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皇家马德里vs维戈塞尔塔直播: 抑制小麥籽粒對鎘吸收及積累的葉面阻隔劑及其使用方法.pdf

摘要
申請專利號:

维戈塞尔塔vs皇家社会 www.vmyqew.com.cn CN201810613226.7

申請日:

20180614

公開號:

CN108739165A

公開日:

20181106

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A01G22/22,A01G7/06,A01G7/00,A01N43/16,A01P21/00 主分類號: A01G22/22,A01G7/06,A01G7/00,A01N43/16,A01P21/00
申請人: 南京農業大學
發明人: 陸巍,張蓓,鄭翔,黃維
地址: 210095 江蘇省南京市玄武區童衛路6號
優先權: CN201810613226A
專利代理機構: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 代理人: 陸濤
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201810613226.7

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明公開了一種抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑,該葉面阻隔劑的主要有效成分為甘露糖,甘露糖的濃度為40μmol/L~320μmol/L,并公開了該葉面阻隔劑的試驗方法。本發明的使用方法為該葉面阻隔劑噴施時期為小麥生長發育時期,采用噴霧方式將葉面阻隔劑噴施于鎘污染的小麥葉片上,定期進行噴施。本發明可以有效降低小麥籽粒中的鎘含量達32.93%~33.52%,操作簡單,不會對土壤造成二次污染,為小麥籽粒的鎘污染問題提供了良好的解決途徑。

權利要求書

1.抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑,其特征在于:該葉面阻隔劑的有效成分為甘露糖,甘露糖的濃度為40μmol/L~320μmol/L。2.根據權利要求1所述的抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑,其特征在于:該葉面阻隔劑加入表面活性成分吐溫20,吐溫20的濃度為0.75mL/L~1mL/L。3.根據權利要求1所述的抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑,其特征在于:所述甘露糖的濃度為160μmol/L。4.根據權利要求1所述的抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑,其特征在于:該葉面阻隔劑的溶劑為去離子水。5.根據權利要求1-4任一項所述的抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑的試驗方法,其特征在于:包括下述步驟:(1)在鎘污染土壤中播種小麥樣品,將小麥樣品分為實驗組與對照組,實驗組噴施葉面阻隔劑,對照組噴施等量的去離子水與吐溫20混合液;(2)小麥成熟后收獲小麥籽粒并將小麥植株分為8個部分以上,包括籽粒、麥殼、旗葉、中位葉、下位葉、第一節間、第二節間、第三節間;(3)將小麥樣品的不同部位進行消解,使用檢測儀進行鎘金屬含量的分析測定;(4)對測定結果進行對照分析,得出該葉面阻隔劑對鎘在小麥植株不同部位的轉運情況的影響。6.根據權利要求5所述的抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑的試驗方法,其特征在于:所述步驟(3)中消解液為HNO與HClO的混合液,HNO與HClO的體積比為80-90:10-20。7.抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑的使用方法,其特征在于:該葉面阻隔劑噴施時期為小麥生長發育時期,采用噴霧方式將葉面阻隔劑噴施于鎘污染的小麥葉片上,定期進行噴施。8.根據權利要求7所述的抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑的使用方法,其特征在于:該葉面阻隔劑噴施時期為小麥抽穗期、開花期與灌漿期,每個時期噴施1d~4d,每次噴施間隔20h以上。9.根據權利要求7所述的抑制小麥籽粒對鎘吸收及積累的葉面阻隔劑的使用方法,其特征在于:該葉面阻隔劑噴施時間為早上5點~7點,噴施劑量為每株小麥10mL~30mL。10.抑制小麥籽粒對鎘吸收及積累的葉面阻隔劑在抑制植物鎘轉運中的應用。

說明書

技術領域

本發明涉及環境污染治理技術領域,尤其涉及一種抑制小麥籽粒對鎘吸收及積累的葉面阻隔劑及其使用方法。

背景技術

鎘(Cadmium,Cd)是生物生長和發育過程中的非必需元素,也是自然界中最有害的重金屬之一,是蓄積性毒物,在土壤中具有移動性差、毒性強的特點。其污染可通過食物鏈傳遞、富集和放大從而間接地危害人類的健康。近年來,土壤重金屬Cd污染問題嚴峻,對農作物生產和糧食安全構成了威脅。農業投入品、污水灌溉和大氣沉降是農田Cd污染的主要來源。

