全 文 ：书第 39 卷 第 9 期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol． 39 No． 9
2011 年 9 月 JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY Sep． 2011
1)国家自然科学基金项目(39900115)、南京林业大学人才培养
模式创新实验区———生物科学专业人才培养模式创新项目。
第一作者简介:李博，男，1984 年 6 月生，南京林业大学森林资源
与环境学院，硕士研究生。
通信作者:谢寅峰，南京林业大学森林资源与环境学院，教授。E －
mail:xxyyff@ njfu． com． cn。
收稿日期:2011 年 2 月 27 日。
责任编辑:任 俐。
纳米氧化钛对髯毛箬竹叶片的生理调节作用1)
李 博 陶功胜 王 林 谢寅峰 蔡贤雷
(南京林业大学，南京，210037)
摘 要 采用 0、150、300、450 mg·L －1(CK、T150、T300、T450)质量浓度的纳米 TiO2 对髯毛箬竹进行叶面喷
施处理，探讨纳米 TiO2 对髯毛箬竹叶片的生理影响。结果表明，适当质量浓度的纳米 TiO2 处理均可以有效提高
髯毛箬竹叶片的可溶性蛋白、游离氨基酸、全氮、全磷、全钾质量分数，刺激抗氧化酶活性，降低丙二醛的质量摩尔
浓度，并表现出一定的质量浓度和时间效应，总体上以 150 mg·L －1纳米氧化钛处理效果最佳。处理 1 个月后
T150 处理组的蛋白质、游离氨基酸、全氮、全磷、全钾质量分数分别比处理前提高 13． 81%、15． 00%、19． 62%、19．
20%和 16． 61%，丙二醛质量摩尔浓度降低了 15． 76%;在处理后第 9 d，T150处理组的 SOD和 POD分别比对照提高了
20． 56%和 25． 89%，差异均达显著水平(P ＜ 0． 05)。以上结果说明适当质量浓度的纳米 TiO2 处理能有效改善髯毛
箬竹叶片的营养功能、提高其抗逆能力。
关键词 纳米 TiO2;髯毛箬竹;生理调节
分类号 Q945． 78
Physiological Effects of Nanometer TiO2 on Indocalamus barbatus Leaves /Li Bo，Tao Gongsheng，Wang Lin，Xie
Yinfeng，Cai Xianlei(College of Forest Resources and Environment，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，P． R．
China)/ / Journal of Northeast Forestry University． － 2011，39(9)． － 34 ～ 36
An experiment was conducted to study the physiological effects of nanometer TiO2 on Indocalamus barbatus leaves
sprayed with nanometer TiO2 at concentrations of 0，150，300，450 mg·L
－1(CK，T150，T300，T450)． Results showed
that nanometer TiO2 treatment could increase the contents of soluble protein，free amino acids，total nitrogen，total phos-
phorus，and total potassium in I． barbatus leaves，stimulate its antioxidant activities，and decrease MDA content． Different
concentrations and time show various effects on I． barbatus leaves． Nanometer TiO2 at a concentration of 150 mg·L
－1 ex-
