【摘 要】
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植物的光合作用是世界上最重要的生命活动之一,奠定了能量流动与物质循环的基础。人们促进植物生长的各种尝试本质上是提高光合作用的过程。前人研究已证明二氧化钛（TiO2）可以通过提高光合作用从而促进植物的生长,然而其背后的机理尚不明确。生菜也称为叶用莴苣（Lactuca sativa L.）,是一种普遍和重要的蔬菜,也是各种新理论和新技术应用的模式植物之一。本试验首先制备了一种具有高分散性的纳米TiO2
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植物的光合作用是世界上最重要的生命活动之一,奠定了能量流动与物质循环的基础。人们促进植物生长的各种尝试本质上是提高光合作用的过程。前人研究已证明二氧化钛（TiO2）可以通过提高光合作用从而促进植物的生长,然而其背后的机理尚不明确。生菜也称为叶用莴苣（Lactuca sativa L.）,是一种普遍和重要的蔬菜,也是各种新理论和新技术应用的模式植物之一。本试验首先制备了一种具有高分散性的纳米TiO2,提取了生菜叶绿体（chloroplast,CLP）,然后通过构建TiO2/CLP半人工系统,从物理化学角度系统证明了CLP通过捕获TiO2的光生电子从而提高光合作用速率的机理;最后将制备的纳米TiO2水分散液喷施到生菜叶片上,从生理生化和解剖学角度验证了TiO2对生菜生长的促进作用。本研究的主要结果如下:1.制备了纳米TiO2并进行了表征。制备的TiO2为表面羟基修饰的锐钛矿晶型纳米TiO2,粒径尺寸小于5 nm,羟基的存在使TiO2纳米颗粒表面水形成水层,因而该材料在水溶液中具有高分散性。2.纳米TiO2提高了叶绿体光合电子传递速率。TiO2/CLP对2,6-二氯酚靛酚（DCPIP）的浓度依赖还原趋势与TiO2对亚甲基蓝（methylene blue,MB）的还原趋势一致,且与纯TiO2相比,TiO2/CLP复合物的光致发光强度降低,激发态寿命缩短,表明CLP捕获了TiO2光生电子,抑制了TiO2光生电子空穴对的复合。同时,随着可见光吸收波长的增加和价带边缘的增加,TiO2/CLP的带隙变窄。这也是电子从TiO2向CLP转移增强的原因之一。此外,与纯TiO2相比,TiO2/CLP具有更高的铁氰化物还原能力和ATP合成能力,表明由TiO2引起的电子传递速率加快能促进CLP中ATP的合成,更高效地将光能转化为化学能。3.纳米TiO2提高了生菜的光合特性并促进了生长。叶面喷施适宜浓度(50 mg·L-1)的TiO2提高了生菜叶绿素含量、净光合速率、光合电子传递速率,增加了植株的鲜重、干重及N、P、K、Mg和S元素的积累,并提高了叶片可溶性糖、可溶性蛋白含量。但是高浓度(100 mg·L-1)的TiO2会导致生菜DPPH还原率及类黄酮含量增多,产生了氧化胁迫。透射电镜结果证明了TiO2纳米颗粒能够进入生菜叶片细胞,并随机地分布在叶绿体类囊体薄膜上。综上所述,生菜叶绿体能够捕获纳米TiO2的光生电子,提高生菜的光合特性,并促进了植株生长。本研究为TiO2在蔬菜等作物上的应用提供了理论依据。
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