CN102612944A - 镧提高垃圾堆肥基质黑麦草草皮抗低温性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镧提高垃圾堆肥基质黑麦草草皮抗低温性能的方法，它是在培养皿中加入堆肥70g，称取黑麦草种子1.5g分别播于各培养皿中，于室温下萌发及初期生长；萌发及初期生长期间室内温度为18~28℃，相对湿度为40%~60%，播种后16天向堆肥培养基质中加入0.2-0.4g·kg^-1浓度的硝酸镧；加入硝酸镧后继续培养6天，然后将培养皿移入光照培养箱内进行冷胁迫处理，温度设定为昼夜15~10℃，光照时间为9h，光照强度为100，实验周期为34天，在冷胁迫的3-9天进行各项抗逆指标的测定。实验结果表明：镧处理能够诱导垃圾堆肥基质黑麦草对低温胁迫产生抗性，减轻低温对其伤害。

Description

镧提高垃圾堆肥基质黑麦草草皮抗低温性能的方法

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及以城市生活垃圾堆肥作为基质培养黑麦草的方法。更具体的说是一种镧提高垃圾堆肥基质黑麦草草皮抗低温性能的方法。

背景技术

目前我国草皮的生产存在着诸多问题，无法满足城市草坪建植的需要，而其中草皮基质的研制和供应不足就是一个重要的限制因素。在草皮生产中，每完成一次草皮生产过程，至少要铲去2 cm以上的熟土，连续的3～4次操作，肥沃的农田即遭到破坏。要恢复表土肥力，短则需几年，多则几十年、上百年。为此，研制新的人工草坪基质以代替肥沃的表土具有较强的实际意义。

城市生活垃圾堆肥含有丰富的有机质和氮、磷、钾等营养元素，可用作草皮培养基质，用于城市草坪建植。将城市生活垃圾堆肥用于草皮培养基质，即解决了传统草皮生产耗费肥沃土壤的问题，节约农用土地资源，缓解目前人口压力大，土地资源紧张的现状，又拓宽了垃圾堆肥的应用途径，减少垃圾处理的费用以及垃圾堆肥向外地运输等难题，同时也有利于城市草坪建植体系的完善。但需要指出的是，堆肥也有含大量污染物，对草坪植物的生长也会造成不利影响，因此，添加外源物质，来改善堆肥这一性状具有重要意义。

在城市草坪建植中，各种逆境条件的胁迫(干旱胁迫、盐胁迫、酸雨胁迫和低温胁迫等)不利于草皮的培植及草坪建植。草坪缺水问题一直存在，因为人工草坪根系较浅，不足以在土壤中吸收足够的水分，只能靠人工浇灌，尤其在我国北方城市，每年要消耗大量的水养护草坪，年灌水量大约为0.6~1.0 m³/m²。土壤盐渍化是限制草坪草生长的主要因素之一，盐胁迫几乎影响植物所有的重要生命过程，盐胁迫下，植物细胞的代谢过程受阻，导致活性氧积累和离子失衡，植株生长受抑制，严重时造成细胞死亡。酸雨污染的日趋严重越来越受到人们的广泛关注，已成为当代国际性的重大生态环境问题之一，对自然环境造成极大危害，影响草坪草的生长。我国北方地区冬季寒冷，草坪草越冬困难，在春秋两季又常受寒流侵袭而造成泛斑、春季发芽晚、秋季早衰、生长不良等现象，影响草坪的美观，降低草坪的利用价值。低温胁迫已成为提高我国北方地区草坪使用价值的限制因子。因此，研究如何提高草坪草低温胁迫下的抗性具有实际应用价值。

另一方面，在土壤基质的应用中，近年来关于稀土提高植物抗性的研究很多。张险峰等(2008)研究稀土铈对黄瓜幼苗抗冷性的影响，结果表明25~200mg/L^-1氯化铈处理对黄瓜抗冷性有所改善，效果优于抗寒剂处理。

发明内容

本发明的试验在培养皿中以垃圾堆肥为基质培养草坪草，然后在光照培养箱中进行冷胁迫处理，通过测定叶绿素、丙二醛、脯氨酸和相对电导率的变化来探讨稀土镧对黑麦草抗性的影响，为稀土进一步应用于草坪建植提供理论依据，推进城市草坪绿化体系的优化。

