本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)環(huán)境，具體地，涉及一種單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、土壤重金屬污染治理是我國(guó)面臨的重大環(huán)境問(wèn)題之一。由于土壤重金屬污染，農(nóng)作物產(chǎn)生過(guò)量的活性氧，從而對(duì)其氧化防御系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p傷，最終導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)和重金屬含量超標(biāo)。因此，有效清除重金屬脅迫下農(nóng)作物過(guò)量累積的活性氧，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物達(dá)標(biāo)種植的關(guān)鍵途徑。

2、納米酶是清除活性氧功能的模擬酶，其本身就具有催化氧氣產(chǎn)生活性物質(zhì)的能力，此外還有納米材料的獨(dú)特性能，具有催化效率高、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)和規(guī)?；苽涞膬?yōu)勢(shì)。在不改變現(xiàn)有種植模式基礎(chǔ)上，施用極少量納米酶，利用其直接發(fā)揮類似抗氧化酶的功能，將植物體內(nèi)由于重金屬脅迫而產(chǎn)生的過(guò)量活性氧轉(zhuǎn)化為氧氣和水，從而有效緩解植物重金屬脅迫，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作物穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)和品質(zhì)提升?，F(xiàn)有技術(shù)中已開(kāi)發(fā)出一些含金屬元素的納米酶(如cn114887644a、cn117019155a)，但制備方法需要煅燒、酸洗等復(fù)雜的工藝，且是否能提高植物的抗金屬脅迫能力尚未可知。因此，探索新型納米酶結(jié)構(gòu)及類酶活性以賦予其在重金屬污染下修復(fù)農(nóng)田作物生長(zhǎng)能力的功能己成為巨大挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶的制備方法及其應(yīng)用。

2、本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶的制備方法。

3、本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供所述制備方法制得的單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶。

4、本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供所述單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶在制備抗氧化產(chǎn)品中的應(yīng)用。

5、本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供所述單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶在提高植物抗氧化能力中的應(yīng)用。

6、本發(fā)明的第五個(gè)目的是提供所述單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶在提高植物抗脅迫能力中的應(yīng)用。

7、本發(fā)明的第六個(gè)目的是提供一種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。

8、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下方案予以實(shí)現(xiàn)的：

9、鐵在植物生長(zhǎng)過(guò)程中著重要的作用，植物缺鐵會(huì)直接導(dǎo)致葉綠素含量減少，隨后降低光合作用效率。單原子鐵納米酶具有粒徑較小、比表面大、反應(yīng)位點(diǎn)多等特點(diǎn)，但是單原子鐵容易聚集，導(dǎo)致其分散性較差和催化能力大幅度下降。本發(fā)明通過(guò)對(duì)單原子鐵納米酶進(jìn)行修飾改性，改良制備方法，通過(guò)簡(jiǎn)單的乳化和加熱反應(yīng)，提高單原子鐵的分散性和生物相容性，得到新型的單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶。

10、一種單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶的制備方法，包括以下步驟：包括以下步驟：將檸檬酸、尿素和鐵鹽按照質(zhì)量比1：(0.1～1)：(0.5～3)充分分散后，于密閉容器中進(jìn)行充分反應(yīng)；所述鐵鹽為檸檬酸鐵、蛋氨酸鐵或乳酸亞鐵中的任意一種；所述充分分散的方法包括乳化；所述充分反應(yīng)的條件包括：溫度為200℃～300℃，壓強(qiáng)為1mpa～5mpa。

11、優(yōu)選地，包括以下步驟：先將所述檸檬酸、所述尿素、所述鐵鹽和乳化劑進(jìn)行乳化得到乳化物，再將所述乳化物于密閉容器中進(jìn)行充分反應(yīng)；所述乳化劑為斯潘20、吐溫20或曲拉通x-100中的任意一種。

12、更優(yōu)選地，所述乳化包括以下步驟：將母液與所述乳化劑充分反應(yīng)，得到乳化物；所述母液為含有所述檸檬酸、所述尿素和所述鐵鹽的水溶液。

13、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述母液與所述乳化劑充分反應(yīng)的方法包括：將所述母液與所述乳化劑進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛?/p>

