一种纳米酶制剂-稀土类复合抗菌剂与应用
技术领域
本发明属于抗菌剂应用技术领域，具体涉及一种纳米酶制剂-稀土类复合抗菌剂与应用。
背景技术
随着生活水平的提高，人们对抗菌材料的要求也随之增高。目前常用的抗菌材料根据组成可以分为：无机抗菌材料、有机抗菌材料和天然抗菌材料三大部分。而银系抗菌材料是目前最常见的无机抗菌材料，但是银粒子化学性质活泼，在光照、热等作用下容易变色，而且变色问题严重制约其应用。如何将银系抗菌材料应用到农业上，是值得探究的课题。
近些年，稀土因其特有的理化性能，被广泛应用于医药学及农药、环境净化领域。稀土盐可作为防腐杀菌剂或微肥，也可以作为家畜、鱼虾等的饲料添加剂和饵料。如果能将稀土盐巧妙地将抗菌与微肥联合起来，开发一款功能性的抗菌剂，将会对农作物的生产具有不可预估的影响。
CN100590126C公开了一种有机稀土抑菌剂及其应用，主要是稀土元素与8-羟基喹啉和其他有机配体的二元或三元配合物。本发明还公开了有机稀土抑菌剂在防治植物菌害上的应用，这些植物菌害包括水稻菌害、棉花菌害、玉米菌害或蔬菜菌害等作物菌害。本发明将稀土的应用范围扩大到农药领域；其次本发明综合利用了有机配体和稀土的抑菌作用，达到双重抑菌效果，抑菌效率高；此外，本发明有机稀土抑菌剂用量少、毒性低、作用时间长、不产生抗药性，并且生产成本低。但是该抑菌剂制备过程复杂，且用于植物菌害对土壤友好度低，且功能单一。
发明内容
针对现有技术问题，本发明的目的在于提供一种纳米酶制剂-稀土类复合抗菌剂与应用，该纳米酶制剂-稀土类复合抗菌剂包括组分A和组分B，通过将无机稀土离子与生物酶协同作用，提高植物的生根效果，在保证植物生长的前提下，又能杀灭栽种基质菌株，为植物的生长提供良好的环境。
一种纳米酶制剂-稀土类复合抗菌剂，包括组分A和组分B，所述组分A为水溶微球，所述水溶微球由水溶性薄膜包衣包裹的改性半纤维素酶而成，组分B包括以下组分：按照每升去离子水来计：香蕉汁20-30g/L，白果泥(参照土豆泥的做法即可)15-20g/L，活性炭1-3g/L，腐殖酸钾5-10％，硫酸铜0.5-0.8g/L，零价铁粉0.1-0.3g/L，可溶性稀土盐0.005-0.008g/L，四甲基戊二酸1-4g/L，氯吡脲0.01-0.05g/L，聚乙二醇5-8g/L，纳米银颗粒0.1-0.5g/L；所述改性半纤维素酶占水溶微球溶剂的1/3-2/3；所述组分A和组分B的重量比为1:3-5。
作为改进的是，所述水溶微球的粒径为2-4cm。
作为改进的是，所述改性半纤维酶的制备方法，包括以下步骤：第一步，取纳米蒙脱土，并向纳米蒙脱土中加入水，搅拌均匀得含水率为20-25％的湿纳米蒙脱土；第二步，向湿纳米蒙脱土中加入半纤维素酶，继续搅拌，25-30℃下真空干燥后，研磨，即可。
进一步改进的是，所述改性半纤维素酶的粒径为200-300nm。
作为改进的是，所述可溶性稀土盐为硝酸铈、醋酸铈、硝酸镧、醋酸镧、硝酸钕、醋酸钕、硝硝酸钐、醋酸钐、硝酸铕或醋酸铕。
上述组分B的制备方法具体为：按照质量称取各组分，一起混入1L的去离子水中，搅拌均匀后，即可。
上述纳米酶制剂-稀土类复合抗菌剂在促进植物生根上的应用。
作为改进的是，所述应用包括以下步骤：
步骤1，首先松动栽种植物的基质，并向植物所在位置的10-15cm圆周的基质中浇入水，保证基质的含水率为10-15％；
步骤2，待组分B自动沉降完成3-5min后，再在每个植物的根系旁均匀的塞入组分A；
