基于番石榴（Psidium guajava）叶片的案例研究，对助剂对润湿性、相对含水量及最大持水量的行为分析

《New Scientist》：Behavioral analysis of Adjuvants on Wettability, Relative Water Content, and Maximum Retention over the case study of Psidium Guajava Leaves

本研究以番石榴叶为对象，测定其表面润湿性参数（接触角、表面自由能等），分析阴离子（AOT）、阳离子（CTAB）和非离子（Brij-35）表面活性剂及商业助剂的润湿效果。结果表明，AOT在CMC以下最优，CTAB在CMC以上更有效，叶面微结构差异影响润湿性，为foliar施肥提供理论依据。

　　研究团队由Pawan Shah、Priyanka Rai、Sujata Gautam、Roshna Pokhrel和Ajaya Bhattarai组成，来自尼泊尔特里布文大学的Mahendra Morang Adarsh Multiple Campus化学系。他们的研究聚焦于广泛种植和食用的木瓜（Psidium guajava）叶片表面的润湿特性，特别是其在农业应用中的表现。润湿性是衡量植物叶片与液体相互作用能力的重要指标，对农药、肥料等农业化学品的有效施用具有关键意义。

木瓜作为一种在全球范围内广受欢迎的水果，不仅因其美味而受到喜爱，还因其丰富的营养成分和多种药用价值而备受关注。它富含多种代谢产物，如黄酮类、生物碱、类胡萝卜素、萜类、酚类化合物、单宁、碳水化合物、膳食纤维和维生素C。这些成分赋予了木瓜多种健康益处，包括抗糖尿病、抗炎、抗氧化、抗痉挛、抗腹泻、降血压、镇咳、抗癌以及保护肝脏等作用。然而，尽管木瓜具有诸多优点，其在生长过程中仍可能受到多种病原体、细菌、真菌及营养缺乏的影响，造成果实和叶片的严重损害。因此，农民通常采用杀菌剂、杀虫剂等农业化学品进行防治。其中，叶面喷施作为一种高效的施药方式，被广泛应用于提高植物对养分的吸收效率，同时减少土壤和水源污染，被认为是一种可持续的农业实践。

然而，叶面喷施的有效性依赖于农业化学品溶液与叶片表面之间的良好润湿性。润湿性通常通过接触角（Contact Angle, CA）来衡量，CA越小，表示润湿性越强。此外，叶片表面的表面自由能（Surface Free Energy, SFE）也是影响润湿性的关键因素，SFE越高，表明叶片表面与液体之间的相互作用越强，从而促进润湿过程。因此，理解叶片表面的润湿特性对于优化农业化学品的使用具有重要意义。

本研究中，研究人员使用了多种方法来评估木瓜叶片的润湿性。首先，他们采用了悬滴法（Sessile Drop Method）测量接触角，这种方法能够准确反映液体在固体表面的铺展情况。其次，他们利用OWRK方法，结合三种不同极性和分散性成分的液体系列，通过Kruss DSA 25E滴形分析仪和ADVANCE软件（版本1.9.0.8）来测定叶片的表面自由能。此外，为了进一步了解叶片的水分状态，研究人员还通过重力法测定了叶片的相对含水量（Relative Water Content, RWC），并计算了等效水厚度和最大溶液保留量。这些参数共同构成了评估叶片润湿性的综合体系。

在研究过程中，研究人员还引入了三种不同的表面活性剂——阳离子型（CTAB）、阴离子型（AOT）和非离子型（Brij-35），以及两种市售润湿剂，以探讨它们对木瓜叶片润湿性的影响。通过实验，他们发现AOT在低于其临界胶束浓度（CMC）时表现出更优异的润湿性能，其接触角最小，附着力最大，并且展现出一种被称为“玫瑰花瓣效应”（Rose Petal Effect）的特殊润湿现象。这种效应意味着，AOT能够显著增强液体与叶片表面之间的附着力，从而提高润湿效率。相比之下，当AOT超过其CMC值时，其润湿性能则有所下降。而CTAB则在超过CMC值后显示出更佳的润湿效果，其接触角和附着力值均优于AOT。这一发现为选择合适的润湿剂提供了重要的参考依据。

