[0001] 本公开总体上涉及掺杂的碳点在植物生长中的用途。本公开还总体上涉及使用碳点促进植物生长的方法。

[0002] 正如预测的那样，到2050年世界人口将增加到90亿，全球粮食危机将影响一半的人口。工业化、环境污染和城市化将耗尽肥沃的土地，使情况进一步恶化。为了应对粮食短缺这一全球性挑战，需要找到促进植物生长的解决方案。

[0003] 多年来，植物生长组合物如肥料、土壤改良剂、调节剂和添加剂已被用于改善植物的生长条件。许多植物生长组合物已被专门配制以解决土壤中营养缺乏的问题，例如植物中的铁缺乏。其他植物生长组合物专注于抑制对植物生长有害的细菌。

[0004] 尽管铁(Fe)是地壳中含量第四多的元素，但植物不易获取。在好氧或高pH值的土壤中，铁很容易氧化成不溶性氧化铁。因此，缺铁是一个严重的农业问题，尤其是在覆盖地球表面30％以上的石灰质土壤中。另一方面，由于铁在植物线粒体和叶绿体代谢中的重要作用，缺铁的植物通常会出现萎黄病症状，最终导致产量和营养价值的大幅损失。植物对铁可用性的反应能力最终会影响人类营养，包括产量和可食用组织中的生物可利用铁。

[0005] 由膳食摄入不足引起的人类缺铁是全球性的营养问题。根据世界卫生组织(WHO)2002年的报告，铁缺乏症影响着全世界超过30亿人，尤其是发展中国家的妇女和儿童。缺铁会导致儿童智力和精神运动发育受损，成人生产力下降，也是贫血的最常见原因。铁生物强化的三种不同方法是农艺方法、育种和遗传工程。缺乏遗传多样性使育种计划无效，而消费者的抵制阻碍了遗传工程方法的广泛应用。因此，农艺方法，尤其是铁施肥，是提高铁浓度和生物利用度以解决眼下人类缺铁的有前途的解决方案。然而，可溶性植物可用Fe(II)肥料的高成本/易氧化以及Fe(III)肥料容易转化为不溶性氧化铁使铁生物强化成为全球性挑战。

[0006] 因此，需要提供能够克服或至少改善上述一个或多个缺点的解决方案。

[0114] 本公开涉及一种用于促进植物生长的方法，该方法包括使植物的至少一部分经受碳点，其中碳点掺杂一种或多种选自由以下组成的组的掺杂材料：二氧化硅、植物大量营养素、植物微量营养素和药物分子；并且其中掺杂材料在碳点内部和表面上缀合。

[0115] 本公开还涉及碳点用于植物生长的用途，其中碳点掺杂一种或多种选自由以下组成的组的掺杂材料：二氧化硅、植物大量营养素、植物微量营养素和药物分子；并且其中掺杂材料在碳点内部和表面上缀合。

[0116] 碳点可以应用的植物可以是任何植物，例如农作物、果树、观赏植物或常绿树。

[0117] 与常规肥料例如Fe(II)或Fe(III)肥料相比，使用本公开的碳点可以有利地导致生物量增加。使用本公开的碳点还可以有利地导致植物不同部分例如根、叶、茎及其任何其他组合的干生物量和湿生物量增加。使用本公开的碳点还可以有利地增加植物的叶绿素和组织铁含量。

[0118] 碳源可以是生物质、塑料废弃物、食物废弃物、植物废弃物、化学品、乙二胺四乙酸(EDTA)、金属‑EDTA、Fe‑EDTA、Fe‑Na‑EDTA、Zn‑EDTA、Cu‑EDTA、Mg‑EDTA)，及其组合。

[0119] 碳源可以是生物质、食物废弃物、植物废弃物、化学品或其组合。这有利地赋予碳点的生产高通用性。进一步有利地，碳点可以由本来会被丢弃的材料形成。

[0120] 化学品可以是各种糖类、氨基酸、有机酸、柠檬酸、饱和或不饱和脂肪酸、植物油或动物油、胺类及其络合物，如EDTA、金属‑EDTA、Fe(II)‑EDTA、Na‑EDTA、Zn‑EDTA、Cu‑EDTA、Fe(III)‑EDTA或Mg‑EDTA。

[0121] 掺杂材料可以是适合植物生长、有益于植物生长或对植物生长必不可少的大量营养素、微量营养素、药物分子、杀虫剂或生物活性物质。有利地，本发明的碳点可以允许将植物生长所必需的各种材料并入其中。

[0122] 大量营养素可以是氮、磷、钾、钙、镁、硫及其组合。

[0123] 微量营养素可以是金属离子、硼、氯、金属氧化物、金属盐及其组合。

[0124] 构成金属氧化物或金属盐的金属可以是铁、锌、钙、镁、铜、锰、钾或钼。

[0125] 金属离子可以是铁离子、锌离子、钙离子、镁离子、铜离子、锰离子、钾离子、钼离子或其组合。

[0126] 金属离子可以是Fe2+、Fe3+、Zn2+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Mn2+、K+、Mo2+及其组合。

[0127] 碳点可以掺杂一种金属，或者可以共掺杂两种或更多种金属。碳点可以掺杂铁、锌、钙、镁、铜、锰、钾或钼。碳点可以共掺杂铁、锌、钙、镁、铜、锰、钾或钼中的两种或更多种。碳点可以共掺杂铁和铜或锌和铜。

[0128] 当碳点掺杂铁时，与常规Fe(II)或Fe(III)肥料相比，本发明碳点中的铁含量可有利地低于实现相当的植物生长所需的铁含量。

[0129] 铁掺杂碳点可含有约20wt％至约60wt％、约25wt％至约60wt％、约30wt％至约60wt％、约35wt％至约60wt％、约40wt％至约60wt％、约45wt％至约60wt％、约50wt％至约
60wt％、约55wt％至约60wt％、约25wt％至约55wt％、约30wt％至约55wt％、约35wt％至约
55wt％、约40wt％至约55wt％、约45wt％至约55wt％、约50wt％至约55wt％、约20wt％至约
50wt％、约25wt％至约50wt％、约30wt％至约50wt％、约35wt％至约50wt％、约40wt％至约
50wt％、约45wt％至约50wt％、约20wt％至约45wt％、约25wt％至约45wt％、约30wt％至约
45wt％、约35wt％至约45wt％、约40wt％至约45wt％、约20wt％至约40wt％、约25wt％至约
40wt％、约30wt％至约40wt％、约35wt％至约40wt％、约20wt％至约35wt％、约25wt％至约
35wt％、约30wt％至约35wt％、约20wt％至约30wt％、约25wt％至约30wt％、约20wt％至约
25wt％、约20wt％、约25wt％、约30wt％、约35wt％、约40wt％、约45wt％、约50wt％、约
55wt％、约60wt％或其间的任何值或范围的铁。

[0130] 当掺杂铁时，虽然碳点可能负载Fe(III)，但它们有利地不易形成不溶性氧化铁。因此，本发明能够避免使用高度可氧化的Fe(II)。这有利地降低了本发明的掺杂碳点的经济成本，其可有利地用作铁强化肥料。