步骤3，按照组分A和组分B的重量比称取组分B，再均匀的洒在植物所在的土壤中，即可。
作为改进的是，所述植物为茄科、豆科或葫芦科的蔬菜苗。
原理：本发明将半纤维素酶负载在纳米蒙脱土上，再将改性半纤维素酶包裹在水溶性薄膜包衣内，通过包衣溶解后释放负载半纤维素酶的纳米蒙脱土，避免半纤维素酶随着水分自然沉降，有效“破坏”根系上的薄壁细胞，待组分B注入时，更易通过根系被植物吸收，保证了组分中稀土盐更好地被植物吸收，从而促进根系的生长；组分B中的零价铁粉与纳米银以活性炭为载体，与空气的氧气产生反应，激活水和空气中的氧，产生羟基自由基和活性氧离子，活性氧离子与纳米银集合，具有很强的氧化能力，能在短时间内破坏细菌的繁殖能力而使细胞死亡，从而达到抗菌的目的，稀土盐的存在加快了反应进程，保证了抗菌起效快，抗菌谱广。需要说明的是，此处提到“破坏”并非真正意义上的损伤根系组织，而是通过半纤维素酶降解根系组织上的少量半纤维素，为组分B的摄入提供入口，待植物吸收组分B后，更好地促进根系生长。
有益效果：
与现有技术相比，本发明一种纳米酶制剂-稀土类复合抗菌剂与应用具有如下优势：
1、本发明纳米酶制剂-稀土类复合抗菌剂采用双组分形式存在，制备方法简单，保存方便，且有效保证了敏感组分的应用效果；
2、本发明组分A采用水溶性的包衣包裹了改性的半纤维素酶，在应用时保证基质中有足够的水分溶解包衣，改性半纤维素酶自动释放在根系四周，鉴于半纤维素酶通过负载于纳米蒙脱土上，重量大，易固定在植物根系四周，待注入组分B时，改性半纤维素酶仍在根系四周，通过改善根系组织，为组分B的摄入提供了条件，保证更多的稀土盐进入根系组织，促进高尔基体分泌粘液，从而促进根系生长；
3、本发明组分B中零价铁粉与纳米银以活性炭为载体，在稀土盐的催化作用下，与空气的氧气产生反应，激活水和空气中的氧，产生羟基自由基和活性氧离子，活性氧离子与纳米银集合，具有很强的氧化能力，能在短时间内破坏细菌的繁殖能力而使细胞死亡，从而达到抗菌的目的；
4、本发明纳米酶制剂-稀土类复合抗菌剂组分简单，在保证抗菌效果的同时，促进植物根系的生长，一物多用，为植物栽种提供了良好的应用前景。
具体实施方式
实施例1
一种纳米酶制剂-稀土类复合抗菌剂，包括组分A和组分B，所述组分A为水溶微球，所述水溶微球由水溶性薄膜包衣包裹的改性半纤维素酶而成，组分B包括以下组分：按照每升去离子水来计：香蕉汁20g/L，白果泥15g/L，活性炭1g/L，腐殖酸钾5％，硫酸铜0.5g/L，零价铁粉0.1g/L，可溶性稀土盐0.005g/L，四甲基戊二酸1g/L，氯吡脲0.01g/L，聚乙二醇5g/L，纳米银颗粒0.1g/L；所述改性半纤维素酶占水溶微球溶剂的1/3；所述组分A和组分B的重量比为1:3。
其中，所述水溶微球的粒径为2cm；所述改性半纤维酶的制备方法，包括以下步骤：第一步，取纳米蒙脱土，并向纳米蒙脱土中加入水，搅拌均匀得含水率为20％的湿纳米蒙脱土；第二步，向湿纳米蒙脱土中加入半纤维素酶，继续搅拌，25℃下真空干燥后，研磨，即得改性半纤维素酶的粒径为200nm。
所述可溶性稀土盐为硝酸铈。
上述组分B的制备方法具体为：按照质量称取各组分，一起混入1L的去离子水中，搅拌均匀后，即可。
用实施例1中制备的纳米酶制剂-稀土类复合抗菌剂，应用在番茄苗的栽培中，具体步骤为：
步骤1，首先松动栽种植物的基质，并向植物所在位置的10cm圆周的基质中浇入水，保证基质的含水率为10％；
