金属有机框架材料Curcumin-Mn-MOF在作为植物抗逆剂中的应用

技术领域

本发明涉及植物纳米材料领域，具体涉及一种金属有机框架材料Curcumin-Mn-MOF在作为植物抗逆剂中的应用。

背景技术

金属有机框架材料(Metal-Organic Framework，MOF)是以金属离子为节点，与有机桥接分子通过配位键作用形成的多孔功能性材料。通过调整反应条件，可将MOF材料的尺寸控制在纳米级，形成nMOF。与传统纳米材料相比，nMOF具有自身独特的优势，例如合成方法简单多样，如溶剂热法、反向微乳法、超声法、机械化学法等，能够适合于大规模工业化生产。同时，MOF材料的比表面积大，可作为优良载体递送不同类别的分子。MOF材料易于表面修饰，物化性质和功能多样且可调节，具备有机和无机材料各自的特点。

nMOF材料应用到疾病诊断和治疗中已有广泛尝试，而在植物抗逆性方面的应用比较缺乏。nMOF材料本身具有较高空隙率，大的比表面积，可调孔径以及良好的生物相容性等优势，可作为潜在的绿色农用材料，应用于农业领域。利用来自于植物中的天然产物姜黄素作为有机配体，以金属元素锰离子为接点合成的nMOF材料，具有良好的抗炎和抗氧化能力，在提高植物抗逆性方面具有更好的应用前景，实现“取之于植物，用之于植物”。

发明内容

本发明的目的是利用天然活性分子姜黄素与二价锰离子合成一种具有植物抗干旱作用的有机框架材料。

为了解决现有技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种金属有机框架材料Curcumin-Mn-MOF在作为植物抗逆剂中的应用(锰-姜黄素)，所述Curcumin-Mn-MOF是由姜黄素分子Curcumin和锰氧离子簇配位形成的空间网状多孔材料，其中心金属离子为锰离子，有机配体为姜黄素，每两个锰离子与四个姜黄素分子的八个氧原子空间配位形成Mn

其中姜黄素的分子式是C

优选的，所述Curcumin-Mn-MOF中，锰离子簇是2-6个锰离子和8-24个氧原子形成的聚合体。

优选的，所述有机框架材料Curcumin-Mn-MOF中锰离子为Mn

本发明还公开了上述基于姜黄素的金属有机框架材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤:

(1)将姜黄素和醋酸锰分别溶解在有机溶剂DMA中；

(2)将二者混合均匀，在75-120℃反应24-72小时，反应产物洗涤后，离心收集，得到Mn-Curcumin MOF。

优选的，：步骤(1)具体为将60mg的姜黄素和20mg的醋酸锰分别超声溶于2ml DMA中，

步骤(2)具体为将姜黄素溶液和醋酸锰溶液混合，并再加入1mL无水乙醇，超声10min，80℃油浴搅拌3h后，80℃静置加热3天，产物经13000rpm，15min离心收集，并依次使用DMA、无水乙醇、纯水各自洗涤三次，得到的Mn-Curcumin MOF重悬分散在纯水中。

本发明还公开了上述金属有机框架材料在提高植物抗干旱能力方面的应用。优选的，所述植物为拟南芥。

本发明还公开了一种提高植物的抗干旱能力的方法，其特征在于使植物接触含有Curcumin-Mn-MOF的物质，从而使植物体内吸收有Curcumin-Mn-MOF，即可提高植物的抗干旱能力，优选的，所述植物为拟南芥。

本发明还公开了一种植物培养基，含有上述的Curcumin-Mn-MOF。

其中Curcumin-Mn-MOF的含量在10-200μg/ml。

优选的，所述培养基为MS培养基或NS培养基。

有益效果：本发明合成的金属有机框架材料具有极强稳定性，尺寸和孔径可控，毒性低，生物相容性好，改变了传统姜黄素难溶于水的特点。借助姜黄素具有良好的抗炎和抗氧化能力，将其运用到模式植物拟南芥的抗干旱研究中。通过模拟干旱环境，发现在加入Curcumin-Mn-MOF的拟南芥在面对干旱的情况时有更好的根长和鲜重表现。合成的Curcumin-Mn-MOF为纳米材料在提高植物的抗逆性方面提供有效的利用途径。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明借助于姜黄素与锰离子的稳定配位，利用溶剂热法得到了性质稳定的MOF材料，该设计方法简单易操作，能大规模高效合成MOF材料。

(2)本发明合成的MOF材料具有提高拟南芥抗干旱的能力，安全可靠，在植物抗逆性领域具有非常广阔的应用前景。

(3)本发明Curcumin-Mn-MOF材料经过晶体结构分析对比，利用剑桥晶体数据中心(CCDC)数据库的已知MOF材料结构无同源性，且国内外文献也均未见报道，由此可以得出利用本发明的方法获得的MOF材料结构新颖，具有潜在的应用价值。