[0131] 药物分子可包括杀虫剂、生物活性剂或其组合。

[0132] 杀虫剂可以是任何可以控制害虫的物质。此类杀虫剂可选自由以下组成的组：除草剂、杀昆虫剂、杀线虫剂、杀软体动物剂、杀鱼剂、杀鸟剂、杀鼠剂、杀细菌剂、驱虫剂、动物驱避剂、抗微生物剂、杀真菌剂、灭藻剂(aligicides)、除藻剂、杀螨药(miticides)、杀螨剂(acaricides)、杀线虫剂、杀粘菌剂、杀幼虫剂，杀病毒剂或其组合。杀虫剂还可选自由以下组成的组：有机氯、有机磷酸酯、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯、磺酰脲类除草剂、生物杀虫剂或其组合。杀虫剂还可选自由以下组成的组：草甘膦、啶酰菌胺、乙酰甲胺磷、DEET、残杀威、四聚乙醛、硼酸、二嗪农、毒死蜱、DDT、马拉硫磷或其组合。杀虫剂可以是杀细菌剂或杀真菌剂。

[0133] 生物活性物质可选自由以下组成的组：生物分子、抗微生物剂、欧米茄3、叶酸、硼、钙或其组合。

[0134] 掺杂材料可以通过各种机制结合在碳点内或表面上，例如螯合、吸附、络合、氢键、离子键、缀合键、化学吸附或所列机制的组合。

[0135] 掺杂材料可以通过各种机制结合在碳点内部和表面上，例如螯合、吸附、络合、氢键、离子键、缀合键、化学吸附或所列机制的组合。

[0136] 掺杂材料可相应地存在于碳点内、表面上或基本上在碳点内。在掺杂材料与碳点一起并入碳点以及在表面的实施方案中，掺杂材料可以吸附在碳点的表面上，并且还可以在碳点的内部与碳点缀合。有利地，这导致碳点的高负载能力。掺杂材料可能不会简单地吸附在碳点的表面上。相反，掺杂材料也可以并入碳点本身内。因此，本发明的碳点可以包含掺杂材料，其既吸附/缀合到碳点的表面，又并入在碳点本身内。掺入碳点内的掺杂材料可以通过共价键、疏水键、离子键、氢键、范德华力、静电相互作用等在碳点内缀合。掺入碳点内的掺杂材料可以通过离子和/或共价键合在碳点内缀合。

[0137] 碳点可包含约0.1mmol/g至约40mmol/g、约1mmol/g至约40mmol/g、约5mmol/g至约40mmol/g、约10mmol/g至约40mmol/g、约15mmol/g至约40mmol/g、约20mmol/g至约40mmol/g、约25mmol/g至约40mmol/g、约30mmol/g至约40mmol/g、约35mmol/g至约40mmol/g、约
0.1mmol/g至约35mmol/g、约1mmol/g至约35mmol/g、约5mmol/g至约35mmol/g、约10mmol/g至约35mmol/g、约15mmol/g至约35mmol/g、约20mmol/g至约35mmol/g、约25mmol/g至约
35mmol/g、约30mmol/g至约35mmol/g、约0.1mmol/g至约30mmol/g、约1mmol/g至约30mmol/g、约5mmol/g至约30mmol/g、约10mmol/g至约30mmol/g、约15mmol/g至约30mmol/g、约
20mmol/g至约30mmol/g、约25mmol/g至约30mmol/g、约0.1mmol/g至约25mmol/g、约1mmol/g至约25mmol/g、约5mmol/g至约25mmol/g、约10mmol/g至约25mmol/g、约15mmol/g至约
25mmol/g、约20mmol/g至约25mmol/g、约0.1mmol/g至约20mmol/g、约1mmol/g至约20mmol/g、约5mmol/g至约20mmol/g、约10mmol/g至约20mmol/g、约15mmol/g至约20mmol/g、约
0.1mmol/g至约15mmol/g、约1mmol/g至约15mmol/g、约5mmol/g至约15mmol/g、约10mmol/g至约15mmol/g、约0.1mmol/g至约10mmol/g、约1mmol/g至约10mmol/g、约5mmol/g至约
10mmol/g、约0.1mmol/g至约5mmol/g、约1mmol/g至约5mmol/g、约0.1mmol/g至约1mmol/g、约0.1mmol/g、约0.5mmol/g、约1mmol/g、约2mmol/g、约3mmol/g、约4mmol/g、约5mmol/g、约
10mmol/g、约15mmol/g、约20mmol/g、约25mmol/g、约30mmol/g、约35mmol/g、约mmol/g或其间的任何值或范围的掺杂材料。碳点可包含约0.2mmol/g至约30mmol/g的掺杂材料。

[0138] 本发明碳点中的掺杂材料可以结合在碳点内部和表面上。可以在碳点形成之前或期间将掺杂材料引入碳源。有利地，这允许碳点结合在碳点的内部和表面上。

[0139] 因为碳材料可以结合在碳点的内部和表面上，所以本发明的碳点可以有利地具有较慢的掺杂剂释放谱。这一优势可以转化为维持植物的掺杂材料的适当浓度所需的碳点的量更少，或者如果掺杂材料未被吸收，则从淋洗中流失的量更少。

[0140] 碳点可以以约1％至约4％/小时、或约1.5％至约4％/小时、约2％至约4％/小时、约2.5％至约4％/小时、约3％至约4％/小时、约3.5％至约4％/小时、约1％至约3.5％/小时、约1％至约3％/小时、约1％至约2.5％/小时、约1％至约2％/小时、约1％至约1.5％小时、或约1％/小时、约1.5％/小时、约2％/小时、约2.5％/小时、约3％/小时、约3.5％/小时、约4％/小时或其间的任何值或范围的速率释放掺杂材料。碳点可经6小时释放约15％的掺杂材料。

[0141] 碳点可以通过原位工艺形成，例如在一种或多种掺杂材料存在下碳源的碳化的水热和辅助水热或热方法，其中在所述工艺中，碳源和掺杂材料形成碳点，这些碳点包含缀合在碳点内部和表面上的掺杂材料。

[0142] 碳点可以通过各种工艺形成，如物理混合、微波、电化学氧化、等离子体处理、电弧放电、热分解、激光烧蚀、超声波处理、模板化路线、化学还原、水热、溶剂热或光还原方法。