隨著“砷毒”、“血鉛”、“鎘米”等事件的頻發,重金屬污染成為最受關注的公眾事件之一,目前,重金屬污染土壤修復方法分為三個方面物理工程措施、農業措施、生物修復措施。物理工程措施包括客土、翻土、換土及去表土法,電化學法,淋洗法,熱處理法,固化法,玻璃化法。但是工程法存在建設費用高,費效比低的問題;客土、翻土、換土及去表土法操作復雜,工程難度較大;淋溶法和固化法存在破壞土壤結構、影響植物生長的風險,及帶來的二次環境污染問題;固化法工藝復雜,技術要求多,養護時間長,污染土壤,固化穩定化后處置和再利用缺乏技術規范支撐;熱處理發和電化學法大面使用難以實現,而且破壞土壤結構,影響土壤中微生物種群和數量;玻璃化法技術相對比較復雜,實地應用中會出現難以達到統一地熔化以及地下水的滲透等問題此外,且熔化過程需要消耗大量的電能,因此成本高。用農業措施來治理重金屬污染土壤具有可與常規農事操作結合起來進行、費用較低、實施較方便等優點,但存在有些方法周期長和效果不顯著等缺點。生物修復措施包括植物修復,微生物修復和低等動物修復。植物修復措施的關鍵是尋找合適的超積累或耐重金屬植物,但植物修復措施也有局限性,如超積累植物通常生物量低,生長緩慢,對金屬有選擇性,不適于多種金屬復合污染的土壤,難滿足農民的經濟需求,并且常常受到當地氣候條件以及可用植物物種的限制。微生物修復存在土壤與細菌分離這個比較棘手的問題。

利用葉面阻隔劑來減少甚至阻斷重金屬向農作物可食部位遷移是近年來中國農田重金屬污染防治研究的一個新方向,葉面阻隔劑是一種噴施于植物葉片,附著于葉片表面或透過葉片表面進入葉片內起到效用的溶液,其作用機制為重金屬在農作物細胞壁上的沉淀或螯合作用及增強農作物對重金屬抗逆性等,可以應用到一些中輕度污染土壤,抑制重金屬對農作物的毒害。

小麥是三大谷物之一,為世界上總產量位居第二的糧食作物,小麥對土壤和灌溉水中低濃度的Cd2+具有很高的富集效率,在Cd污染農田種植的小麥植株,其籽粒中的Cd含量大部分超過GB2762-2017國家食品安全中谷物重金屬Cd的限值0.1mg/kg,對我國農業經濟造成巨大損失。Cd在土壤中遷移性強,極易被小麥根系吸收,最終富集于籽粒中,通過食物鏈進入人體,并不斷在人體內富集,對人體具有致病、致癌、致突變的三致危害,對人體的肝、腎等器官造成損害。

從已有報道來看,葉面阻隔劑對農作物吸收累積Cd、Pb、As等重金屬具有較好的降低效果,但因產地、農作物類別、重金屬種類的不同,目前還沒有一種對小麥籽粒針對性強的,可高效阻隔小麥籽粒重金屬鎘吸收、轉運,且操作簡單的葉面阻隔劑。

發明內容

發明目的:針對現有技術的不足與缺陷,本發明提供一種抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑及其使用方法,可以有效降低小麥籽粒中的鎘含量達32.93%~33.52%,操作簡單,不會對土壤造成二次污染,為小麥籽粒的鎘污染問題提供了良好的解決途徑。

技術方案:本發明的抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑,其特征在于:該葉面阻隔劑的有效成分為甘露糖,甘露糖的濃度為40μmol/L~320μmol/L。

其中,該葉面阻隔劑加入表面活性成分吐溫20,吐溫20的濃度為0.75mL/L~1mL/L。

其中,所述甘露糖的濃度為160μmol/L。

其中,該葉面阻隔劑的溶劑為去離子水。

本發明的抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑的試驗方法,其特征在于:包括下述步驟:

(1)在鎘污染土壤中播種小麥樣品,將小麥樣品分為實驗組與對照組,實驗組噴施葉面阻隔劑,對照組噴施等量的去離子水與吐溫20混合液;

(2)小麥成熟后收獲小麥籽粒并將小麥植株分為8個部分以上,包括籽粒、麥殼、旗葉、中位葉、下位葉、第一節間、第二節間、第三節間;

(3)將小麥樣品的不同部位進行消解,使用檢測儀進行鎘金屬含量的分析測定;

