石墨烯浓度对藜麦幼苗根系生长的影响研究

李 尧

（山西大同大学化学与环境工程学院，山西 大同 037000）

石墨烯作为一种新兴的材料，随着对石墨烯的深入研究，相关研究人员发现了石墨烯本身具有很好的性质，因此，被广泛的应用着。随着对石墨烯的优质性质渐渐广为人知，所应用的领域也更加广泛，石墨烯作为“黑金”正在不断地发挥更多的价值。近年来，石墨烯的应用逐渐从很多高新领域，发展到农业领域中，例如：纳米碳增效肥料能够有效地促进多种农作物的生长，极大的提高了农作物的产量，缩短农作物的生长时间，并提高农作物的营养价值。

1 藜麦

藜麦是一种原产自南美洲安迪斯山区，作为印加土著居民的传统食物的农作物。本身具有非常悠久的使用和种植历史，具有非常独特的营养价值，被古代印加人成为“粮食之母”。联合国粮农组织认为藜麦是一种单体植物，即可满足人体基本营养需求的的食物，我国部分省市和地区已引进种植改农作物。藜麦苗株形态呈扫帚状，单株高度一般在四五十公分到三米不等，藜麦的根系属于浅根系，藜麦的植株通过都长有主梢和侧枝且主梢和侧枝都能够结籽，单株能够完成自花授粉，即藜麦的授粉方式为自花授粉。藜麦种子呈圆形，直径一般在1.5mm 到2mm 之间，通常情况下千粒种子重量约在3～4g。

联合国粮农组织(FAO) 认定藜麦为单体植物即能满足人体基本营养的粮食作物，所以是最符合人体营养需求的“全营养植物食品”，曾被列为十大营养食品之一。藜麦作为国人日常食用的谷物类粮食，其和小麦、玉米、大麦、高粱等谷物类粮食作物都属于禾本科，但藜麦的食用价值和营养价值是大多数谷物不能相比的，藜麦含有丰富的营养元素和可能与其是独特的藜科植物有关。另外，藜麦含有最接近人体氨基酸组成的优质蛋白质，有可能实现替代人体对畜禽蛋白质的需求，从而能够降低养殖对耕地、自然环境的污染，也能够降低因畜禽养殖造成的病菌传播，藜麦具有其不可替代的左右，是极具潜力的谷物类农作物之一。

农作物的根系是保证其植株生长的重要基础，根系的正常生长能够保证根系吸收土壤中的营养，运输营养、水分，对植物合成有机物维系自身的生长，具有极为重要的影响。因此，在当前的农业发展中，对于植物根系的形态和生物量的研究，一直作为研究的主要内容。

2石墨烯对藜麦根系形态和生物量的影响研究

藜麦作为我国的近年来，在部分地区引种种植的一种重要的杂粮品种，对藜麦的根系生长和研究做出了一定的深入研究[2]。在进行石墨烯对藜麦根系形态和生物量的影响研究过程中，所采用的研究方法通常为电化学方法，在石墨烯进行溶解的过程中，在表面加入亲水基团（COOH 和C-OH），使石墨烯能够在水中更好的分散，使石墨烯分子能够与水进行充分的接触。单纯的石墨烯溶液的pH 值较小，呈现偏酸性。

对于石墨烯对藜麦根系形态，和生物质量影响效果的研究分析方法为：配置不同质量浓度的石墨烯的MS 培养基，对藜麦种子进行消毒，较完成消毒的藜麦种子，分别播种在不同质量浓度的MS 培养基中，保证每个培养基中都有6～7 粒藜麦种子，并保障每种浓度的培养基有三份，并培养基放入到到人工气候箱中，将人工气候箱的温度控制调整为24℃，湿度调整为60%，光照强度调整为33%，培养14 d。在14 d 后，将培养基取出，将藜麦幼苗从不同浓度的石墨烯MS 培养基中取出，然后将其用自来水冲洗干净，在幼苗的冲洗过程中，一定要轻轻进行冲洗，绝不可以使用过强的水流，避免对藜麦幼苗的根系造成损害。将藜麦的幼苗冲洗后，将其放入到扫描仪中进行根系图谱扫描，然后，利用根系图谱扫描结果进行分析，并对对藜麦幼苗的根系生长情况进行分析。在对藜麦根系形态进行分析时，可主要分析以下几点，分别为：根系总长度、根系总表面积、根系总投影面积、根系体积、根尖数和分叉数等[3]。

在藜麦幼苗完成扫描分析后，将藜麦幼苗放入到培养皿中，再将放有藜麦幼苗的培养基放入到鼓风干燥箱中，将鼓风干燥箱的温度调至65℃，将培养基和藜麦幼苗烘干至恒质量。然后对藜麦幼苗的根系生长情况进行深入分析，首先，分析藜麦种子播种在不同浓度的石墨烯的培养基中14 d 后的状况。然后，对MS 培养基上的藜麦幼苗根系总面积和投影面积进行对比，分析在哪一个浓度的MS 培养基中藜麦的根系发育最好，进而判断出在哪一浓度的石墨烯培养基中藜麦种子的根系发育最好。