hibited the best effect． Compared with the control，the contents of soluble protein，free amino acids，total nitrogen，total
phosphorus，and total potassium of I． barbatus leaves in T150 treatment after one month of treatment increased by 13． 81%，
15． 00%，19． 62%，19． 20% and 16． 61% respectively，while MDA content decreased by 15． 76% ． After 9 days of treat-
ment，activities of SOD and POD of I． barbatus leaves in T150 treatment increased by 20． 56% and 25． 89% respectively，
which were significantly different from the control (p ＜ 0． 05)． The above results appear to indicate that exogenous nanom-
eter SiO2 treatment could effectively improve the nutritional function of I． barbatus leaves and increase their stress toler-
ance．
Keywords Nanometer TiO2;Indocalamus barbatus;Physiological effects
纳米材料因其独特结构和优异性能，不仅广泛应用于电
子学、化学、医学等领域，在生物学等新领域中的应用也日益
受到重视［1 － 2］。纳米材料具有促进果蔬保鲜、促进动植物生
长、杀菌、去污染、防治动植物疾病等多种功效［3 － 5］。近年来，
纳米材料对高等植物生长发育影响作用的研究日益广泛，如
纳米材料可促进豆类种子萌发和幼苗生长［6 － 7］、菠菜生长的
氮代谢［8］、组培苗再生芽的发育［9］等;研究还发现，纳米材料
能利用其特殊的光催化特性，明显促进植物光能的吸收分配、
光电转换、光合放氧及光合磷酸化，提高植物光合性能
等［10 － 12］。目前，有关纳米 TiO2 对植物生长发育调节作用的
研究已有不少报道［10 － 13］，但多以作物和蔬菜为材料，对林木
生长发育调节作用的研究甚少，以竹类植物为材料的研究尚
未见报道。
竹类植物作为重要的禾本科经济植物，具有繁殖快，适应
力强，用途广，资源丰富，经济效益、社会效益和生态效益显著
的优点。髯毛箬竹(Indocalamus barbatus McClure)系多年生
禾本科竹亚科箬竹属植物，常绿灌木，地下茎复轴型，繁殖能
力强，叶长而宽大，具有药用价值。近年来，箬竹在观赏园艺
和水土保持等方面的功能愈来愈受到人们的重视［14］。文中
以髯毛箬竹为试验材料，采用叶面喷施的处理方法，探讨纳米
TiO2 对髯毛箬竹生理生化的影响作用，以期为纳米 TiO2 调节
植物生理特性的研究提供参考，同时也为纳米材料在竹类植
物生产中的应用提供理论依据。
1 材料与方法
供试竹种髯毛箬竹(Indocalamus barbatus McClure)由南
京林业大学竹类研究所提供，于 2007 年 12 月份选取大小、长
势相似的竹苗剪去地上部分，置于竹类研究所温室内进行盆
栽，第 2 年用于试验。盆口直径 28 cm，高 33 cm，下置浅壁托
盘。栽植土壤为下蜀系黄棕壤，全氮质量分数 1． 86 g·kg －1，
速效磷质量分数 46． 59 mg·kg －1，速效钾质量分数 79． 1 mg·
kg －1，有机质质量分数 6． 79 g·kg －1，土壤 pH值 7． 39。
纳米 TiO2 由南京海泰纳米材料有限公司提供，平均粒径
20 nm，质量分数大于 99． 5%。
2008 年 9 月底选取长势良好且生长状况较为一致的盆
栽苗作为试验材料。具体处理方法:对照(标记为 CK) ，用清
水进行处理;处理组分别用 150、300、450 mg·L －1的不同质量