[0143] 碳点可以通过水热工艺形成。这有利地允许在碳点形成之前或期间将掺杂材料与碳源混合，从而将掺杂材料并入在碳点内部和表面上。

[0144] 在一个实施方案中，碳点仅在形成碳点的过程中掺杂有掺杂材料。换句话说，在碳点形成之后，碳点没有掺杂掺杂材料。

[0145] 水热工艺可以在约100℃至约360℃、约120℃至约360℃、约140℃至约360℃、约160℃至约360℃、约180℃至约360℃、约200℃至约360℃、约220℃至约360℃、约240℃至约
360℃、约260℃至约360℃、约280℃至约360℃、约300℃至约360℃、约320℃至约360℃、约
340℃至约360℃、约100℃至约340℃、约120℃至约340℃、约140℃至约340℃、约160℃至约
340℃、约180℃至约340℃、约200℃至约340℃、约220℃至约340℃、约240℃至约340℃、约
260℃至约340℃、约280℃至约340℃、约300℃至约340℃、约320℃至约340℃、约100℃至约
320℃、约120℃至约320℃、约140℃至约320℃、约160℃至约320℃、约180℃至约320℃、约
200℃至约320℃、约220℃至约320℃、约240℃至约320℃、约260℃至约320℃、约280℃至约
320℃、约300℃至约320℃、约100℃至约300℃、约120℃至约300℃、约140℃至约300℃、约
160℃至约300℃、约180℃至约300℃、约200℃至约300℃、约220℃至约300℃、约240℃至约
300℃、约260℃至约300℃、约280℃至约300℃、约100℃至约280℃、约120℃至约280℃、约
140℃至约280℃、约160℃至约280℃、约180℃至约280℃、约200℃至约280℃、约220℃至约
280℃、约240℃至约280℃、约260℃至约280℃、约100℃至约260℃、约120℃至约260℃、约
140℃至约260℃、约160℃至约260℃、约180℃至约260℃、约200℃至约260℃、约220℃至约
260℃、约240℃至约260℃、约260℃至约260℃、约100℃至约240℃、约120℃至约240℃、约
140℃至约240℃、约160℃至约240℃、约180℃至约240℃、约200℃至约240℃、约220℃至约
240℃、约100℃至约220℃、约120℃至约220℃、约140℃至约220℃、约160℃至约220℃、约
180℃至约220℃、约200℃至约220℃、约100℃至约200℃、约120℃至约200℃、约140℃至约
200℃、约160℃至约200℃、约180℃至约200℃、约100℃至约180℃、约120℃至约180℃、约
140℃至约180℃、约160℃至约180℃、约100℃至约160℃、约120℃至约160℃、约140℃至约
160℃、约100℃至约140℃、约120℃至约140℃、约100℃至约120℃、约100℃、约120℃、约
140℃、约160℃、约180℃、约200℃、约220℃、约240℃、约260℃、约280℃、约300℃、约320℃、约340℃、约360℃或其间的任何值或范围进行。水热工艺可以在约150℃至约300℃下进行。

[0146] 水热工艺可以在进行至少约1h，例如约1h至30h、约2h至30h、约4h至30h、约6h至30h、约8h至30h、约10h至30h、约12h至30h、约14h至30h、约16h至30h、约18h至30h、约20h至
30h、约22h至30h、约24h至30h、约26h至30h、约28h至30h、约1h至28h、约2h至28h、约4h至
28h、约6h至28h、约8h至28h、约10h至28h、约12h至28h、约14h至28h、约16h至28h、约18h至
28h、约20h至28h、约22h至28h、约24h至28h、约26h至28h、约1h至26h、约2h至26h、约4h至
26h、约6h至26h、约8h至26h、约10h至26h、约12h至26h、约14h至26h、约16h至26h、约18h至
26h、约20h至26h、约22h至26h、约24h至26h、约1h至24h、约2h至24h、约4h至24h、约6h至24h、约8h至24h、约10h至24h、约12h至24h、约14h至24h、约16h至24h、约18h至24h、约20h至24h、约22h至24h、约1h至22h、约2h至22h、约4h至22h、约6h至22h、约8h至22h、约10h至22h、约12h至22h、约14h至22h、约16h至22h、约18h至22h、约20h至22h、约1h至20h、约2h至20h、约4h至
20h、约6h至20h、约8h至20h、约10h至20h、约12h至20h、约14h至20h、约16h至20h、约18h至
20h、约1h至18h、约2h至18h、约4h至18h、约6h至18h、约8h至18h、约10h至18h、约12h至18h、约14h至18h、约16h至18h、约1h至16h、约2h至16h、约4h至16h、约6h至16h、约8h至16h、约10h至16h、约12h至16h、约14h至16h、约1h至14h、约2h至14h、约4h至14h、约6h至14h、约8h至
14h、约10h至14h、约12h至14h、约1h至12h、约2h至12h、约4h至12h、约6h至12h、约8h至12h、约10h至12h、约1h至10h、约2h至10h、约4h至10h、约6h至10h、约8h至10h、约1h至8h、约2h至
8h、约4h至8h、约6h至8h、约1h至6h、约2h至6h、约4h至6h、约1h至4h、约2h至4h、约1h至2h、约
1h、约2h、约4h、约6h、约8h、约10h、约12h、约14h、约16h、约18h、约20h、约22h、约24h、约26h、约28h、约30h或其间的任何值或范围。

[0147] 随后可将碳点离心以选择特定尺寸范围的碳点。为此，离心可以在约1000rpm至约15000rpm、约3000rpm至约15000rpm、约5000rpm至约15000rpm、约7000rpm至约15000rpm、约
9000rpm至约15000rpm、约10000rpm至约15000rpm、约11000rpm至约15000rpm、约13000rpm至约15000rpm、约1000rpm至约13000rpm、约3000rpm至约13000rpm、约5000rpm至约
13000rpm、约7000rpm至约13000rpm、约9000rpm至约13000rpm、约10000rpm至约13000rpm、约11000rpm至约13000rpm、约1000rpm至约11000rpm、约3000rpm至约11000rpm、约5000rpm至约11000rpm、约7000rpm至约11000rpm、约9000rpm至约11000rpm、约10000rpm至约
11000rpm、约1000rpm至约10000rpm、约3000rpm至约10000rpm、约5000rpm至约10000rpm、约
7000rpm至约10000rpm、约9000rpm至约10000rpm、约1000rpm至约9000rpm、约3000rpm至约
9000rpm、约5000rpm至约9000rpm、约7000rpm至约9000rpm、约1000rpm至约9000rpm、约
3000rpm至约9000rpm、约5000rpm至约9000rpm、约7000rpm至约9000rpm、约1000rpm至约
7000rpm、约3000rpm至约7000rpm、约5000rpm至约7000rpm、约1000rpm至约5000rpm、约
3000rpm至约5000rpm、约1000rpm至约3000rpm、约1000rpm、约3000rpm、约5000rpm、约
7000rpm、约9000rpm、约10000rpm、约11000rpm、约13000rpm、约15000rpm或其间的任何值或范围进行。

[0148] 离心可进行约1分钟至约20分钟、约2分钟至约20分钟、约3分钟至约20分钟、约4分钟至约20分钟、约5分钟至约20分钟、约6分钟至约20分钟、约7分钟至约20分钟、约8分钟至约20分钟、约9分钟至约20分钟、约10分钟至约20分钟、约11分钟至约20分钟、约12分钟至约20分钟、约13分钟至约20分钟、约14分钟至约20分钟、约15分钟至约20分钟、约16分钟至约
20分钟、约17分钟至约20分钟、约18分钟至约20分钟、约19分钟至约20分钟、约1分钟至约19分钟、约1分钟至约18分钟、约1分钟至约17分钟、约1分钟至约16分钟、约1分钟至约15分钟、约1分钟至约14分钟、约1分钟至约13分钟、约1分钟至约12分钟、约1分钟至约11分钟、约1分钟至约10分钟、约1分钟至约9分钟、约1分钟至约8分钟、约1分钟至约7分钟、约1分钟至约6分钟、约1分钟至约5分钟、约1分钟至约4分钟、约1分钟至约3分钟、约1分钟至约2分钟、约1分钟、约2分钟、约3分钟、约4分钟、约5分钟、约6分钟、约7分钟、约8分钟、约9分钟、约10分钟、约11分钟、约12分钟、约13分钟、约14分钟、约15分钟、约16分钟、约17分钟、约18分钟、约
19分钟、约20分钟或其间的任何值或范围。