步骤2，待组分B自动沉降完成3min后，再在每个植物的根系旁均匀的塞入组分A；
步骤3，按照组分A和组分B的重量比称取组分B，再均匀的洒在植物所在的土壤中，即可。
以相同处理后的基质栽种番茄苗，仅浇灌零价铁粉、可溶性稀土盐以及纳米银颗粒的组分B对比例1，每种处理设置十五组平行例，进行栽种观察，再分别记录7天和15天的根系生长情况如下表1所示：
表1不同处理下，番茄苗的根系情况
取相同处理的基质，分别向基质中添加大肠杆菌ATCC25292和金黄色葡萄球菌ATCC6538，搅拌均匀后，分成2组，一组添加实施例1的抑菌剂，一组采用添加相同剂量的去离子水。培养48小时后，按照国标对基质进行菌株进行检测，其中，实施例1的基质中抗大肠杆菌ATCC25292的杀菌率为99.5％，金黄色葡萄球菌ATCC6538的杀菌率为99.0％，而对比例1的抗大肠杆菌ATCC25292的杀菌率为56％，金黄色葡萄球菌ATCC6538的杀菌率为38％。
实施例2
一种纳米酶制剂-稀土类复合抗菌剂，包括组分A和组分B，所述组分A为水溶微球，所述水溶微球由水溶性薄膜包衣包裹的改性半纤维素酶而成，组分B包括以下组分：按照每升去离子水来计：香蕉汁25g/L，白果泥18g/L，活性炭2g/L，腐殖酸钾8％，硫酸铜0.7g/L，零价铁粉0.2g/L，可溶性稀土盐0.007g/L，四甲基戊二酸3g/L，氯吡脲0.03g/L，聚乙二醇6g/L，纳米银颗粒0.3g/L；所述改性半纤维素酶占水溶微球溶剂的2/3；所述组分A和组分B的重量比为1:4。
其中所述水溶微球的粒径为3cm；所述改性半纤维酶的制备方法，包括以下步骤：第一步，取纳米蒙脱土，并向纳米蒙脱土中加入水，搅拌均匀得含水率为22％的湿纳米蒙脱土；第二步，向湿纳米蒙脱土中加入半纤维素酶，继续搅拌，28℃下真空干燥后，研磨，即可粒径为280nm改性半纤维素酶。
所述可溶性稀土盐为醋酸铕。
上述组分B的制备方法具体为：按照质量称取各组分，一起混入1L的去离子水中，搅拌均匀后，即可。
用实施例2中制备的纳米酶制剂-稀土类复合抗菌剂，应用在丝瓜苗的栽培中，具体步骤为：
步骤1，首先松动栽种植物的基质，并向植物所在位置的12cm圆周的基质中浇入水，保证基质的含水率为12％；
步骤2，待组分B自动沉降完成4min后，再在每个植物的根系旁均匀的塞入组分A；
步骤3，按照组分A和组分B的重量比称取组分B，再均匀的洒在植物所在的土壤中，即可。
以相同处理后的基质栽种丝瓜苗，仅浇灌零价铁粉、可溶性稀土盐以及纳米银颗粒的组分B对比例2，每种处理设置十五组平行例，进行栽种观察，再分别记录7天和15天的根系生长情况如下表1所示：
表2不同处理下，丝瓜苗的根系情况
取相同处理的基质，分别向基质中添加大肠杆菌ATCC25292和金黄色葡萄球菌ATCC6538，搅拌均匀后，分成2组，一组添加实施例2的抑菌剂，一组采用添加相同剂量的去离子水。培养48小时后，按照国标对基质进行菌株进行检测，其中，实施例2的基质中抗大肠杆菌ATCC25292的杀菌率为99.7％，金黄色葡萄球菌ATCC6538的杀菌率为89.5％，而对比例1的抗大肠杆菌ATCC25292的杀菌率为56％，金黄色葡萄球菌ATCC6538的杀菌率为38％。
实施例3