浓度梯度的纳米 TiO2 进行处理(分别标记为 T150、T300、
T450) ，每处理 5 个重复(5 盆，每盆 10 株左右)。选取不同植
株当年生第三分枝(由上往下)上生长正常、生理状态较为一
致的成熟叶片进行定位标记，用于各项生理生化指标的测定。
所用纳米 TiO2 处理液均用蒸馏水配制，现配现用。为防
止纳米材料在溶液中团聚，配制后立即置于超声振荡器中处
理 15 min。
于 2008 年 9 月 23 日用各质量浓度的纳米氧化钛溶液对
髯毛箬竹进行叶面喷施，以喷至叶片滴液为度，每盆的喷洒量
为 100 mL。此后在处理后的第 3、9、18 d 分别对标记叶片进
行保护酶活性的测定并在处理后 1 个月对标记叶片的可溶性
蛋白和全氮、全磷、全钾质量分数等指标进行测定。
叶片可溶性蛋白质量分数的测定采用考马斯亮蓝 G －
250 染色法;游离氨基酸质量分数采用茚三酮溶液显色法测
定;可溶性糖质量分数采用蒽酮比色法测定;SOD活性的测定
采用氮蓝四唑法;POD活性的测定采用愈创木酚法;MDA 质
量分数测定采用 TBA法;全氮质量分数的测定采用硫酸—过
氧化氢消煮、蒸馏法，全磷质量分数测定采用钼锑抗比色法;
全钾质量分数测定采用火焰光度计法［15 － 16］。
利用 Excel 2003、STST2 和 SPSS 13． 0 软件对试验数据进
行统计分析。
2 结果与分析
2． 1 纳米 TiO2 对髯毛箬竹叶片可溶性蛋白质、游离氨基酸
和可溶性糖质量分数的影响
表 1 表明，对照组可溶性蛋白质和游离氨基酸的质量分
数处理后较处理前略有增加，但差异并不明显(P ＞ 0． 05)。
纳米 TiO2 处理组箬竹叶片可溶性蛋白质和游离氨基酸的质
量分数较处理前均有不同程度的提高，但不同质量浓度的影
响作用不同。其中以 T150 处理促进效果最佳，可溶性蛋白质
和游离氨基酸的质量分数处理后较处理前分别提高了 13． 81%
和 15． 00%，统计分析表明处理前后差异均达显著水平(P ＜ 0．
05)。而 T300 和 T450 处理组促进效应不显著(P ＞ 0． 05)。可
见，150 mg·L －1质量浓度的纳米 TiO2 处理可以有效提高髯
毛箬竹叶片的蛋白质和游离氨基酸的质量分数。对照组和各
处理组髯毛箬竹的可溶性糖的质量分数处理前后变化不大，
除了对照组处理后较处理前略有下降外，各处理组髯毛箬竹
可溶性糖的质量分数较处理前均有不同程度的提高，其中以
T150处理组效果最好，但统计结果表明差异均并不显著(P ＞0．
05)。说明适当质量浓度的纳米 TiO2 处理能提高髯毛箬竹叶
片的可溶性糖质量分数，但影响不明显。
2． 2 纳米 TiO2 对髯毛箬竹叶片全氮、全磷、全钾质量分数的
影响
表 2 表明，对照组髯毛箬竹叶片全氮、全磷、全钾质量分
数处理前后变化不大，差异不显著(P ＞ 0． 05)。而各质量浓
度的纳米 TiO2 处理后比处理前髯毛箬竹叶片的全氮、全磷、
全钾质量分数呈现明显增加，并表现出一定的质量浓度效应。
T150、T300、T450 处理组的全氮质量分数和全磷质量分数分
别比处理前提高了 19． 62%(P ＜ 0． 05)、9． 76%(P ＜ 0． 05)、6．
53%和 19． 20%(P ＜ 0． 05)、6． 57%和 2． 61%。T150 和 T300
处理组的全钾质量分数处理后比处理前分别提高了 16． 61%
(P ＜ 0． 05)和 13． 48%(P ＜ 0． 05) ，而 T450 组处理前后变化
不明显(P ＞ 0． 05)。可见，适当质量浓度的纳米 TiO2 处理可
有效提高髯毛箬竹叶片的全氮、全磷、全钾质量分数，其中以
150 mg·L －1质量浓度的纳米 TiO2 处理效果最佳。
表 1 纳米 TiO2 对髯毛箬竹叶片可溶性蛋白质、游离氨基酸和可溶性糖质量分数的影响 mg·g － 1
不同
处理
可溶性蛋白质质量分数
处理前 处理后
游离氨基酸质量分数
处理前 处理后
可溶性糖质量分数
处理前 处理后
CK 8． 542 ± 0． 546 7 8． 769 ± 0． 446 7 0． 279 0 ± 0． 006 5 0． 282 0 ± 0． 007 5 2． 616 ± 0． 122 3 2． 587 ± 0． 099 1