14、更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述母液與所述乳化劑充分反應(yīng)的方法包括：將所述母液與所述乳化劑攪拌反應(yīng)1小時(shí)～3小時(shí)。

15、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述母液與所述乳化劑的質(zhì)量比為100：(0.1～1)。

16、更優(yōu)選地，所述鐵鹽為檸檬酸鐵，則所述乳化劑為斯潘20。

17、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述母液與所述斯潘20充分反應(yīng)的方法包括：將所述母液與所述斯潘20按照質(zhì)量比為100：(0.1～1)攪拌反應(yīng)1小時(shí)～3小時(shí)。

18、更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述母液與所述斯潘20充分反應(yīng)的方法包括：將所述母液與所述斯潘20按照質(zhì)量比為100：0.1攪拌反應(yīng)1小時(shí)～3小時(shí)。

19、再進(jìn)一步優(yōu)選地，所述母液與所述斯潘20充分反應(yīng)的方法包括：將所述母液與所述斯潘20按照質(zhì)量比為100：0.1攪拌反應(yīng)3小時(shí)。

20、更優(yōu)選地，所述鐵鹽為蛋氨酸鐵，則所述乳化劑為吐溫20。

21、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述母液與所述吐溫20充分反應(yīng)的方法包括：將所述母液與所述斯潘20按照質(zhì)量比為100：(0.1～1)攪拌反應(yīng)1小時(shí)～3小時(shí)。

22、更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述母液與所述吐溫20充分反應(yīng)的方法包括：將所述母液與所述斯潘20按照質(zhì)量比為100：0.5攪拌反應(yīng)1小時(shí)～3小時(shí)。

23、再進(jìn)一步優(yōu)選地，所述母液與所述吐溫20充分反應(yīng)的方法包括：將所述母液與所述斯潘20按照質(zhì)量比為100：0.5攪拌反應(yīng)1小時(shí)。

24、更優(yōu)選地，所述鐵鹽為乳酸亞鐵，則所述乳化劑為曲拉通x-100。

25、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述母液與所述曲拉通x-100充分反應(yīng)的方法包括：將所述母液與所述曲拉通x-100按照質(zhì)量比為100：1攪拌反應(yīng)1小時(shí)～3小時(shí)。

26、更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述母液與所述曲拉通x-100充分反應(yīng)的方法包括：將所述母液與所述曲拉通x-100按照質(zhì)量比為100：1攪拌反應(yīng)3小時(shí)。

27、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述充分分散的方法還包括超聲，所述母液由所述檸檬酸、所述尿素和所述鐵鹽分散于水中，超聲得到。

28、具體的，所述超聲的條件包括50khz超聲處理1小時(shí)～3小時(shí)。

29、優(yōu)選地，所述充分反應(yīng)的條件還包括：反應(yīng)時(shí)間為4小時(shí)～5小時(shí)。

30、更優(yōu)選地，所述充分反應(yīng)的方法包括：將所述乳化物于密閉容器中，在壓強(qiáng)為1mpa～5mpa和溫度為200℃～300℃的條件下反應(yīng)4小時(shí)～5小時(shí)。

31、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述鐵鹽為檸檬酸鐵，所述乳化劑為斯潘20，則將所得乳化物于密閉容器中，在壓強(qiáng)為5mpa和溫度為300℃的條件下反應(yīng)4小時(shí)～5小時(shí)。

32、更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述鐵鹽為檸檬酸鐵，所述乳化劑為斯潘20，則將所得乳化物于密閉容器中，在壓強(qiáng)為5mpa和溫度為300℃的條件下反應(yīng)5小時(shí)。

33、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述鐵鹽為蛋氨酸鐵，所述乳化劑為吐溫20，則將所得乳化物于密閉容器中，在壓強(qiáng)為1mpa和溫度為200℃的條件下反應(yīng)4小時(shí)～5小時(shí)。

34、更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述鐵鹽為蛋氨酸鐵，所述乳化劑為吐溫20，則將所得乳化物于密閉容器中，在壓強(qiáng)為1mpa和溫度為200℃的條件下反應(yīng)4小時(shí)。

