所述金屬納米顆粒。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述至少一種植物營養(yǎng)物包括氮、磷、鉀、鈣、硫、 鎂、硼、銅、鐵、氯、猛、鑰、鋅、其前體或其組合。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述至少一種植物營養(yǎng)物包括石灰、石膏、過磷酸 鈣、硫酸亞鐵、鐵螯合物、鐵蛋白、氧化鋅、硫酸鋅、鋅螯合物、硝酸鉀、硝酸鈣、硝酸鎂、磷酸 二氫銨、硫酸銨、硫酸鎂、磷酸二氫鉀、碳酸鈣、硝酸硫酸銨、硫代硫酸銨、氨水、鈣氰胺、亞丁 烯二脲、雙氰胺、異丁基二脲、硝酸鈉、碳酸鉀、氯化鉀、硫酸鉀鎂、偏磷酸鉀、硫酸鉀、氯化 鈣、氧化鈣、方解石石灰?guī)r、白云石石灰石、磷酸銨鎂、氧化鎂、氧化銅螯合物、磷酸銨銅、硫 酸銅、銅熔料、聚黃酮銅、孔雀石、藍銅礦、氧化亞銅、氧化銅、乙酸銅、硼酸、四硼酸鈉、四硼 酸鈉十水合物、硼熔料、硼硅酸鈉、硼酸鈣、硼酸鎂、硼酸鈉、四水合八硼酸二鈉、四硼酸二 鈉、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨、磷酸亞鐵銨、草酸亞鐵、碳酸亞鐵、鐵螯合物、木質(zhì)素磺 酸鐵、聚黃酮鐵、鐵熔料、甲氧基苯基鐵丙烷、氧化亞鐵、氧化鐵、多磷酸銨鐵、氧化錳、甲氧 基苯基錳丙烷、錳熔料、氯化錳、碳酸錳、硫酸錳、錳螯合物、磷酸銨錳、聚黃酮錳、鑰酸銨、鑰 酸鈉、鑰熔料、三氧化鑰、硫化鑰、鋅熔料、碳酸鋅、磷酸鋅、磷酸銨鋅、硫化鋅、木質(zhì)素磺酸 鋅、聚黃酮鋅，或其組合。
12. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述金屬納米顆粒包括金、銀、銅、鋁、鎳、鉻、鐵、 鈷、錫、鈦、娃、鋅、鉛、鈕、鉬、釕、銘、鉭、鶴、其合金或其組合。
13. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中提供所述金屬納米顆粒包括通過鹽還原合成、反轉(zhuǎn) 膠?；^程、微波電介質(zhì)加熱還原、超聲輻射、輻射分解、溶劑熱合成、生物還原、熱蒸發(fā)、光 化學(xué)還原、電化學(xué)合成，或其組合來形成金屬納米顆粒。
14. 一種制備納米肥料的方法，所述方法包括： 將金屬鹽和植物營養(yǎng)物在含水介質(zhì)中混合以形成溶液；和 將還原劑添加到所述溶液以形成包覆的金屬納米顆粒。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中以滴加的方式將所述還原劑添加到所述溶液。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述至少一種植物營養(yǎng)物包括氮、磷、鉀、鈣、硫、 鎂、硼、銅、鐵、氯、猛、鑰、鋅、其前體或其組合。
17. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述至少一種植物營養(yǎng)物包括石灰、石膏、過磷 酸鈣、硫酸亞鐵、鐵螯合物、鐵蛋白、氧化鋅、硫酸鋅、鋅螯合物、硝酸鉀、硝酸鈣、硝酸鎂、磷 酸二氫銨、硫酸銨、硫酸鎂、磷酸二氫鉀、碳酸鈣、硝酸硫酸銨、硫代硫酸銨、氨水、鈣氰胺、亞 丁烯二脲、雙氰胺、異丁基二脲、硝酸鈉、碳酸鉀、氯化鉀、硫酸鉀鎂、偏磷酸鉀、硫酸鉀、氯化 鈣、氧化鈣、方解石石灰?guī)r、白云石石灰石、磷酸銨鎂、氧化鎂、氧化銅螯合物、磷酸銨銅、硫 酸銅、銅熔料、聚黃酮銅、孔雀石、藍銅礦、氧化亞銅、氧化銅、乙酸銅、硼酸、四硼酸鈉、四硼 酸鈉十水合物、硼熔料、硼硅酸鈉、硼酸鈣、硼酸鎂、硼酸鈉、四水合八硼酸二鈉、四硼酸二 鈉、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨、磷酸亞鐵銨、草酸亞鐵、碳酸亞鐵、鐵螯合物、木質(zhì)素磺 酸鐵、聚黃酮鐵、鐵熔料、甲氧基苯基鐵丙烷、氧化亞鐵、氧化鐵、多磷酸銨鐵、氧化錳、甲氧 基苯基錳丙烷、錳熔料、氯化錳、碳酸錳、硫酸錳、錳螯合物、磷酸銨錳、聚黃酮錳、鑰酸銨、鑰 酸鈉、鑰熔料、三氧化鑰、硫化鑰、鋅熔料、碳酸鋅、磷酸鋅、磷酸銨鋅、硫化鋅、木質(zhì)素磺酸 鋅、聚黃酮鋅，或其組合。
18. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述金屬鹽包括選自金、銀、銅、鋁、鎳、鉻、鐵、鈷、 錫、鈦、硅、鋅、鉛、鈀、鉬、釕、銠、鉭、鎢、其合金或其組合的金屬。
19. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述金屬鹽包括選自氯化物、氟化物、乙酸鹽、硫 酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、亞硝酸鹽、檸檬酸鹽、氰化物、氫氧化物、氧化物、磷酸鹽、或其組合的 鹽。
20. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述金屬鹽包括硝酸銀。
21. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述還原劑包括檸檬酸鈉、硼氫化鈉、氫醌、乙二 醇、甲醛、乙醇、羥基自由基、糖熱解自由基、水合肼、糖化物、N，N-二甲基甲酰胺或其組合。
22. 如權(quán)利要求14所述的方法，還包括在添加所述還原劑之前加熱所述溶液。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中將所述溶液加熱至約70°C至約110°C的溫度。
24. 如權(quán)利要求14所述的方法，還包括在添加所述還原劑之后向所述溶液添加穩(wěn)定 劑。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述穩(wěn)定劑包括聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纖維 素、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸鈉、長鏈硫醇、長鏈胺類、羧基化合物、牛血清白蛋白、檸 檬酸鹽、纖維素、或其組合。
26. -種制備硼納米肥料的方法，所述方法包括： 將硝酸銀和硼酸添加到含水介質(zhì)以形成溶液； 和 將還原劑添加到所述溶液以形成硼酸包覆的銀納米顆粒。
27. 如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述還原劑包括檸檬酸鈉。
28. 如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述含水介質(zhì)包括水。
29. -種用于在植物中處理硼缺乏的方法，所述方法包括： 將利用硼或其前體包覆的金屬納米顆粒施用于所述植物。
30. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述金屬納米顆粒包括金、銀、銅、鋁、鎳、鉻、鐵、 鈷、錫、鈦、娃、鋅、鉛、鈕、鉬、釕、銘、鉭、鶴、其合金或其組合。
31. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述包覆的金屬納米顆粒作為噴霧、水培法、氣栽 法、種子處理、種苗浸根、土壤施肥、組織培養(yǎng)的營養(yǎng)物、體外培養(yǎng)的營養(yǎng)物、與灌溉水聯(lián)合 應(yīng)用、或其組合來施用。
32. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述包覆的金屬納米顆粒以有效處理硼缺乏而不 導(dǎo)致硼毒性的量來施用。
33. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中施用所述包覆的金屬納米顆粒以使施用于所述植 物的所述硼濃度占約〇. OOlppm至約2. Oppm。
34. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述包覆的金屬納米顆粒能夠轉(zhuǎn)運穿越植物膜系 統(tǒng)而無復(fù)雜多糖的介導(dǎo)和無來自所述植物的ATP能量。
35. -種用于制備植物營養(yǎng)物包覆的金屬納米顆粒的試劑盒，所述試劑盒包括： 金屬鹽； 植物營養(yǎng)物；和 還原劑。
36. 如權(quán)利要求35所述的試劑盒，還包括含水介質(zhì)。
37. 如權(quán)利要求35所述的試劑盒，其中所述金屬鹽包括選自金、銀、銅、鋁、鎳、鉻、鐵、 鈷、錫、鈦、娃、鋅、鉛、鈕、鉬、釕、銘、鉭、鶴、其合金或其組合的金屬。
38. 如權(quán)利要求35所述的試劑盒，其中所述金屬鹽包括選自氯化物、氟化物、乙酸鹽、 硫酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、亞硝酸鹽、檸檬酸鹽、氰化物、氫氧化物、氧化物、磷酸鹽、或其組合 的鹽。
39. 如權(quán)利要求35所述的試劑盒，其中所述金屬鹽包括硝酸銀。
40. 如權(quán)利要求35所述的試劑盒，其中所述植物營養(yǎng)物包括氮、磷、鉀、鈣、硫、鎂、硼、 銅、鐵、氯、錳、鑰、鋅、其前體或其組合。
41. 如權(quán)利要求35所述的試劑盒，其中所述植物營養(yǎng)物包括硼、硼酸、四水八硼酸二 鈉、硼酸鈉、四硼酸鈉、四硼酸二鈉或其組合。
42. 如權(quán)利要求35所述的試劑盒，其中所述至少一種植物營養(yǎng)物包括石灰、石膏、過 磷酸鈣、硫酸亞鐵、鐵螯合物、鐵蛋白、氧化鋅、硫酸鋅、鋅螯合物、硝酸鉀、硝酸鈣、硝酸鎂、 磷酸二氫銨、硫酸銨、硫酸鎂、磷酸二氫鉀、碳酸鈣、硝酸硫酸銨、硫代硫酸銨、氨水、鈣氰胺、 亞丁烯二脲、雙氰胺、異丁基二脲、硝酸鈉、碳酸鉀、氯化鉀、硫酸鉀鎂、偏磷酸鉀、硫酸鉀、氯 化鈣、氧化鈣、方解石石灰?guī)r、白云石石灰石、磷酸銨鎂、氧化鎂、氧化銅螯合物、磷酸銨銅、 硫酸銅、銅熔料、聚黃酮銅、孔雀石、藍銅礦、氧化亞銅、氧化銅、乙酸銅、硼酸、四硼酸鈉、四 硼酸鈉十水合物、硼熔料、硼硅酸鈉、硼酸鈣、硼酸鎂、硼酸鈉、四水合八硼酸二鈉、四硼酸二 鈉、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨、磷酸亞鐵銨、草酸亞鐵、碳酸亞鐵、鐵螯合物、木質(zhì)素磺 酸鐵、聚黃酮鐵、鐵熔料、甲氧基苯基鐵丙烷、氧化亞鐵、氧化鐵、多磷酸銨鐵、氧化錳、甲氧 基苯基錳丙烷、錳熔料、氯化錳、碳酸錳、硫酸錳、錳螯合物、磷酸銨錳、聚黃酮錳、鑰酸銨、鑰 酸鈉、鑰熔料、三氧化鑰、硫化鑰、鋅熔料、碳酸鋅、磷酸鋅、磷酸銨鋅、硫化鋅、木質(zhì)素磺酸 鋅、聚黃酮鋅，或其組合。
43. 如權(quán)利要求35所述的試劑盒，其中所述還原劑包括檸檬酸鈉、硼氫化鈉、氫醌、乙 二醇、甲醛、乙醇、羥基自由基、糖熱解自由基、水合肼、糖化物、N，N-二甲基甲酰胺或其組 合。
44. 如權(quán)利要求35所述的試劑盒，還包括遞送裝置，所述遞送裝置將所述植物營養(yǎng)物 包覆的金屬納米顆粒遞送至植物。
45. 如權(quán)利要求44所述的試劑盒，其中所述遞送裝置是噴霧裝置。
【文檔編號】A01N59/16GK104114028SQ201280069826
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月15日
【發(fā)明者】N·德布 申請人:加爾各答大學(xué)