附图说明

图1本发明的Curcumin-Mn-MOF的动态光散射图(DLS)。

图2本发明的Curcumin-Mn-MOF扫描电子显微镜图(SEM)。

图3本发明的Curcumin-Mn-MOF X射线衍射光谱图(XRD)。

图4本发明的Curcumin-Mn-MOF紫外可见光谱图(UV-vis)。

图5本发明的Curcumin-Mn-MOF傅里叶红外光谱图(FT-IR)。

图6是本发明Curcumin-Mn-MOF对模式植物拟南芥在正常植物培养基和模拟干旱培养基中2周后的表型图。

图7是本发明的Curcumin-Mn-MOF在模拟正常培养环境和模拟干旱培养环境下拟南芥悬浮细胞中荧光成像图。

图8是本发明的Curcumin-Mn-MOF在模拟田间干旱环境中对拟南芥生长状态的表型影响。

图9是Curcumin-Mn-MOF的晶体离子簇结构图。

图10是Curcumin-Mn-MOF的晶体网络结构图。

具体实施方式

下面结合具体试验例，进一步阐述本发明。这些试验例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

Mn-Curcumin的溶剂热法合成

将60mg的姜黄素和20mg的醋酸锰各自溶解于2mL DMA中，后将姜黄素溶液和醋酸锰溶液混合，再加入1mL无水乙醇，超声10min，80℃油浴搅拌3h后，80℃静置加热3天，产物经13000rpm，15min离心收集，并依次使用DMA、无水乙醇、纯水各自洗涤三次，得到的Curcumin-Mn-MOF重悬分散在纯水中，晶体结构可参见图9与图10。产物Curcumin-Mn-MOF可由粒径仪测测得水合半径(图1)或通过SEM测定其尺寸和形貌(图2)，通过XRD可确定其晶体结构(图3)，使用紫外分光光度计测得其紫外-可见光谱(图4)，使用傅里叶红外光谱仪测得其红外图谱(图5)。

实施例2

Curcumin-Mn-MOF在不同培养基模型中对拟南芥表型的影响

以MS培养基(索莱宝)为基本培养基，1L加入4.74g MS培养基和30g蔗糖。1M KOH调解pH到5.7。中度干旱组在配制好的培养基中加入8％的PEG4000(索莱宝)，重度干旱组在配制的培养基中加入8％的PEG6000(上海生工)。琼脂粉加入量为1.2％。116℃，30min灭菌。合成好的Mn-Curcmin定量为5mg/mL。在85℃恒温水浴3-4h(杀菌)。根据1mL固体培养基加入50μgCurcumin-Mn-MOF，凝固后吹干培养基表面放入4℃冰箱备用。col型拟南芥(哥伦比亚型)无菌水洗涤三次，每次5min，70-75％酒精洗涤三次，每次5-7min.无水乙醇洗涤2min，待种子吹干。用牙签点板后，密封培养皿。在四度冰箱春化三天，转入光照培养箱(新苗)培养。16小时光照，温度23℃，黑暗8小时，温度20℃。对培养两周的MS培养基，MS+Curcumin-Mn-MOF培养基，MS+PEG4000培养基，MS+PEG4000+Curcumin-Mn-MOF培养基，MS+PEG6000培养基，MS+PEG6000+Curcumin-Mn-MOF培养基上的拟南芥进行根长和鲜重测量，并且进行数据统计(n≥5)，结果如图6所示。

结果表明：在模拟不同培养环境的培养基上，拟南芥的根长和鲜重发生明显变化。MS培养基上加入一定量Curcumin-Mn-MOF后，根长和鲜重比起对照组有1.37倍和1.81倍的提高。在加入PEG4000造成中度干旱模型中，加入一定量Curcumin-Mn-MOF后，根长和鲜重比起对照组有3.03倍和1.76倍的提升。在加入PEG6000造成重度干旱模型中，加入一定量Curcumin-Mn-MOF后，根长和鲜重比起对照组有1.96倍和4.15倍的提升。从而可以看出，Curcumin-Mn-MOF对提高在模拟干旱环境下的拟南芥根长和鲜重都有明显的促进作用。

实施例3

在不同培养液环境中的拟南芥悬浮细胞对Curcumin-Mn-MOF的摄取情况

对结合了FITC荧光基团的Curcumin-Mn-MOF进行荧光测定。将拟南芥的根诱导成愈伤组织。在250mL锥形瓶中加入NB培养液(含有2mg/L的2,4-二氯苯氧乙酸(2，4-D))50mL,24℃，120r/min悬浮培养。5-6天换液一次。第三次换液时进行传代，以获得生长活力较高的拟南芥悬浮细胞。用70μm的滤筛进行过滤。稀释至1.5-2×10

结果表明：在不同的模拟环境中，拟南芥悬浮细胞对Curcumin-Mn-MOF都具有摄取一定的摄取能力。摄取能力随着加入Curcumin-Mn-MOF浓度的增高而提升。

实施例4

将哥伦比亚(col)型拟南芥4℃纯化三天，每皿点种4粒，16h光照，8h黑暗环境培养。每隔4天定量给水10-15mL。在第12天时对拟南芥进行分组，分别喷洒超纯水，10μg/mL，50μg/mL的Curcumin-Mn-MOF 5mL。在第24天时开始九天干旱处理，干旱前和干旱后拍摄照片进行表型对照，根据叶片的卷曲程度来作为统计植株枯萎的指标(n≥10)，结果如图8所示。

结果表明：在喷施过Curcumin-Mn-MOF的拟南芥对于干旱环境有一定的抵抗能力。与对照组相比，分别喷施10μg/mL和50μg/mL Curcumin-Mn-MOF的拟南芥，存活率提高近3倍。从而证明Curcumin-Mn-MOF具有提高拟南芥抗干旱的能力。

上述试验例仅为本发明的优选实施方式，不以任何形式限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案，或在不脱离本发明原理的前提下，做出的若干改进和润饰，均在本发明的保护范围内。