李 堯

（山西大同大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，山西 大同 037000）

石墨烯作為一種新興的材料，隨著對(duì)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(yīng)用著。隨著對(duì)石墨烯的優(yōu)質(zhì)性質(zhì)漸漸廣為人知，所應(yīng)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(jià)值。近年來(lái)，石墨烯的應(yīng)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(jìn)多種農(nóng)作物的生長(zhǎng)，極大的提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量，縮短農(nóng)作物的生長(zhǎng)時(shí)間，并提高農(nóng)作物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

1 藜麥

藜麥?zhǔn)且环N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(dú)特的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，被古代印加人成為“糧食之母”。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織認(rèn)為藜麥?zhǔn)且环N單體植物，即可滿足人體基本營(yíng)養(yǎng)需求的的食物，我國(guó)部分省市和地區(qū)已引進(jìn)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(zhǎng)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(guó)糧農(nóng)組織(FAO) 認(rèn)定藜麥為單體植物即能滿足人體基本營(yíng)養(yǎng)的糧食作物，所以是最符合人體營(yíng)養(yǎng)需求的“全營(yíng)養(yǎng)植物食品”，曾被列為十大營(yíng)養(yǎng)食品之一。藜麥作為國(guó)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(jià)值和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值是大多數(shù)谷物不能相比的，藜麥含有豐富的營(yíng)養(yǎng)元素和可能與其是獨(dú)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(shí)現(xiàn)替代人體對(duì)畜禽蛋白質(zhì)的需求，從而能夠降低養(yǎng)殖對(duì)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(zhǎng)的重要基礎(chǔ)，根系的正常生長(zhǎng)能夠保證根系吸收土壤中的營(yíng)養(yǎng)，運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)、水分，對(duì)植物合成有機(jī)物維系自身的生長(zhǎng)，具有極為重要的影響。因此，在當(dāng)前的農(nóng)業(yè)發(fā)展中，對(duì)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(duì)藜麥根系形態(tài)和生物量的影響研究

藜麥作為我國(guó)的近年來(lái)，在部分地區(qū)引種種植的一種重要的雜糧品種，對(duì)藜麥的根系生長(zhǎng)和研究做出了一定的深入研究[2]。在進(jìn)行石墨烯對(duì)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(xué)方法，在石墨烯進(jìn)行溶解的過程中，在表面加入親水基團(tuán)（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(jìn)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(duì)于石墨烯對(duì)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(duì)藜麥種子進(jìn)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(gè)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(qiáng)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(lái)水沖洗干凈，在幼苗的沖洗過程中，一定要輕輕進(jìn)行沖洗，絕不可以使用過強(qiáng)的水流，避免對(duì)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(jìn)行根系圖譜掃描，然后，利用根系圖譜掃描結(jié)果進(jìn)行分析，并對(duì)對(duì)藜麥幼苗的根系生長(zhǎng)情況進(jìn)行分析。在對(duì)藜麥根系形態(tài)進(jìn)行分析時(shí)，可主要分析以下幾點(diǎn)，分別為：根系總長(zhǎng)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(fēng)干燥箱中，將鼓風(fēng)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(duì)藜麥幼苗的根系生長(zhǎng)情況進(jìn)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(duì)MS 培養(yǎng)基上的藜麥幼苗根系總面積和投影面積進(jìn)行對(duì)比，分析在哪一個(gè)濃度的MS 培養(yǎng)基中藜麥的根系發(fā)育最好，進(jìn)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(duì)藜麥根系形態(tài)和生物量的影響

經(jīng)過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究表明，不同質(zhì)量濃度的石墨烯MS 培養(yǎng)基，對(duì)藜麥種子的生長(zhǎng)具有不同程度的影響。如圖1 所示，實(shí)驗(yàn)中通過在對(duì)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(zhǎng)情況，具體的，對(duì)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(zhǎng)情況統(tǒng)計(jì)，在石墨烯質(zhì)量濃度為2、4、8、12 mg/L 的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的藜麥幼苗根系總長(zhǎng)度明顯高于對(duì)照組的根系總長(zhǎng)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(zhǎng)速度最快，相比較于其他幾個(gè)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(duì)藜麥根系生長(zhǎng)，具有顯著的促進(jìn)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(zhǎng)的幼苗根系總表面積，大約是對(duì)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(duì)不同質(zhì)量濃度下的石墨烯MS 培養(yǎng)基中的藜麥幼苗進(jìn)行分析，探究不同濃度的石墨烯對(duì)藜麥根系生物量的影響。實(shí)驗(yàn)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(jìn)藜麥幼苗的根系生長(zhǎng)。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(duì)比實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(yīng)用研究的快速發(fā)展，石墨烯在越來(lái)越多的領(lǐng)域中，展現(xiàn)樂其廣泛的應(yīng)用價(jià)值和良好的屬性，為我國(guó)的各項(xiàng)技術(shù)發(fā)展，做出了重要的推動(dòng)。隨著藜麥在我國(guó)的部分地區(qū)的引種種植，正在逐漸成為我國(guó)的雜糧中的重要組成部分，為我國(guó)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，發(fā)揮了重要作用。

農(nóng)作物根系的生長(zhǎng)發(fā)育與植物的生長(zhǎng)環(huán)境具有非常緊密的聯(lián)系。植物根系生長(zhǎng)的效果可以通過根系生長(zhǎng)的許多方面進(jìn)行體現(xiàn)，可以理解的，植物的根系越大，根系對(duì)植物需要的營(yíng)養(yǎng)吸收能力就越好，同時(shí)植物的抗旱能力就越強(qiáng)，產(chǎn)量也更高。藜麥?zhǔn)且环N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(zhǎng)具有巨大的影響。在石墨烯對(duì)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(jìn)藜麥的根系生長(zhǎng)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(duì)于藜麥幼苗的根系生長(zhǎng)和生物量提升最為明顯，具有最大程度促進(jìn)作用。而且，經(jīng)過相關(guān)資料和文獻(xiàn)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(zhǎng)數(shù)量和分叉數(shù)會(huì)以最大的速度生長(zhǎng)，對(duì)根系的生長(zhǎng)，具有最大程度的促進(jìn)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(jìn)藜麥幼苗的生長(zhǎng)，還能夠有效的促進(jìn)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(yǔ)

綜上所述，石墨烯對(duì)藜麥幼苗根系形態(tài)及生物量的生長(zhǎng)和積累具有極為緊密的聯(lián)系，應(yīng)用石墨烯能夠有效地促進(jìn)藜麥根系生長(zhǎng)，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(duì)藜麥幼苗根系具有不同程度的影響，經(jīng)實(shí)驗(yàn)對(duì)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(jìn)藜麥幼苗的根系生長(zhǎng)和藜麥生物量的積累，對(duì)藜麥的引種種植工作具有重要意義。