[0149] 可通过过滤粗混合物获得碳点。过滤可以通过微滤或粗滤进行。

[0150] 碳点可以具有约1nm至约250nm、约2nm至约250nm、约3nm至约250nm、约4nm至约250nm、约5nm至约250nm、约10nm至约250nm、约20nm至约250nm、约40nm至约250nm、约60nm至约250nm、约80nm至约250nm、约100nm至约250nm、约120nm至约250nm、约140nm至约250nm、约
160nm至约250nm、约180nm至约250nm、约200nm至约250nm、约220nm至约250nm、约240nm至约
240nm、约1nm至约240nm、约2nm至约240nm、约3nm至约240nm、约4nm至约240nm、约5nm至约
240nm、约10nm至约240nm、约20nm至约240nm、约40nm至约240nm、约60nm至约240nm、约80nm至约240nm、约100nm至约240nm、约120nm至约240nm、约140nm至约240nm、约160nm至约
240nm、约180nm至约240nm、约200nm至约240nm、约220nm至约240nm、约1nm至约220nm、约2nm至约220nm、约3nm至约220nm、约4nm至约220nm、约5nm至约220nm、约10nm至约220nm、约20nm至约220nm、约40nm至约220nm、约60nm至约220nm、约80nm至约220nm、约100nm至约220nm、约
120nm至约220nm、约140nm至约220nm、约160nm至约220nm、约180nm至约220nm、约200nm至约
220nm、约1nm至约200nm、约2nm至约200nm、约3nm至约200nm、约4nm至约200nm、约5nm至约
200nm、约10nm至约200nm、约20nm至约200nm、约40nm至约200nm、约60nm至约200nm、约80nm至约200nm、约100nm至约200nm、约120nm至约200nm、约140nm至约200nm、约160nm至约
200nm、约180nm至约200nm、约1nm至约180nm、约2nm至约180nm、约3nm至约180nm、约4nm至约
180nm、约5nm至约180nm、约10nm至约180nm、约20nm至约180nm、约40nm至约180nm、约60nm至约180nm、约80nm至约180nm、约100nm至约180nm、约120nm至约180nm、约140nm至约180nm、约
160nm至约180nm、约1nm至约160nm、约2nm至约160nm、约3nm至约160nm、约4nm至约160nm、约
5nm至约160nm、约10nm至约160nm、约20nm至约160nm、约40nm至约160nm、约60nm至约160nm、约80nm至约160nm、约100nm至约160nm、约120nm至约160nm、约140nm至约160nm、约1nm至约
140nm、约2nm至约140nm、约3nm至约140nm、约4nm至约140nm、约5nm至约140nm、约10nm至约
140nm、约20nm至约140nm、约40nm至约140nm、约60nm至约140nm、约80nm至约140nm、约100nm至约140nm、约120nm至约140nm、约1nm至约120nm、约2nm至约120nm、约3nm至约120nm、约4nm至约120nm、约5nm至约120nm、约10nm至约120nm、约20nm至约120nm、约40nm至约120nm、约
60nm至约120nm、约80nm至约120nm、约100nm至约120nm、约1nm至约100nm、约2nm至约100nm、约3nm至约100nm、约4nm至约100nm、约5nm至约100nm、约10nm至约100nm、约20nm至约100nm、约40nm至约100nm、约60nm至约100nm、约80nm至约100nm、约1nm至约80nm、约2nm至约80nm、约3nm至约80nm、约4nm至约80nm、约5nm至约80nm、约10nm至约80nm、约20nm至约80nm、约
40nm至约80nm、约60nm至约80nm、约1nm至约60nm、约2nm至约60nm、约3nm至约60nm、约4nm至约60nm、约5nm至约60nm、约10nm至约60nm、约20nm至约60nm、约40nm至约60nm、约1nm至约
40nm、约2nm至约40nm、约3nm至约40nm、约4nm至约40nm、约5nm至约40nm、约10nm至约40nm、约20nm至约40nm、约1nm至约20nm、约2nm至约20nm、约3nm至约20nm、约4nm至约20nm、约5nm至约20nm、约10nm至约20nm、约1nm至约10nm、约2nm至约10nm、约3nm至约10nm、约4nm至约
10nm、约5nm至约10nm、约1nm至约5nm、约2nm至约5nm、约3nm至约5nm、约4nm至约5nm、约1nm至约4nm、约2nm至约4nm、约3nm至约4nm、约1nm至约3nm、约2nm至约3nm、约1nm至约2nm、约
1nm、约2nm、约3nm、约4nm、约5nm、约10nm、约20nm、约40nm、约60nm、约80nm、约100nm、约
120nm、约140nm、约160nm、约180nm、约200nm、约220nm、约240nm、约250nm或其间的任何值或范围的平均直径。碳点可具有约3nm至约200nm的平均直径。

[0151] 本发明的碳点可以容易地以约60％至100％、约65％至100％、约66％至100％、约70％至100％、约75％至100％、约80％至100％、约85％至100％、约90％至100％、约94％至
100％、约95％至100％、约60％至95％、约65％至95％、约66％至95％、约70％至95％、约
75％至95％、约80％至95％、约85％至95％、约90％至95％、约94％至95％、约60％至94％、约65％至94％、约66％至94％、约70％至94％、约75％至94％、约80％至94％、约85％至
94％、约90％至94％、约60％至90％、约65％至90％、约66％至90％、约70％至90％、约75％至90％、约80％至90％、约85％至90％、约60％至85％、约65％至85％、约66％至85％、约
70％至85％、约75％至85％、约80％至85％、约60％至80％、约65％至80％、约66％至80％、约70％至80％、约75％至80％、约60％至75％、约65％至75％、约66％至75％、约70％至
75％、约60％至70％、约65％至70％、约66％至70％、约60％至66％、约65％至66％、约60％、约65％、约66％、约70％、约75％、约80％、约85％、约90％、约94％、约95％、约96％、约97％、约98％、约99％、约100％、约60％至96％、约65％至96％、约66％至96％、约70％至96％、约
75％至96％、约80％至96％、约85％至96％、约90％至96％、约95％至96％、约60％至97％、约65％至97％、约66％至97％、约70％至97％、约75％至97％、约80％至97％、约85％至
97％、约90％至97％、约94％至97％、约95％至97％、约96％至97％、约60％至98％、约65％至98％、约66％至98％、约70％至98％、约75％至98％、约80％至98％、约85％至98％、约
90％至98％、约94％至98％、约95％至98％、约96％至98％、约97％至98％、约60％至99％、约65％至99％、约66％至99％、约70％至99％、约75％至99％、约80％至99％、约85％至
99％、约90％至99％、约94％至99％、约95％至99％、约96％至99％、约97％至99％、约98％至99％或其间的任何值或范围的高收率纯化。

[0152] 碳点可以是铁掺杂碳点、铜掺杂碳点或锌铁共掺杂碳点。

[0153] 碳点可有效抑制细菌的生长。这种细菌可能对植物有害。通过有效抑制此类细菌的生长，本发明的碳点有利地促进植物生长。

[0154] 对植物有害的细菌可能来自黄单胞菌属(Xanthomonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)或雷尔氏菌属(Ralstonia)。例如，野油菜黄单胞菌野油菜致病变种8004在不同十字花科植物物种中引起坏死性病变和黑腐病症状。丁香假单胞菌番茄变种DC3000是通常感染番茄的物种，但也是拟南芥的天然病原体，拟南芥通常用于研究植物‑病原体相互作用的分子机制。青枯雷尔氏菌GMI1000是土壤传播的病原体，可导致番茄青枯病，并且对模式植物拟南芥也具有致病性。