为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

一种镧提高垃圾堆肥基质黑麦草草皮抗低温性能的方法，其特征在于按如下的步骤进行:

    （1）堆肥选自垃圾堆肥厂发酵后的垃圾堆肥；

（2)在培养皿中加入上述堆肥70g，称取黑麦草种子1.5g、黑麦草种子1.2g，播于培养皿中，于室温下萌发及初期生长；

（3）萌发及初期生长期间室内温度为18~28℃，相对湿度为40%~60%，播种后16天向堆肥培养基质中加入0.2-0.4 g·kg^-1浓度的硝酸镧；

（4）加入硝酸镧后继续培养6天，然后将培养皿移入光照培养箱内进行冷胁迫处理，温度设定为昼夜15~10℃，光照时间为9h，光照强度为100，实验周期为34天，在冷胁迫的3-9天进行各项抗逆指标的测定。

本发明同时也公开了所述方法在制备稀土镧缓解低温胁迫下对黑麦草和黑麦草伤害方面的应用。其中稀土镧的用量为0.2-0.4 g·kg^-1 。

本发明更加详细的步骤如下：

1 材料与方法

1.1 实验材料

本实验选用两种冷季型草坪草黑麦草(Lolium perenne L.)。稀土元素为硝酸镧(La(NO₃)₃·6H₂O)。垃圾堆肥来自天津市小淀垃圾堆肥厂，垃圾堆肥源为城市日常生活提供服务活动中产生的固体废物，也包含可回收垃圾、有害垃圾和其他如取暖煤灰等废弃物。堆肥制备与处理采用德国工艺技术与设备，堆肥前将城市生活垃圾中的塑料、金属、玻璃纸张等可回收利用物质进行分选后，剩余的物质作为堆料。堆肥过程为好氧发酵，堆料含水率为 45%~60%，在pH为6.5-7.5，温度为45- 55℃条件下，通风供氧，发酵30 d。发酵后的垃圾堆肥在利用前要进行筛选以进一步去除各类塑料、金属、碎玻璃及砖瓦石块等杂物，然后对垃圾堆肥背景进行分析。垃圾堆肥主要理化性质为：有机质12.12%，pH 7.62，饱和含水量0.76 mL /g，容重0.85g /mL，全氮5.18%，有效磷77.92 mg /kg，全钾1.21%，Ca 含量30.62 g /kg，Fe19.95 g /kg，Mg 5.78 g /kg，Cu 546.15 mg /kg，Zn 534.53 mg /kg，Pb 163.62 mg /kg，Cr 89.87 mg /kg，Ni 76.26 mg /kg ，Cd 2.06 mg /kg，Mn 324.59 mg /kg 。

1.2 实验方法

在直径9 cm的培养皿中加入堆肥70 g。选择籽粒饱满的黑麦草种子，称取黑麦草种子1.2g，分别播于各培养皿中，于室温下萌发及初期生长。萌发及初期生长期间室内温度为18~28℃，相对湿度为40%~60%。播种后16天向堆肥培养基质中加入不同浓度水平的硝酸镧。硝酸镧设3个浓度水平，为0、0.2、0.4g·kg^-1。加入硝酸镧后继续培养6天，然后将培养皿移入光照培养箱(SPX-B-G型)内进行冷胁迫处理，温度设定为昼夜15~10℃，光照时间为9h，即8:00~17:00，光照强度为100。在冷胁迫的0、3、9天进行各项抗逆指标的测定。实验3次重复，共18皿，实验周期为34天。

1.3 指标测定

（1）生物量的测定

将草坪植物齐根刈割，地上部分和地下部分分别用蒸馏水冲洗干净，吸水纸吸干表面水分，放入烘箱中，在105℃下杀青1 h，80℃烘干至恒重，测量其地上部分和地下部分的干重，视为生物量。

（2）叶绿素含量测定

叶绿素含量测定参考张志良等(2003)编写的《植物生理学实验指导》(第三版)：取0.2g草坪植物地上部分置于研钵中，加入少量石英砂和80%丙酮，进行充分研磨提取，将匀浆转入离心管中，用适量80%丙酮洗涤钵体，一并转入离心管中，定容至10ml，离心后弃沉淀取上清液，以80%丙酮作为对照，用SHIMADZU产UV-1700型紫外分光光度计分别测定在663nm、645nm波长处的吸光度值。