3 在不同质量浓度下的石墨烯对藜麦根系形态和生物量的影响

经过相关的实验研究表明，不同质量浓度的石墨烯MS 培养基，对藜麦种子的生长具有不同程度的影响。如图1 所示，实验中通过在对比不同质量浓度的石墨烯MS 培养基下藜麦幼苗根系的生长情况，具体的，对藜麦幼苗根系在石墨烯质量浓度为2、4、8、12mg/L 的培养基上的生长情况统计，在石墨烯质量浓度为2、4、8、12 mg/L 的培养基中生长的藜麦幼苗根系总长度明显高于对照组的根系总长度。其中，在质量浓度为8 mg/L 的石墨烯MS 培养基中藜麦幼苗根系的生长速度最快，相比较于其他几个浓度的MS 培养基，表明质量浓度为8mg/L 的MS 培养基对藜麦根系生长，具有显著的促进作用。具体为在石墨烯质量浓度为8mg/L 的培养基上生长的幼苗根系总表面积，大约是对照组根系总表面积的1.5 倍。

图1 不同浓度石墨烯处理14 天后的藜麦幼苗根系形态

对不同质量浓度下的石墨烯MS 培养基中的藜麦幼苗进行分析，探究不同浓度的石墨烯对藜麦根系生物量的影响。实验结果如图2 所示，在石墨烯质量浓度为2、4、8、12mg/L 的MS 培养基中上真的藜麦幼苗干物质质量非常高，结果表明，8mg/L 质量浓度的石墨烯MS 培养基能够更好地促进藜麦幼苗的根系生长。通过比较烘干状态下的幼苗质量判定藜麦的根系生物量，对比实验的结果显示，在石墨烯质量浓度为2、4、8、12mg/L 的MS 培养基上生长的藜麦幼苗干物质质量最高，8mg/L 的石墨烯质量浓度下藜麦的幼苗生物量大约为对照组幼苗干物质质量的1.6 倍。

图2 不同浓度石墨烯处理14 天后藜麦幼苗生物质量的变化

4 石墨烯对藜麦幼苗根系形态及生物量的影响分析

随着纳米碳材料应用研究的快速发展，石墨烯在越来越多的领域中，展现乐其广泛的应用价值和良好的属性，为我国的各项技术发展，做出了重要的推动。随着藜麦在我国的部分地区的引种种植，正在逐渐成为我国的杂粮中的重要组成部分，为我国的农业经济发展，发挥了重要作用。

农作物根系的生长发育与植物的生长环境具有非常紧密的联系。植物根系生长的效果可以通过根系生长的许多方面进行体现，可以理解的，植物的根系越大，根系对植物需要的营养吸收能力就越好，同时植物的抗旱能力就越强，产量也更高。藜麦是一种双子叶植物，植株呈扫帚状，原产于南美洲安第斯山区，是印第安土著居民的主要传统食物，具有悠久的食用和种植历史。纳米碳材料推作物的生长具有巨大的影响。在石墨烯对藜麦幼苗根系形态及生物量的影响研究中，表明一定浓度的石墨烯溶液能够很好地促进藜麦的根系生长和生物量的提升，在研究得到的结果中，8mg/L 浓度的石墨烯溶液对于藜麦幼苗的根系生长和生物量提升最为明显，具有最大程度促进作用。而且，经过相关资料和文献的研究表明，质量浓度为4.8mg/L 的石墨烯溶液，能够促使藜麦幼苗根尖数和分叉数大量的增加，且在浓度为8mg/L 的石墨烯溶液中，藜麦幼苗的根尖生长数量和分叉数会以最大的速度生长，对根系的生长，具有最大程度的促进作用。经查阅相关研究的结果，相关研究的结果表明一定浓度的石墨稀溶液不仅能够促进藜麦幼苗的生长，还能够有效的促进水稻地上、地下部分的生物量积累，与本文的研究结构具有一定的相似性，从侧面印证了文中结论。

5 结语

综上所述，石墨烯对藜麦幼苗根系形态及生物量的生长和积累具有极为紧密的联系，应用石墨烯能够有效地促进藜麦根系生长，加快藜麦等植物的生物量积累。而不同质量浓度的石墨烯溶液对藜麦幼苗根系具有不同程度的影响，经实验对比表明，8mg/L 质量浓度的石墨烯溶液能够最大程度的促进藜麦幼苗的根系生长和藜麦生物量的积累，对藜麦的引种种植工作具有重要意义。