[0155] 因此，本公开涉及可有效杀伤来自黄单胞菌属、假单胞菌属或雷尔氏菌属的细菌的碳点。本公开涉及可有效杀伤野油菜黄单胞菌野油菜致病变种8004、丁香假单胞菌番茄变种DC3000、或青枯雷尔氏菌GMI1000的碳点。

[0156] 本公开还涉及一种用于促进植物生长的方法，该方法包括使植物的至少一部分经受碳点，其中碳点掺杂一种或多种选自由以下组成的组的掺杂材料：植物大量营养素、植物微量营养素和药物分子；并且其中掺杂材料在碳点内部和表面上缀合，其中

[0157] 碳点为掺杂有铁、铜和/或锌的碳点；以及

[0158] 碳点在选自由铁、铜和锌离子组成的组的金属离子存在下通过碳源的碳化的原位水热工艺形成，其中在此工艺中，碳源和金属离子形成碳点，这些碳点包含缀合在碳点内部和表面上的铁、铜和/或锌离子。

[0159] 碳点可以是铁掺杂、铜掺杂或锌铁共掺杂碳点。

[0160] 实施例

[0161] 本发明的非限制性实施例和比较实施例将参考具体实施例进一步更详细地描述，这些具体实施例不应以任何方式被解释为限制本发明的范围。

[0162] 材料和表征方法

[0163] 所有化学试剂乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸铁钠盐、FeSO4、FeCl2和FeCl3(下面也称Fe(II)和Fe(III)肥料)购自Sigma‑Aldrich并且无需进一步纯化即可使用。截止分子量为2KD的Spectra/Por 6标准再生纤维素(RC)透析管购自VWR International GmbH，用于铁释放研究。UV‑可见光谱用Perkin Elmer Lambda 750UV‑可见分光光度计测量，而傅里叶变换红外(FTIR)光谱用Varian Spectrum GX光谱仪获得。使用Horiba Jobin Yvon(FluoroMax 4)发光光谱仪测定光致发光(PL)。X射线光电子能谱(XPS)光谱由KRATOS Axis超DLD X射线光电子能谱仪使用Mg KαX射线(hν＝1283.3eV)测量。碳点纳米粒子的粒径和ζ电位通过ZEN3690 zetasizer(Malvern，U.K.)表征。使用TEM Jeol 2010UHR(200kV)收集透射电子显微镜(TEM)和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)图像。使用电感耦合等离子体‑光发射光谱法(ICP‑OES)来量化干植物组织中的铁含量。

[0164] 实施例1.碳点(CD)、铁掺杂碳点(FeCD)、Fe/Zn共掺杂碳点(FeZnCD)和铜掺杂碳点(CuCD)的合成

[0165] 本发明的碳点可以使用不同的碳源来制备。原则上，任何含碳材料，如常规化学品、生物质(水母、人毛发/消化的毛发、塑料废弃物)、食物废弃物等都适合作为碳源。类似地，常规应用于碳点生成的任何方法如微波、水热、电化学氧化、等离子体处理、电弧放电、热分解、化学氧化、激光烧蚀、超声处理、模板化路线等也可用于碳点合成。植物所需的任何营养素，例如Fe、Zn、Mg、Ca、Cu、Mn、B、Si等或所列那些的任意组合都可以用于碳点的掺杂。碳源和营养素可以共存于同一种原料中，也可以是不同的原料。

[0166] 采用一步水热法制备了FeCD、ZnCDs、FeZnCDs和CuCDs。该产品易于纯化和分离，产率高，这使得制备可规模化。

[0167] 形成本发明的碳点的方法概述如下。

[0168] 为了形成未掺杂的CD，将0.6g乙二胺四乙酸(EDTA)分散在50ml去离子水中。然后将溶液转移到100ml聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中。200℃加热10小时后，溶液自然冷却至室温，随后以10000rpm离心10分钟。弃去沉淀，调上清液pH值至6.5‑7.0。然后保留最终溶液(产率＝94％)用于进一步表征和测试。.

[0169] 为形成FeCD，将0.6g乙二胺四乙酸铁钠盐分散在50mL去离子水中。将分散体转移到100mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中。在200℃下加热10小时后，让FeCD溶液自然冷却至室温，随后将溶液以10，000rpm离心10分钟。弃去沉淀，测定上清液pH值，调节至6.5‑7.0。FeCD的总产率为91％。

[0170] 为了形成ZnCD，将0.6g乙二胺四乙酸(EDTA)和0.2g ZnCl2溶解在50mL去离子水中。将溶液转移到100mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中。在200℃下加热10小时后，让ZnCD溶液自然冷却至室温，随后将溶液以10000rpm离心10分钟。弃去沉淀，测定上清液pH值，调节至6.5‑7.0。保留已调节pH值的溶液用于进一步表征。

[0171] (产率：89％)。

[0172] 为形成CuCD，将0.6g乙二胺四乙酸铜钠盐溶解在50mL去离子水中。将溶液转移到100mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中。在200℃下加热10小时后，让CuCD溶液自然冷却至室温，随后将溶液以10000rpm离心10分钟。弃去沉淀，测定上清液pH值，调节至6.5‑7.0。
保留已调节pH值的溶液用于进一步表征。(产率：86％)。为了形成FeZnCD，将0.7g乙二胺四乙酸(EDTA)分散在50ml去离子水中，然后加入0.55g FeCl3·6H2O和0.09g ZnCl2。然后将溶液转移到100l聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中。在200℃加热10小时后，将FeZnCD溶液冷却至室温，随后以10000rpm离心10分钟。弃去沉淀物，并将上清液的pH调节至约6.0。然后保留最终溶液(产率＝66％)用于进一步表征和测试。

[0173] 实施例2.合成的未掺杂/掺杂碳点的表征

[0174] 所产生的CD、FeCD、FeZnCD和CuCD的结构通过透射电子显微镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱(FT‑IR)、紫外‑可见和光致发光光谱进行了验证。

[0175] 碳点本质上是发射性的，因此CD(粗线)和FeCD(虚线)的产生通过UV‑Vis吸收光谱以及CD和FeCD在330nm激发波长下的光致发光光谱得到证实，如在图9a中所示。类似地生成的碳点可以表现出光致发光，因为生成了一些芳香族结构。可以观察到，FeCD中存在的金属离子从相对于正常CD降低的强度淬灭光致发光。

[0176] CDs、FeCD、CuCDs和FeZnCD的生成通过TEM图像进一步证实，如图1a至1d所示。TEM图像表明，所产生的未掺杂CD的尺寸约为2至20nm，FeCD约为10nm，而FeZnCD为约5至约40nm，由于相对低的表面电荷密度而轻微聚集。CD的尺寸和FeCD的簇形成通过动态光散射(DLS)验证，测试直径分别为约21nm和约127nm(图10a和10b)。合成的FeZnCD的尺寸也通过DLS光谱验证，如图13a所示。图10a和10b的结果分别显示在表1a和1b中。

[0177] [表1a]

[0178]

[0179] [表1b]

[0180]

[0181] CD和FeCD的产生还从其FT‑IR光谱中在1700cm‑1附近存在C＝C的伸缩峰和在‑13000cm 附近存在C‑H的芳香族伸缩峰得到了进一步证实(图9b)。图13b的结果显示在表2中。

[0182] [表2]