T150 8． 600 ± 0． 601 3 9． 788 ± 0． 623 4 0． 257 4 ± 0． 009 5 0． 296 0 ± 0． 012 5 2． 617 ± 0． 121 3 2． 773 ± 0． 126 0
T300 8． 603 ± 0． 523 8 8． 768 ± 0． 587 9 0． 283 0 ± 0． 008 4 0． 285 0 ± 0． 014 2 2． 703 ± 0． 098 7 2． 809 ± 0． 129 7
T450 8． 567 ± 0． 292 6 8． 910 ± 0． 788 1 0． 285 0 ± 0． 018 6 0． 294 0 ± 0． 013 4 3． 069 ± 0． 163 2 3． 176 ± 0． 166 4
注:表中数据为平均值 ±标准差;表中数据根据鲜质量测得。
表 2 纳米 TiO2 对髯毛箬竹叶片全氮、全磷、全钾质量分数的影响 g·kg －1
不同
处理
全氮质量分数
处理前 处理后
全磷质量分数
处理前 处理后
全钾质量分数
处理前 处理后
CK 14． 01 ± 0． 662 1 14． 61 ± 0． 636 3 1． 644 ± 0． 040 5 1． 588 ± 0． 041 6 5． 351 ± 0． 243 9 5． 610 ± 0． 359 3
T150 14． 98 ± 0． 624 2 17． 92 ± 0． 389 7 1． 667 ± 0． 039 7 1． 987 ± 0． 041 2 5． 851 ± 0． 278 0 6． 823 ± 0． 211 0
T300 15． 05 ± 0． 629 1 16． 52 ± 0． 648 7 1． 567 ± 0． 039 0 1． 670 ± 0． 039 5 5． 351 ± 0． 278 0 6． 072 ± 0． 259 0
T450 14． 09 ± 0． 967 2 15． 01 ± 1． 185 0 1． 737 ± 0． 040 3 1． 782 ± 0． 046 5 5． 051 ± 0． 266 0 5． 167 ± 0． 231 0
注:表中数据为平均值 ±标准差;表中数据根据干质量测得。
2． 3 纳米 TiO2 对髯毛箬竹叶片 SOD、POD活性和 MDA质量
摩尔浓度的影响
表 3 表明，对照组的 SOD活性随处理时间的延长总体上
呈缓慢下降的趋势。与对照相比，不同质量浓度的纳米 TiO2
处理总体上能不同程度地促进 SOD 活性的增强。其中 T150
处理促进效应最佳，在处理的第 3、9、18 d酶活性分别比对照
高 24． 40%、20． 56%和 18． 19%，统计分析表明差异均达显著
水平(P ＜ 0． 05)。其次为 T300 和 T450 处理，在处理的第 3、9
d促进效果较好，但至第 18 d 基本回落至对照水平。对照组
的 POD活性随处理时间的延长总体呈缓慢下降的趋势，与
SOD活性变化趋势一致。与对照相比，除了 T150 处理组的
POD活性总体表现为先増强后降低外，T300 和 T450 处理组
的 POD活性均呈下降趋势，但均高于对照组。第 3 d时 T300
和 T450 处理组的 POD活性都达到最大值，而 T150 处理组的
POD活性在第 9 d时才达到最大值，此后都开始下降，其促进
作用呈现质量浓度和时间效应。其中以 T150处理效果最佳，在
处理的第 3、9、18 d，POD活性分别比对照提高了 9． 27%、25． 89%
和 14． 33%，统计分析表明差异均达显著水平(P ＜0． 05)。
53第 9 期 李 博等:纳米氧化钛对髯毛箬竹叶片的生理调节作用
表 4表明，对照组的MDA质量摩尔浓度处理前后变化不明
显，较处理前略有降低;而各质量浓度的纳米 TiO2 处理均不同程
度地降低了髯毛箬竹叶片的 MDA质量摩尔浓度。与各处理前
相比，各质量浓度的纳米 TiO2 处理的MDA质量摩尔浓度分别降
低了 15． 76%、3． 02%和 4． 63%，其中 T150处理组的降幅最大，统
计分析表明 T150处理前后差异显著(P ＜0． 05)。
表 3 纳米 TiO2 对髯毛箬竹叶片 SOD、POD活性的影响 U·g － 1·min －1
不同
处理