（3） 丙二醛(MDA)含量的测定

参考张志良等(2003)的方法：取0.2g草坪植物叶片，用10%TCA研磨匀浆进行提取，定容至10ml，4000r·min^-1离心10min，取上清液2ml，加入2ml 0.6%的TBA沸水浴中反应20min，迅速冷却，离心，取上清液分别于532nm、450nm波长下测定吸光值。对照以2ml水代替提取液。

（4）脯氨酸含量的测定

参考李合生(2000)的方法。称取0.5g草坪植物叶片并将其剪碎，分别置于大试管中，然后向各管分别加入5ml 3%的磺基水杨酸溶液，在沸水浴中提取10min(提取过程要经常摇动)，冷却后3000 r·min^-1离心10min，吸取2ml提取液于另一干净的带塞试管中，加入2ml冰醋酸及2ml酸性茚三酮，在沸水中加热30min，冷却后加入4ml甲苯提取，振荡30s，静置一夜。以甲苯为空白对照，取上层液用SHIMADZU产UV-1700型紫外分光光度计在520nm波长下测吸光值。

（5） 相对电导率的测定

相对电导率采用电导率仪法进行测定(汤章成，1999)：将10 ml的无离子水放入已编号的试管中，测定I0。各样品称取叶片0.2 g，剪成0.5 cm2的小块置于试管中，准确加入无离子水10 ml，浸泡24 h，用DDS-11D直读式电导仪测定电导率为I1。测定后将试管放在水浴锅中沸水浴0.5 h，杀死组织，于室温下测I2。计算相对电导率(%)=(I1-I0)/(I2-I0)×100%

（6） 数据处理：数据分析采用EXCEL和SPSS17.0分析软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 镧对低温胁迫下黑麦草地上和地下生物量的影响

由表1可知，镧处理增加了低温胁迫下黑麦草地上与地下生物量的积累，但差异不显著(P>0.05)。对于黑麦草来说，镧用量在0.2 g·kg^-1时，效果较好，地上和地下生物量分别比对照高出3.5%和57.9%。

表1 镧对低温胁迫下黑麦草生物量的影响

注：同列中同一草坪草不同镧浓度处理字母相同者差异不显著 (P>0.05)。

2.2 镧对低温胁迫下黑麦草和黑麦草叶绿素的影响

叶绿素含量与叶片光合能力大小密切相关，低温胁迫可导致黑麦草的叶绿素含量降低，且随着低温胁迫时间的延长，叶绿素含量呈下降趋势，加入稀土镧后不同胁迫时间黑麦草叶绿素含量均高于对照，但差异不显著(P>0.05)(见表2)。冷胁迫前，加入稀土镧有利于提高黑麦草叶绿素含量，但镧的两种浓度处理差异不大。冷胁迫3天后，各处理叶绿素含量均下降，其中不加镧的处理降幅最大，镧用量在0.2 g·kg-1时，黑麦草叶绿素含量最高，其叶绿素a、总叶绿素及叶绿素a/b值分别比高出对照12.6%、11.8%和4.5%。冷胁迫9天后，硝酸镧用量在在0.2 g·kg-1时，黑麦草叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量分别比高出对照11%、9.1%和10.4%，而在0.4 g·kg-1时，叶绿素a/b值则最高，比对照高出22.8%。

 

表2 镧对低温胁迫下黑麦草叶绿素含量的影响(mg·g^-1 FW)

注：同列中相同胁迫时间下不同镧浓度处理字母相同者差异不显著 (P>0.05)。

 

2.3 镧对低温胁迫下黑麦草丙二醛含量的影响

植物在逆境下或衰老时往往会发生膜脂过氧化作用。低温伤害不仅破坏植物细胞代谢，而且导致体内生理功能发生变化，自由基的增加会伤害膜系统，引发膜脂过氧化作用，最终产物丙二醛可扩散到其他部位，破坏体内正常代谢的进行。镧对低温胁迫下黑麦草丙二醛含量的影响见图1，随着低温胁迫时间的延长，黑麦草丙二醛含量呈上升趋势，镧处理均降低了丙二醛含量。在冷胁迫前，镧的两个浓度处理的丙二醛含量率低于对照，但各处理之间差异不显著。冷胁迫3天后，对照组的黑麦草丙二醛含量升高，说明黑麦草膜系统可能受伤，而镧的两个浓度处理均低于对照，且与冷胁迫前相比差异不显著，丙二醛含量相对稳定，说明镧处理起到了一定的保护作用，防止黑麦草膜脂过氧化，保护其生物膜。其中镧用量在0.4 g·kg^-1时，黑麦草丙二醛含量低于对照46.7%。冷胁迫9天后，各处理组丙二醛含量达到最高，说明低温时间的延长使膜系统损伤加剧。镧处理缓解了膜系统损伤，两个浓度处理的黑麦草丙二醛含量均低于对照，但差异不显著(P>0.05)。