[0183]   ζ电位(mV)未掺杂的碳点 ‑45.9
Fe掺杂碳点 ‑34.2
Fe‑Zn共掺杂碳点 +14.2
铜掺杂碳点 ‑45.9

[0184] 类似地测量CD和FeCD的ζ电位(图11a和11b)。如图13c所示，类似地测量FeZnCD的ζ电位。图11a和11b的结果分别显示在表3a和3b中。FeCD、FeZnCD和CuCD的铁/锌/铜含量如表4所示。

[0185] [表3a]

[0186]

[0187] [表3b]

[0188]

[0189] [表4]FeCD/FeZnCD/CuCD的铁/锌/铜含量。

[0190]

[0191] 通过XPS光谱验证铁的掺入，如图2a和2b所示，产品中的铁含量通过ICP‑OES量化。

[0192] 实施例3.体外铁释放研究

[0193] 使用电感耦合等离子体光发射光谱法(ICP‑OES；ICAP6300，Thermo Scientific，3+
Waltham，MA，USA)研究了FeCD中Fe 的体外释放谱。为此，将8mg FeCD溶液(pH 6.2)置于截留分子量为2kD的透析管中。将内部装有FeCD溶液的透析管置于盛有200mL去离子水(pH 
5.8)的烧杯中，同时不断搅拌。在指定时间(30分钟、60分钟、120分钟、240分钟、480分钟和
1440分钟)后，取5mL外部溶液用于通过ICP‑OES进行铁定量。

[0194] [表5]

[0195]

[0196] 时间依赖性实验的结果显示在图2c和表5中。起始材料中的铁含量根据其分子式(C10H12N2NaFeO8)计算得出，所生产的FeCD中的铁含量经测定(通过ICP‑OES)为约13.5wt％(通过计算)，相比之下起始材料中为约15.2wt％。图2b中显示的释放谱表明大部分铁释放发生在前6小时，释放的铁含量约为总铁含量的15％。

[0197] 实施例4.植物研究

[0198] 以拟南芥/苜蓿/莴苣为植物模型，生长培养基分别为琼脂/水培/土壤，研究了FeCD对植物生长的影响。

[0199] 拟南芥(Arabidopsis thaliana)生态型Columbia‑0(Col‑0)的种子用20％(v/v)漂白剂和0.02％(v/v)Triton X‑100进行表面消毒。种子在含有1％(w/v)蔗糖和0.8％(w/v)琼脂(Sigma‑Aldrich A1296)的改良1/2强度Murashige‑Skoog琼脂培养基上萌发。通过去除或掺入较少量的营养素来模拟不同程度的缺铁情况。此外，碳点(CD)和FeCD被添加到琼脂培养基中作为补充或替代相关营养素。为分析根生长，将种子播种在1/2MS琼脂平板上，并在22℃在16小时光照/8小时黑暗光照周期的长日照条件下垂直生长。通过根长和鲜重评价植物生长。用Epson Perfection V600照片扫描仪扫描平板的数字图像。标准偏差显示为数据集的误差棒。通过方差分析(ANOVA)计算实验数据以研究统计差异。处理10天后的拟南芥幼苗照片可见图3a。

[0200] 将几乎相同尺寸的苜蓿种子浸泡在DI水中过夜。浸泡过的种子用DI水洗涤3次并在处理前沥干。对于每个处理，将30个种子放入10mL玻璃样品瓶中，并将0.2mL肥料溶液引入样品瓶(含苜蓿种子)中。本研究中使用的肥料包括不同浓度的FeCD溶液(2、1、0.5、0.25、0.125和0.0625mg/mL)、CD溶液(1.73、0.865、0.43、0.22、0.11、0.055mg/mL)、FeCl2溶液(0.96、0.48、0.24、0.12、0.06和0.03mg/mL，以FeCl2·2H2O形式)和FeCl3溶液(0.78、0.39、
0.195、0.098、0.049和0.025mg/mL)(表6)。对于所有铁肥料，不同溶液中的铁含量保持相同。在对照实验中，使用DI水培育苜蓿幼苗。每天在收获前向每个处理添加0.1mL DI水。将样品瓶放在约25℃的实验室工作台上。处理一周后收获苜蓿芽。处理1周后的苜蓿幼苗照片可见图3c。

[0201] [表6]

[0202]

[0203] 莴苣种子在1/2MS琼脂平板中萌发并生长约一周。将幼苗分成两组并转移到土壤中再生长五周。每三天向两组的每株莴苣幼苗施用具有相同铁剂量(200μL 2.7μg/mL铁成分溶液)的不同铁肥料(FeSO4和FeCD)，直至收获。

[0204] 拟南芥(阿拉伯芥(Thale cress))生态型Columbia‑0(Col‑0)的种子用20％(v/v)漂白剂和0.02％(v/v)Triton X‑100进行表面消毒。种子在含有1％(w/v)蔗糖、MS维生素(Sigma‑Aldrich M5524)、0.8％(w/v)琼脂(Sigma‑Aldrich A1296)的改良1/2强度无铁Murashige‑Skoog琼脂上萌发。通过去除或掺入较少量的营养素来模拟不同程度的缺铁情况。此外，CD或FeCD被添加到培养基中作为补充或替代相关营养素。为分析根生长，将种子播种在1/2MS琼脂平板上，并在22℃的长日照条件下(16小时光照/8小时黑暗光周期)垂直生长。通过根长和鲜重评价植物生长。用Epson Perfection V600照片扫描仪记录平板的数字图像，并用Fiji软件测量根长。标准偏差显示为数据集的误差棒。使用GraphPad Prism 7.0通过单向ANOVA分析处理之间的统计差异。

[0205] 培养基中不含任何铁含量的Fe对照作为参考。还包括CD作为对照，以消除其对拟南芥生长的影响。为了确定拟南芥生长的最佳铁浓度，筛选了所有三种铁源的四个不同浓度。对于每个相应的浓度，所有三种铁源中的铁含量保持相同，以便进行比较。FeCD的浓度表示为总FeCD(wt)％，而对于Fe(II)和Fe(III)，浓度表示为(wt)％。

[0206] [表7]

[0207]

[0208] 研究了不同处理下苜蓿幼苗的萌发率，结果见图6和表7。当苜蓿幼苗接受所有四种处理时，萌发率略有下降。然而，ANOVA分析表明差异并不显著。

[0209] 实施例5.拟南芥幼苗株高

[0210] [表8]

[0211]

[0212] 分别对拟南芥/苜蓿幼苗处理10天/1周后，测量拟南芥幼苗的株高(图3a)。结果显示在表8和图3b中。

[0213] 如图3b所示，与对照相比，CD对拟南芥生长表现出积极影响。然而，与补铁相比，CD对根长的影响很小(最高增加约30％)。此外，在所有测试浓度下，与正常CD相比，所有三种铁源即Fe(II)、Fe(III)和FeCD的幼苗根长增加了约150％至约250％。拟南芥根长的显著增加证实了铁在拟南芥生长中的关键作用。

[0214] 此外，FeCD在20μg/mL(相当于2.7μg/mL的铁)时对拟南芥的生长效果最佳，而对于Fe(II)和Fe(III)，在6.75μg/mL的铁浓度下观察到最佳效果。这表明与Fe(II)和Fe(III)相比，本发明的FeCD在铁输送或帮助植物吸收/利用铁方面更有效。