一种纳米酶制剂-稀土类复合抗菌剂，包括组分A和组分B，所述组分A为水溶微球，所述水溶微球由水溶性薄膜包衣包裹的改性半纤维素酶而成，组分B包括以下组分：按照每升去离子水来计：香蕉汁30g/L，白果泥20g/L，活性炭3g/L，腐殖酸钾10％，硫酸铜0.8g/L，零价铁粉0.3g/L，可溶性稀土盐0.008g/L，四甲基戊二酸4g/L，氯吡脲0.05g/L，聚乙二醇8g/L，纳米银颗粒0.5g/L；所述改性半纤维素酶占水溶微球溶剂的2/3；所述组分A和组分B的重量比为1:5。
其中，所述水溶微球的粒径为4cm。
所述改性半纤维酶的制备方法，包括以下步骤：第一步，取纳米蒙脱土，并向纳米蒙脱土中加入水，搅拌均匀得含水率为25％的湿纳米蒙脱土；第二步，向湿纳米蒙脱土中加入半纤维素酶，继续搅拌，30℃下真空干燥后，研磨，即得粒径为300nm的改性半纤维素酶。
所述可溶性稀土盐为硝酸铕或醋酸铕。
上述组分B的制备方法具体为：按照质量称取各组分，一起混入1L的去离子水中，搅拌均匀后，即可。
上述纳米酶制剂-稀土类复合抗菌剂在花生栽培中促进生根的应用。
所述应用包括以下步骤：
步骤1，首先松动栽种植物的基质，并向植物所在位置的15cm圆周的基质中浇入水，保证基质的含水率为15％；
步骤2，待组分B自动沉降完成5min后，再在每个植物的根系旁均匀的塞入组分A；
步骤3，按照组分A和组分B的重量比称取组分B，再均匀的洒在植物所在的土壤中，即可。
以相同处理后的基质栽种花生苗，仅浇灌零价铁粉、可溶性稀土盐以及纳米银颗粒的组分B对比例3，每种处理设置十五组平行例，进行栽种观察，再分别记录7天和15天的根系生长情况如下表1所示：
表3不同处理下，丝瓜苗的根系情况
取相同处理的基质，分别向基质中添加大肠杆菌ATCC25292和金黄色葡萄球菌ATCC6538，搅拌均匀后，分成2组，一组添加实施例3的杀菌剂，一组采用添加相同剂量的去离子水。培养48小时后，按照国标对基质进行菌株进行检测，其中，实施例3的基质中抗大肠杆菌ATCC25292的杀菌率为98.7％，金黄色葡萄球菌ATCC6538的杀菌率为90.2％，而对比例1的抗大肠杆菌ATCC25292的杀菌率为56％，金黄色葡萄球菌ATCC6538的杀菌率为38％。
实施例4
取相同处理的基质，分别向基质中添加大肠杆菌ATCC25292和金黄色葡萄球菌ATCC6538，搅拌均匀后，分成3组，一组添加实施例2的抗菌剂，除零价铁粉，作为对比例4，一组添加实施例2的抗菌剂，除纳米银颗粒，作为对比例5，一组添加实施例2的抗菌剂，除可溶性稀土盐，作为对比例6。培养48小时后，按照国标对基质进行菌株进行检测，其中，对比例4的基质中抗大肠杆菌ATCC25292的杀菌率为76.5％，金黄色葡萄球菌ATCC6538的杀菌率60.2％，对比例5的抗大肠杆菌ATCC25292的杀菌率为60.2％，金黄色葡萄球菌ATCC6538的杀菌率为49.7％，对比例5的抗大肠杆菌ATCC25292的杀菌率为58.2％，金黄色葡萄球菌ATCC6538的杀菌率为32.5％。与实施例2进行对比，可明显看出零价铁粉与纳米银颗粒的协同杀菌作用效果明显，可溶性稀土盐的加入，更是促进杀菌效果的实现。
通过上述实施例和对比例可知，本发明稀土类复合抗菌剂抗菌效果明显，制备方法简单，且易于保存。另外复合抗菌剂在抗菌的同时，可促进植物的根系生长，安全高效，适合产业化推广。需要说明书的是，上述实施例中用到的菌株均是通过常规渠道购买，属于商业化菌株。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