SOD活性
3 d 9 d 18 d
POD活性
3 d 9 d 18 d
CK 494． 2 ± 82． 30 464． 0 ± 61． 41 428． 7 ± 76． 63 37 033 ± 1 986 34 500 ± 1 522 33 050 ± 2 100
T150 614． 8 ± 123． 70 559． 4 ± 85． 42 506． 7 ± 45． 60 40 466 ± 1 424 43 433 ± 1 675 37 787 ± 2 100
T300 556． 0 ± 29． 57 536． 2 ± 27． 30 456． 2 ± 27． 10 42 966 ± 1 711 40 466 ± 1 431 35 123 ± 2 300
T450 544． 3 ± 85． 85 530． 5 ± 66． 48 438． 8 ± 35． 80 44 233 ± 1 457 40 600 ± 1 711 34 023 ± 2 900
注:表中数据为平均值 ±标准差;表中数据根据鲜质量测得。
表 4 纳米 TiO2 对髯毛箬竹叶片 MDA质量摩尔浓度的影响
nmol·g － 1
不同处理 处理前 处理后
CK 120． 8 ± 5． 786 117． 4 ± 4． 880
T150 128． 8 ± 4． 809 108． 5 ± 5． 900
T300 122． 6 ± 4． 814 118． 9 ± 4． 020
T450 129． 7 ± 7． 020 123． 7 ± 8． 885
注:表中数据为平均值 ±标准差;表中数据根据鲜质量测得。
3 结论与讨论
纳米 TiO2 具有良好的光催化特性，且钛元素又有类激素
的生理调节作用，在众多领域具有广泛的应用价值。本研究
表明，与对照组相比，适当质量浓度的纳米 TiO2 喷施处理可
以显著提高髯毛箬竹叶片的蛋白质、游离氨基酸全氮、全磷、
全钾质量分数及保护酶活性等;同时降低丙二醛的质量摩尔
浓度，并表现出一定的质量浓度和时间效应，其中以 150 mg·
L －1纳米 TiO2 处理效果最佳。
N、P、K 为植物生长发育所必须的最重要的矿质元素。
本试验中，各质量浓度的纳米 TiO2 处理均提高了髯毛箬竹叶
片的全氮、全磷、全钾、蛋白质、可溶性糖及游离氨基酸的质量
分数，说明适当质量浓度的纳米 TiO2 可以促进髯毛箬竹对
N、P、K等矿质元素的吸收，促进有机物的合成和碳、氮的同
化作用，有效地改善叶片的营养功能，从而促进生长。这与刘
秀梅等［17］纳米材料可以促进植株根系对氮、磷、钾的吸收，使
植株氮、磷、钾质量分数提高的结果相一致。这也可能与钛元
素有类激素的作用有关。相关研究表明［18］，钛元素对植物的
生长有类似于激素(生长素和细胞分裂素)的效应，并能调动
生长素向生长中心运输，从而为植物增产和改善品质提供了
基础。植物矿质营养的改善有利于提高叶片的光合能力，这
与本项目组前期研究的适当质量浓度的纳米 TiO2 能显著提
高髯毛箬竹的光合能力(本刊待发表)的结果相吻合。
纳米 TiO2 具有很强的光催化活性。研究表明，纳米 TiO2
在小于 400 nm波长的光照射下，会产生电子空穴对，而光生
电子空穴可结合水及氧气等在粉体表面产生羟自由基(·OH)
和超氧阴离子(O －2 )
［19］。低质量浓度的自由基可以作为一种
信号，激发植物的保护酶系统活性等多种生理功能，维持和增
强植物对自然界环境因素变化的应答能力［6］。陆长梅等研
究了纳米材料对促进大豆种子萌芽、幼苗生长的影响，发现纳
米材料能刺激包括 SOD、POD、CAT在内的抗氧化酶系与植株
总抗氧化能力的升高［6］。因此，纳米氧化钛很可能通过促进
SOD、POD的生物合成，提高髯毛箬竹叶片的抗氧化能力。但
处理质量浓度过高时，由于纳米材料本身有刺激活性氧的特
性，则会产生反作用。
本研究初步表明，适当质量浓度的纳米 TiO2 对髯毛箬竹
具有良好的生理调节作用，有效改善髯毛箬竹叶片的营养功
能、提高其抗逆能力，但其调控机制及最佳处理质量浓度等还
有待进一步探讨。本研究为纳米 TiO2 调节植物生理特性的
研究提供参考，同时也为纳米材料在竹类植物生产中的应用
提供依据。
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