研究人员还通过扫描电子显微镜（SEM）观察了木瓜叶片的微观结构，发现叶片的背腹面存在显著的形态差异。腹面（ad）叶片的接触角为75(±5)度，而背面（ab）叶片的接触角为82(±3)度。这一结果表明，腹面叶片比背面叶片更易于被液体润湿，这可能与其表面的毛细管结构和表面粗糙度有关。通过SEM图像可以观察到，腹面叶片具有更高的毛细管密度和更不均匀的表面粗糙度，这些特征可能促进了液体的铺展。此外，研究人员还发现，腹面叶片的表面自由能（SFE）值高于背面叶片，这进一步支持了其更强的润湿能力。

在研究过程中，研究人员还计算了多个与润湿性相关的参数，包括润湿自由能、附着张力、内聚能密度、界面自由能和溶解参数的变化。这些参数不仅有助于理解叶片表面的润湿特性，还能为农业化学品的配方优化提供理论依据。例如，附着张力直接反映了液体与叶片表面之间的相互作用强度，附着张力越高，润湿性越强。而溶解参数的变化则可以说明液体与叶片表面之间的亲和力，从而影响润湿行为。

研究结果表明，木瓜叶片的润湿性受到多种因素的影响，包括表面的物理化学特性、微观结构、表面粗糙度以及叶面角度等。这些因素共同决定了叶片是否能够有效吸收农业化学品。因此，为了提高叶面喷施的效率，有必要对这些因素进行深入研究，并据此优化润湿剂的选择和使用方式。例如，通过调整润湿剂的浓度，可以有效降低接触角，提高附着力，从而增强农业化学品在叶片表面的铺展能力。

此外，研究还发现，不同类型的表面活性剂对木瓜叶片润湿性的改善效果存在差异。阴离子型表面活性剂AOT在低于其CMC值时表现出更优异的润湿性能，而阳离子型表面活性剂CTAB则在超过CMC值后显示出更强的润湿效果。这一发现表明，表面活性剂的使用需要根据其CMC值进行调整，以达到最佳的润湿效果。同时，非离子型表面活性剂Brij-35和市售润湿剂GSM、CTAB等也表现出一定的润湿改善作用，但其效果与AOT和CTAB相比仍存在一定差距。

研究团队还特别关注了润湿剂对叶片润湿性的实际应用价值。通过实验数据，他们提出了一个润湿性排序：Keeper < Brij-35 < CTAB < GSM < AOT。这一排序为农业化学品的配方设计和应用提供了重要的指导。例如，在需要增强润湿性的场景下，AOT可能是更优的选择，而在某些特定条件下，CTAB则可能表现出更佳的效果。这些发现不仅有助于提高农业化学品的使用效率，还能减少农药和肥料的浪费，降低环境污染的风险。

从更广泛的角度来看，本研究的意义不仅限于木瓜叶片的润湿性分析，还为其他作物叶片的润湿性研究提供了参考。通过了解不同作物叶片的润湿特性，可以为农业化学品的合理选择和使用提供科学依据，从而提高作物的生长效率和产量。同时，研究还强调了表面活性剂在农业中的重要性，特别是在提高液体在叶片表面的铺展能力方面。这些发现对于农业技术的改进和推广具有重要的实践价值。

本研究的成果也为农业相关产业提供了新的思路。例如，农业化学品制造商可以根据叶片的润湿特性，开发出更适合特定作物的润湿剂，以提高产品的使用效果。此外，农业技术推广机构也可以利用这些研究成果，为农民提供更加科学和高效的施药建议，帮助他们更好地利用叶面喷施技术，提高作物的产量和质量。同时，这些数据还可能为植物生理学、材料科学以及环境科学等相关领域提供新的研究方向。

总体而言，本研究通过系统的实验方法，全面评估了木瓜叶片的润湿特性，并探讨了不同润湿剂对叶片润湿性的影响。研究结果不仅丰富了我们对植物叶片润湿机制的理解，也为农业化学品的使用提供了重要的理论支持和实践指导。未来，随着对叶片润湿性的进一步研究，可能会有更多的创新方法和产品出现，从而更好地满足农业生产的实际需求。