[0215] FeCD的促生长作用也通过苜蓿幼苗验证，如图3c所示。尽管在高浓度FeCD下苜蓿芽的根的生长受到抑制，但在较低浓度FeCD下苜蓿芽的根长与对照相似。此外，在所有测试浓度下，FeCD处理后叶面积显著增加(图3d)。在测试的其他肥料中没有观察到相同的效果。

[0216] 实施例6.拟南芥/苜蓿幼苗、莴苣的生物量生长

[0217] 对于每个处理，收获50至80株拟南芥幼苗并将其包括在研究中。为了确定处理后生物量的变化，拟南芥和苜蓿幼苗的叶和根在收获后被分离并测量它们的湿重。之后将叶和根在80℃下进行热处理直至它们达到恒重，并且将它们的重量平均以确定最终的干重。结果显示在表9a至9f和图4a至4l中。

[0218] [表9a]

[0219]

[0220] [表9b]

[0221]

[0222]

[0223] [表9c]

[0224]

[0225] 结果表明，FeCD在20μg/mL时最能促进拟南芥幼苗的叶、根和总湿生物量的生长。在最佳FeCD浓度下，叶、根和总湿生物量分别增加多达12倍、42倍和16倍。相比之下，拟南芥幼苗的叶、根和总干生物量最高增加分别多达10倍、19倍和11倍。相比之下，促进拟南芥幼苗生长的最佳CD浓度50μg/mL仅使叶根和全株的湿生物量分别增加了3.5倍、7倍和4倍。在干生物量方面，叶、根和总生物量在相同处理下最高增加分别为2.8倍、5倍和3倍。与CD相比所需的FeCD量更小，并且对拟南芥幼苗生长的影响更高，证实了本发明的FeCD在植物生长中的有利能力。

[0226] [表9d]

[0227]

[0228] [表9e]

[0229]

[0230]

[0231] [表9f]

[0232]

[0233] FeCD的有益效果也在苜蓿幼苗上进行了测试，如图3c所示。以苜蓿为植物模型，我们注意到FeCD的应用导致苜蓿幼苗的叶变大。叶生物量与总生物量的进一步比较显示在图5中。结果表明，FeCD导致叶生物量占总生物量的百分比增加最多，并且该增加相应地剂量依赖性的。相比之下，没有其他测试的肥料导致相同的观察结果。

[0234] 进一步测量了FeCD对植物生长的影响(干/湿叶、根和总生物量)并列于表9c至9f和图4f至4l。在0.125mg/ml的最佳浓度下，与作为对照的DI水相比，苜蓿幼苗的干和湿总生物量分别增加了21.6％和32.3％。相比之下，其他肥料(Fe(II)、Fe(III)和CD)对生物量的影响不太明显。因此，总体结果表明FeCD可以显著增加植物对铁的吸收和利用。上述研究还表明，FeCD可以有利地应用于各种植物和其他农作物。此外，与其他测试的肥料相比，FeCD在低得多的浓度下产生最佳效果，并且进一步证明了本发明的FeCD可能节省的经济和环境成本。

[0235] [表10]

[0236]每株平均生物量(mg) FeCD(20ug/ml) Fe(II)(2.7ug/ml)
湿 5203.175 4448.95
干 1224.983 1038.208

[0237] 本发明的FeCD在莴苣植物中进一步测试以显示它们在现实生活中的实际应用。各种莴苣植物分别用FeCD和Fe(II)肥料处理，并在一段时间内进行监测。图12a显示了经过不同处理的不同样品的结果。一段时间后，收获植物并进行与前两项研究相同的表征。结果可以在图12b和表10中找到。

[0238] 从结果中值得注意的是，在使用莴苣作为植物模型的土壤中，湿生物量和干生物量都可以增加至少15％至20％，这进一步显示了本发明的掺杂碳点在支持植物生长中的实际应用。

[0239] 实施例7.色素分析

[0240] 叶绿素含量是植物生长的重要指标，因此进一步研究本发明的FeCD促进叶绿素产生的作用。使用的方法描述如下。

[0241] 随机选取植物新鲜叶片10mg，切成片(<1cm)，加入装有10mL 95％乙醇的15mL离心管中。试管在黑暗中放置3‑5天，叶绿素含量通过UV‑可见分光光度计测量。叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)和总叶绿素的浓度由以下等式确定：

[0242] Chla＝13.36A664.2‑5.19A648.6，‑‑‑‑‑‑‑‑(1)

[0243] Chlb＝27.43A648.6‑8.12A664.2‑‑‑‑‑‑‑‑(2)和

[0244] 总叶绿素＝Chla+Chlb‑‑‑‑‑‑‑‑‑(3)。

[0245] [表11a]

[0246]

[0247]

[0248] [表11b]

[0249]

[0250] [表11c]

[0251]

[0252] [表11d]

[0253]

[0254] 图7a和表11a至11d显示了各种肥料对拟南芥幼苗中叶绿素含量的影响。结果表明，当应用Fe(II)、Fe(III)和FeCD处理时，叶绿素含量增加。相比之下，在接受对照和CD处理的幼苗中均未检测到叶绿素a或叶绿素b。

[0255] 在三种不同的铁源中，与Fe(II)和Fe(III)的最佳浓度相比，FeCD似乎表现出最高的叶绿素a和b产量增加，尤其是在10μg/mL至50μg/mL的较低浓度下。FeCD对叶绿素含量的影响甚至比FeCD对根长和拟南芥生物量的影响更为明显。虽然潜在的机制尚不清楚，但据推测，FeCD中包封铁的缓慢释放是主要因素。

[0256] 考虑到FeCD对拟南芥幼苗叶绿素产生和植物生长的巨大影响，预计在更长的时间内，其他受试植物的叶绿素产生和植物生长会更大，因为被处理的植物中叶绿素含量的增加将相应地导致植物生长的更大效果。

[0257] [表12a]

[0258]

[0259] [表12b]

[0260]

[0261] [表12c]

[0262]

[0263] [表12d]

[0264]

[0265]

[0266] 同样的研究也适用于苜蓿幼苗。虽然FeCD对苜蓿幼苗中叶绿素生产的影响不如对拟南芥幼苗那么明显，但图7b和表12a至12d中的结果仍然表明FeCD在增加叶绿素生产和含量方面优于其他铁肥料。在Fe(II)处理下苜蓿幼苗叶绿素含量的增加也可能归因于处理中使用的较高铁含量。

[0267] 同样的研究也适用于莴苣幼苗。图7c和表13的结果表明，与其他铁肥料相比，FeCD在增加叶绿素生产和含量方面优于其他铁肥料。在Fe(II)处理下苜蓿幼苗叶绿素含量的增加也可能归因于处理中使用的较高铁含量。

[0268] [表13]

[0269]

[0270] 实施例8.组织元素分析(Fe)

[0271] 为了测量植物吸收的铁的总含量，首先称重叶和根的干组织并研磨成粉末，然后称量它们的干重。将研磨样品(10mg)装入20mL玻璃消化管中，然后加入1mL浓硝酸和1mL 36％过氧化氢的混合物。然后使用热块(DigiPREP System；SCP Science，Champlain，NY)在
105℃下消化2小时。植物组织中的总铁含量通过ICP‑OES进行量化；Fe的元素含量以mg/g(干重)植物组织表示。

[0272] [表14a]

[0273]

[0274]

[0275] [表14b]

[0276]

[0277] [表14c]

[0278]

[0279] [表14d]

[0280]