35、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述鐵鹽為乳酸亞鐵，所述乳化劑為曲拉通x-100，則將所得乳化物于密閉容器中，在壓強(qiáng)為2mpa和溫度為250℃的條件下反應(yīng)4小時(shí)～5小時(shí)。

36、更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述鐵鹽為乳酸亞鐵，所述乳化劑為曲拉通x-100，則將所得乳化物于密閉容器中，在壓強(qiáng)為2mpa和溫度為250℃的條件下反應(yīng)4小時(shí)。

37、優(yōu)選地，所述密閉容器包括反應(yīng)釜。

38、更優(yōu)選地，所述反應(yīng)釜包括高壓反應(yīng)釜。

39、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述高壓反應(yīng)釜的內(nèi)襯包括聚四氟乙烯。

40、優(yōu)選地，所述制備方法還包括以下步驟：充分反應(yīng)結(jié)束后，純化所得反應(yīng)物。

41、更優(yōu)選地，所述純化的方法包括：離心、過(guò)濾和透析。

42、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述離心的條件包括：5000轉(zhuǎn)/分鐘～10000轉(zhuǎn)/分鐘離心5分鐘～10分鐘。

43、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述過(guò)濾的方法包括真空抽濾。

44、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述透析的方法包括用分子量100kd透析膜透析5小時(shí)～10小時(shí)。

45、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述透析所用的透析液為水。

46、更優(yōu)選地，純化后，對(duì)所得純化物進(jìn)行干燥。

47、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述干燥的方法為冷凍干燥。

48、任一項(xiàng)所述制備方法制得的單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶也應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

49、本發(fā)明提供的單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶尺寸為2～3.5nm，結(jié)構(gòu)均一穩(wěn)定，具有明顯的晶格條紋，分散性好，可完全水溶，具備高效的抗氧化酶活性，有效清除超氧陰離子和羥基自由基。

50、所以本發(fā)明還請(qǐng)求保護(hù)以下內(nèi)容：

51、所述單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶在制備抗氧化產(chǎn)品中的應(yīng)用也應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

52、所述單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶在提高植物抗氧化能力中的應(yīng)用也應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

53、優(yōu)選地，所述植物為農(nóng)作物。

54、更優(yōu)選地，所述農(nóng)作物為糧食作物或蔬菜作物。

55、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述糧食作物為水稻。

56、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述蔬菜作物為生菜。

57、所述單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶在提高植物抗脅迫能力中的應(yīng)用也應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

58、優(yōu)選地，所述植物為農(nóng)作物。

59、更優(yōu)選地，所述農(nóng)作物為糧食作物或蔬菜作物。

60、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述糧食作物為水稻。

61、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述蔬菜作物為生菜。

62、優(yōu)選地，所述抗脅迫能力包括抗重金屬脅迫能力。

63、更優(yōu)選地，所述抗重金屬脅迫能力包括抗砷脅迫或抗鎘脅迫的能力。

64、一種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，包含所述單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶。

65、優(yōu)選地，所述植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑為液體劑。

66、更優(yōu)選地，所述液體劑的溶劑為水。

67、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶的工作濃度為50mg/ml～300mg/ml。

68、更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶的工作濃度為300mg/ml。

69、優(yōu)選地，所述植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑為葉面劑。

70、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

71、本發(fā)明提供的單原子鐵摻雜碳量子點(diǎn)納米酶分散性好，水溶性佳，結(jié)構(gòu)均一穩(wěn)定，具備高效的抗氧化酶活性，容易被植物吸收，施用后能顯著提高植物的抗氧化能力以及抗脅迫能力，不僅能清除植物過(guò)量累積的活性氧，還能提高植物體內(nèi)抗氧化酶的清除效率，減少重金屬吸收，提高植物產(chǎn)量，具有用量少、低成本、高效、環(huán)境安全性高和易使用的特點(diǎn)，為農(nóng)田重金屬污染的大面積治理提供具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)與產(chǎn)品的新選擇。