(4)對測定結果進行對照分析,得出該葉面阻隔劑對鎘在小麥植株不同部位的轉運情況的影響。

其中,所述步驟(3)中消解液為HNO3與HClO4的混合液,HNO3與HClO4的體積比為80-90:10-20。

本發明的抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑的使用方法,其特征在于:該葉面阻隔劑噴施時期為小麥生長發育時期,采用噴霧方式將葉面阻隔劑噴施于鎘污染的小麥葉片上,定期進行噴施。

其中,該葉面阻隔劑噴施時期為小麥抽穗期、開花期與灌漿期,每個時期噴施1~4天,每次噴施間隔20h以上。

其中,該葉面阻隔劑噴施時間為早上5~7點,噴施劑量為每株小麥10mL~30mL。

本發明的抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑在抑制植物鎘積累中的應用。

有益效果:與現有技術相比,本發明具有以下顯著優點:本發明可以有效降低小麥籽粒中的鎘含量,小麥籽粒中的鎘含量相比對照降低幅度可達32.93%~33.52%。本發明采用甘露糖用于直接噴灑于小麥葉面以降低籽粒中鎘的含量,操作簡單,不會對土壤造成二次污染,為小麥籽粒的鎘污染問題提供了良好的解決途徑,可以進行推廣。

附圖說明

圖1為本發明不同濃度甘露糖處理下小麥地上部分Cd含量對比圖;

圖2為實施例1盆栽實驗小麥籽粒中重金屬Cd的含量對比圖;

圖3為實施例1盆栽實驗對照(CK)處理小麥植株各部位中重金屬Cd的含量對比圖;

圖4為實施例2大田實驗小麥籽粒中重金屬Cd的含量對比圖;

圖5為本發明甘露糖噴施處理小麥植株各部位中重金屬Cd的含量對比圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施方式對本發明的技術方案做進一步的描述。

本發明的抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑,該葉面阻隔劑的有效成分為甘露糖,甘露糖的濃度為40μmol/L~320μmol/L,甘露糖的濃度優選為160μmol/L。

其中,該葉面阻隔劑加入表面活性成分吐溫20,吐溫20的濃度為0.75mL/L~1mL/L。

其中,該葉面阻隔劑的溶劑為去離子水。

本發明的抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑的試驗方法,包括下述步驟:

(1)在鎘污染土壤中播種小麥樣品,將小麥樣品分為實驗組與對照組,實驗組噴施葉面阻隔劑,對照組噴施等量的去離子水與吐溫20混合液;

(2)小麥成熟后收獲小麥籽粒并將小麥植株分為8個部分以上,包括籽粒、麥殼、旗葉、中位葉、下位葉、第一節間、第二節間、第三節間;

(3)將小麥樣品的不同部位進行消解,使用檢測儀進行鎘金屬含量的分析測定;消解液為HNO3與HClO4的混合液,HNO3與HClO4的體積比為80-90:10-20;消解過程采用國家標準物質GBW(E)100348進行質量控制,其回收率在90%以上;

(4)對測定結果利用SPSS及Origin9軟件進行對照分析,得出該葉面阻隔劑對鎘在小麥植株不同部位的轉運情況的影響。

本發明的抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑的使用方法,該葉面阻隔劑噴施時期為小麥生長發育時期,采用噴霧方式將葉面阻隔劑噴施于鎘污染的小麥葉片上,定期進行噴施;該葉面阻隔劑噴施時期為小麥抽穗期、開花期與灌漿期,每個時期噴施1~4d,每次噴施間隔20h以上;該葉面阻隔劑噴施時間為早上5點~7點,噴施劑量為每株小麥10mL~30mL。

本發明的抑制小麥籽粒對鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑在抑制植物鎘積累中的應用。

本發明在確定甘露糖的濃度時,在2016-2017年間每年在河南新鄉、江蘇南京等地進行多次實驗,實驗材料選用蘇科麥1號、百農矮抗88、矮抗58等七種小麥種子,每種每次實驗取3000顆小麥種子,其中選取2017年選用矮抗58進行具體實施方案的闡述:

2017年在南京南農牌樓實驗基地進行實驗,將3000顆小麥種子用2.5%的NaClO消毒20min,然后將清水浸泡24h的種子移至漂浮于清水面的漂浮板上,至于26℃,光照時間16h的培養箱中,每天換一次清水,待幼苗長到一葉一心時移至高14cm,直徑12cm的塑料盆缽中,設置對照組和Cd處理組,用Hoagland`s半營養液培養15d,并分別采用不同濃度的甘露糖處理小麥幼苗;每天噴施1次共15d,噴施時間為每天早上7點。在其他條件固定的情況下,各時期的實驗分別設置6組:1個對照組(離子水)和5個不同濃度的施藥組(甘露糖):40、80、160、320、640μmol/L,考察不同噴施濃度對降低小麥地上部分中的重金屬Cd含量效果的影響。

綜合各次實驗數據結果及圖1顯示:本發明提供的葉面阻隔劑在40~320μmol/L的噴施濃度范圍內,均可有效降低小麥幼苗地上部分中鎘的含量,當甘露糖的噴施濃度達到640μmol/L時小麥籽粒重金屬濃度出現上升趨勢,阻隔劑濃度過高,效果降低,推測可能是由于甘露糖濃度過高時植物螯合肽合成量增加,導致其他金屬離子也被絡合,導致其他微量元素的流失,當植物體內微量元素缺乏時,植物細胞內的微量元素的離子通道會打開,與此同時,一些與Cd化學性質相似的一些二價金屬離子的轉運蛋白表達活性增強,那么此時重金屬Cd可能會隨著這些微量元素的通道和載體蛋白進入植物體內,所以上述實施例中當甘露糖的噴施濃度達到640μmol/L時小麥幼苗地上部分重金屬濃度出現上升趨勢。

結論:小麥幼苗越往后期生長發育代謝越旺盛,對于礦質元素和水分的需要量也達到極致,故鎘的吸收也會升高,因此,需噴施高濃度的阻隔劑??悸塹驕靡蛩睪透事短塹墓可閎肟贍芑岬賈攣⒘吭亓魘Ш橢亟鶚鬋d的積累,考慮到在小麥生長發育最旺盛的時期(抽穗期、開花期、灌漿期),小麥為繁育后代,對于營養物質的吸收更多,進而對鎘的吸收也會大量增加,所以甘露糖最適噴施濃度范圍為40~320μmol/L。

實施例1:

本實施例采用“矮抗58”小麥種子進行盆栽試驗:小麥土培盆栽實驗選取南京棲霞山重金屬污染土壤,土壤自然晾干后挑出秸稈和石塊等雜質,將自然風干的土壤充分碾磨混合均勻,裝盆準備播種。棲霞山污染農田土壤的基本理化性質為:

盆缽直徑10cm,高30cm,放在直徑12cm的盤中,盆缽底部包3層60目紗布,墊兩層濾紙,共計24盆;每盆播種完整、大小均勻的小麥籽粒30粒,保證土壤水分充足;每盆選擇健壯、長勢一致的小麥苗,留苗7株;盆栽實驗共設置8個處理,分別為:對照組(離子水)、腐植酸5g/L、磷酸二氫鉀10mmol/L、谷胱甘肽0.2mmol/L、草酸8mmol/L、水楊酸1mmol/L、氯化鈣10mmol/L、甘露糖160μmol/L,每個處理設計3個重復,在小麥生長發育后期即抽穗期、開花期和灌漿期對小麥植株進行葉面噴施處理,每株小麥噴施25mL。每天噴施一次,每個時期噴施3次,每次噴施間隔5天。

實驗結果:如圖2和圖3所示,在小麥盆栽實驗中,與對照(噴施等量的去離子水)及其他阻隔劑組相比,能顯著降低小麥籽粒重金屬Cd的阻隔劑為160μmol/L甘露糖,降低幅度可達33.52%。

實施例2:

本實施例采用“矮抗58”小麥種子進行大田實驗:實驗田為位于河南省新鄉市,面積為5m*60m的重金屬污染農田。大田試驗地土壤的基本理化性質為:

將試驗田劃分為5m*11m的5個小區,每個小區的面積為55m2,每個小區之間的間隔為1m。大田實驗共設置8個處理,分別為:對照組(離子水)、腐植酸5g/L、磷酸二氫鉀10mmol/L、谷胱甘肽0.2mmol/L、草酸8mmol/L、水楊酸1mmol/L、氯化鈣10mmol/L、甘露糖160μmol/L,每個處理5次重復。根據隨機區組設計,每個處理點用標簽標記,分別在小麥的抽穗期、開花期和灌漿期進行噴施處理,每個時期噴施3d,每天噴施1次,每次噴施間隔5d,在標記周圍噴施10株小麥植株,每株小麥噴施阻隔劑10mL,噴施時間為每天早上6點。