[0281] 图8a和表14a至14d显示拟南芥幼苗叶和根中的总铁含量。总体结果表明，在所有3种铁肥料存在的情况下，铁的吸收都会增加。在较低浓度下，与其他2种Fe肥料相比，在FeCD肥料存在的情况下，根和叶中的铁含量明显更高，这表明FeCD更有效地促进了幼苗对铁的吸收。这进一步证明FeCD是更有利的铁递送有效载体。

[0282] 另一方面，在100μg/ml FeCD的最高测试浓度下，观察到铁的根摄入量低于在相同Fe剂量下用Fe(II)和Fe(III)处理的那些。然而，叶在此浓度下的铁摄入量远高于用Fe(II)和Fe(III)处理的叶。这种较低的根摄取量和较高的叶摄取量表明铁在拟南芥组织内的快速转移。传统上有两种铁肥料，Fe(II)和Fe(III)。Fe(II)肥料通常更昂贵并且容易发生不希望的氧化，这使得它们在经济上不太有用。Fe(III)肥料容易形成不溶性三氧化二铁，从而降低用于植物吸附的固定化铁和有效铁。拟南芥幼苗已经发展出两种不同的机制来应对铁缺乏，即基于还原的策略和基于螯合的策略，从我们的研究中可以明显看出，FeCD肥料仍然更有效，可以向拟南芥幼苗输送铁。

[0283] 据推测，与通常由不同蛋白质还原、螯合和运输的Fe(II)和Fe(III)铁相比，苜蓿幼苗通过不同的途径固定和摄取FeCD。由于良好的封装，CD是负载铁的有效载体。由于铁在小的、亲水的和生物相容的碳点中的良好封装，负载的铁能够很容易地被植物固定和吸附。已证明植物内CD的分解/消化；因此可以理解，包封在FeCD中的铁可能会缓慢释放，从而可以观察到其对植物生长的积极影响。预计FeCD在植物内部的容易摄入和快速转移将有助于/影响植物生长。因此，我们预计苜蓿叶和根中的铁含量也会增加。

[0284] 因此，与其他常规肥料相比，FeCD是更好的铁肥料，无论是在经济可承受力上还是对植物生长的影响方面。此外，FeCD对铁吸收的影响在没有促进铁吸收的生物机制的植物或作物中更为显著。

[0285] 另一方面，虽然Fe(II)和Fe(III)在其最佳剂量(6.75μg/mL铁)下表现出相当的拟南芥生长促进作用，但Fe(II)和Fe(III)的最佳剂量是FeCD的(铁浓度)2.5倍。很明显，引发最大效果的FeCD的最佳浓度(10μg/mL和20μg/mL)低于引发最大效果的Fe(II)和Fe(III)的最佳浓度(对于Fe(II)和Fe(III)分别为6.75μg/mL&13.5μg/mL以及2.7μg/mL&6.75μg/mL&13.5μg/mL)。

[0286] FeCD中加载的铁的吸附和使用非常容易，表明在较高浓度(6.75μg/mL&13.5μg/mL)下可能过量，这可能是高浓度处理苜蓿幼苗比低浓度处理苜蓿幼苗表现差的原因。这种可能的过量可能会导致在更高浓度的FeCD处理(2mg/mL、1mg/mL、0.5mg/mL)下抑制苜蓿幼苗的根生长，如图4h和4k所示。

[0287] 苜蓿的铁含量可参见图8b和表15a和15b。

[0288] [表15a]

[0289]

[0290]

[0291] [表15b]

[0292]

[0293] 实施例9.组织元素分析(Zn)

[0294] 所有植物生长均在具有各种植物营养素的培养基中进行。为了理解某些营养素如Fe和/或Zn的作用，有意从培养基中除去Fe和/或Zn，添加本发明的掺杂Fe和/或Zn的碳点。这样做是为了比较原始培养基中的Fe/或Zn与本发明的掺杂碳点中的Fe和/或Zn的效果。

[0295] 参考图13d，‑Fe+Zn对照表示从原始培养基中除去Fe而Zn保留在原始培养基中。‑Fe+Zn CD表示从原始培养基中去除Fe，而Zn保留在原始培养基中，并引入了20μg/mL CD。‑Fe‑Zn表示从原始培养基中去除了Fe和Zn，并引入了20μg/mL FeZnCD。

[0296] 如图13d所示，拟南芥(阿拉伯芥)对Zn不敏感(‑Fe+Zn对照)。然而，与对照和CD相比，添加FeZnCD时，FeZnCD的额外使用在锌输送中是有效的，因为叶和根中的Zn含量增加。

[0297] 实施例10.碳点对三种细菌菌株生长动力学的影响

[0298] 野油菜黄单胞菌野油菜致病变种(Xcc 8004)是十字花科植物的不同物种中坏死病变和黑腐病症状的原因。丁香假单胞菌番茄变种(Pst DC300)是通常感染番茄的物种，但也是拟南芥的天然病原体，通常用于研究植物‑病原体相互作用的分子机制。另一方面，青枯雷尔氏菌(GMI1000)是土壤传播的病原体，可导致番茄青枯病，并且对模式植物拟南芥也具有致病性。

[0299] 野油菜黄单胞菌野油菜致病变种8004、丁香假单胞菌番茄变种DC3000、青枯雷尔氏菌GMI1000通过光密度测量进行监测。为四种处理中的每一种制备了五个不同浓度(0.1、0.25、0.5、0.75、1mg/mL)。

[0300] CD不含铜，CuCD含有铜掺杂CD。

[0301] 使用96孔板在NYG培养基中进行细菌生长测定。每孔接种200μL过夜培养物7
(10 CFU/mL)，对照组不含纳米颗粒。所有未处理和处理过的样品板均在30℃下孵育16小时。使用酶标仪在连续双轨道振荡下，每隔20分钟记录A600nm。取三个重复的平均值来代表每个培养物在每个纳米颗粒浓度下的生长曲线。

[0302] 如图14a至14f所示，将碳点和铜掺杂碳点掺入细菌生长培养基中以监测两种纳米颗粒对细菌生长的影响。下面显示的是(左)每个细菌物种在添加纳米颗粒后的生长动力学曲线，以及(右)生长曲线的量化。AUC(即曲线下面积)是生长曲线的量化形式。较低的AUC值表示较低的细菌生长，相当于较高的抑制效果。

[0303] 尽管对不同细菌物种的抑制程度不同，但由于物种对物种的反应可变性，通常通过添加浓度在0.5至1mg/mL之间的CD和CuCD来抑制细菌生长。

[0304] 碳点对三种细菌的生长抑制有相当大的差异。因此，直接比较碳点对这三个物种的作用是不合适的。某些细菌物种(Pst DC3000)比CD更容易受到CuCD添加的影响。而其他物种在CD和CuCD敏感性之间表现出较小的差异。

[0305] 通常，跨测试的物种，表明存在抑制作用。

[0306] 工业实用性

[0307] 本公开的碳点可用于支持植物生长。本公开中指出的用途是有利的，因为可能需要低得多的负载能力来实现与常规肥料类似的效果。当用于支持植物生长时，碳点还不具有与常规肥料相关的相同的经济成本和缺点，常规肥料可能昂贵、易于氧化并且易于形成植物不能吸收的不溶性盐。

[0308] 很明显，对于本领域的技术人员来说，在阅读了上述公开内容后，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本发明的各种其他修改和修适将是显而易见的，并且所有这些修改和修适都旨在落入所附权利要求书的范围内。