實驗結果:如圖4所示,與對照(噴施等量的去離子水)及其他阻隔劑組相比,160μmol/L的甘露糖能夠顯著降低小麥籽粒中重金屬Cd的含量,降低幅度為32.93%,針對性強,效果顯著。結合大田實驗及盆栽實驗,葉面噴施160μmol/L甘露糖能夠大幅度降低小麥籽粒中的重金屬Cd含量,降低幅度分別為32.93%和33.52%。

進一步的,本發明對小麥植株各部位之間的轉運關系進行探究:

將成熟的小麥植株分為籽粒、麥殼、旗葉、中位葉、下位葉、第一節間(靠近根系)、第二節間、第三節間8個部分,分別對小麥植株的不同部位用HNO3:HClO4=87:13(v:v)完全消解,消解后樣品用ICP-MS樣品分析檢測,消解過程采用國家標準物質GBW(E)100348進行質量控制,其回收率在90%以上;將測量結果利用SPSS及Origin9軟件進行分析,分析阻隔劑對重金屬Cd在小麥植株不同部位的轉運情況的影響。

結果顯示:如圖5所示,在小麥植株中,160μmol/L甘露糖阻隔劑處理后小麥植株各部分之間的Cd含量表現為自下而上逐漸降低,其中下位葉中的Cd含量最高,籽粒里面的Cd含量最低。

小麥植株第一節間、第二節間、第三節間Cd含量的關系表現為第一節間>第二節間>第三節間,重金屬Cd在莖稈中從下向上運輸過程中逐漸降低,但降低效果不顯著。

小麥植株葉片之間的Cd含量高低表現為下位葉>中位葉>旗葉。

在對照處理組(噴施等量的去離子水),表現為下位葉Cd含量最高,但在莖稈中表現為第一節間<第二節間<第三節間,并且旗葉中Cd濃度較高,僅低于下位葉。

綜上所述:我們可以推斷,甘露糖對小麥的阻隔機制主要是抑制Cd在小麥各部分之間的轉運,主要是抑制重金屬Cd在旗葉和第三節間的積累,從而減少其向籽粒中轉運積累,降低重金屬Cd的毒性。

由此可見:

本發明提供的葉面阻隔劑對抑制小麥籽粒對重金屬鎘吸收及積累的針對性強,可高效、顯著的阻隔小麥籽粒重金屬鎘吸收及轉運,可以應用到中輕度鎘污染土壤的小麥田,緩解重金屬鎘對小麥籽粒的毒害作用,在小麥生長發育旺盛時期如抽穗期、開花期、灌漿期噴施,根據大田實驗和噴在實驗的實驗數據表明,小麥籽粒中的鎘含量相比對照降低幅度可達32.93%-33.52%。

本發明提供的葉面阻隔劑甘露糖來源廣泛、價格低廉,且使用方便,無需專業人員即可操作。

本發明提供的葉面阻隔劑安全性高,一方面施用次數和施用量較少,無毒副作用,不影響小麥的正常生長發育,對人體安全無毒;另一方面,采用葉面噴施方式,對土壤、地下水和空氣的無污染,無公害,對環境友好。

本發明提供的抑制小麥籽粒對重金屬鎘吸收及轉運的葉面阻隔劑的對重金屬Cd的阻隔機制研究方法準確可靠,研究小麥植株各部分之間的轉運機制,進一步探究阻隔劑對重金屬Cd的作用機制和阻隔機理。經本發明研究方法研究表明,甘露糖抑制Cd在小麥各部分之間的轉運,特別是抑制重金屬Cd在旗葉和第三節間的積累,從而減少其向籽粒中轉運積累,降低重金屬Cd的毒性,因此對抑制小麥籽粒對重金屬鎘吸收及轉運的針對性強。

本發明提供了甘露糖的新的應用,在以往報道中,甘露糖在控制和降低作物中的重金屬方面主要是與鎘結合并被吸附到細胞壁上,但是葉面噴施甘露糖以降低小麥籽粒的Cd含量未有報道,本發明采用的甘露糖用于直接噴灑于小麥葉面以降低籽粒中鎘的含量,操作簡單,不會對土壤造成二次污染,為小麥籽粒的鎘污染問題提供了良好的解決途徑,可以進行推廣。

關 鍵 詞:
抑制 小麥 籽粒 吸收 積累 葉面 阻隔 及其 使用方法
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