2.4镧对低温胁迫下黑麦草脯氨酸含量的影响

脯氨酸在植物抗冷中具有重要作用，低温胁迫往往伴随着脯氨酸含量的增加，其含量高低与植物抗冷性密切相关。脯氨酸作为渗透调节物质，大多数研究证明其含量在植物可忍受的低温胁迫下，呈现出上升的趋势，也有研究认为其与抗寒性关系不大。由图2可知，低温胁迫增加了黑麦草脯氨酸含量，且随着低温胁迫时间的延长，脯氨酸含量呈上升趋势。不同胁迫条件下镧处理都增加了黑麦草的脯氨酸含量。冷胁迫前，镧处理增加了黑麦草脯氨酸含量，提高了其抗逆性，其中镧用量在0.4 g·kg^-1时效果最好，其脯氨酸含量比对照高出77.4%。冷胁迫3天后，脯氨酸含量均有所上升，但上升幅度不大，这可能是黑麦草本身具有一定抗寒性或者镧处理提高了其抗逆性。冷胁迫9天后，各处理脯氨酸含量均上升，镧的两个浓度处理下，黑麦草脯氨酸含量均高于对照，说明镧处理能提高低温胁迫下黑麦草渗透调节能力，进而提高其抗寒性。其中镧用量在0.4 g·kg^-1时效果最好，其脯氨酸含量比对照高出41%。

2.5镧对低温胁迫下黑麦草相对电导率的影响

相对电导率是衡量细胞膜透性和反应植物细胞受破坏程度的一种生理指标。在逆境胁迫下，细胞膜首先受损，透性增加，随之表现为相对电导率的升高。在自然低温胁迫下，叶片浸提液相对电导率增大是细胞膜结构和功能受到伤害其膜透性增大的结果。一般胁迫程度越大，原生质膜受损害越大，电导率越大，抗寒性越弱。由图3可见，低温胁迫处理增加了黑麦草的相对电导率，且随着低温胁迫时间的延长，相对电导率呈增加趋势，说明低温胁迫时间的延长增大了对细胞的伤害。镧处理后，冷胁迫前和冷胁迫后黑麦草的相对电导率均低于对照，说明镧处理对缓解低温胁迫下细胞膜的损伤起到了积极的作用。冷胁迫3天后，镧用量在0.2 g·kg^-1和0.4 g·kg^-1时，黑麦草相对电导率分别比对照降低了19%和14%。冷胁迫9天后，镧用量在0.2 g·kg^-1和0.4 g·kg^-1时，黑麦草相对电导率分别比对照降低了7.5%和8.9%。

附表

黑麦草

3结论

本实验以草坪植物黑麦草为材料，通过测定叶绿素、丙二醛、脯氨酸和相对电导率的变化，研究镧对低温胁迫下黑麦草的缓解作用。结果表明：在低温胁迫下，叶绿素下降、丙二醛升高、脯氨酸升高、相对电导率升高。镧处理组与对照相比，叶绿素含量增加，丙二醛和脯氨酸含量降低，相对电导率也降低。这表明，镧处理能够诱导黑麦草对低温胁迫产生抗性，减轻低温对其伤害。镧能够缓解低温胁迫对黑麦草的损伤是一系列综合反应的结果。对于黑麦草来说，镧用量在0.2 g·kg^-1时效果较好。

附图说明：

图1镧对低温胁迫下黑麦草丙二醛含量的影响。

图2 镧对低温胁迫下黑麦草脯氨酸含量的影响

图3镧对低温胁迫下黑麦草相对电导率的影响。

具体实施方式

下面结合实施例说明本发明，这里所述实施例的方案，不限制本发明，本领域的专业人员按照本发明的精神可以对其进行改进和变化，所述的这些改进和变化都应视为在本发明的范围内，本发明的范围和实质由权利要求来限定。硝酸镧有市售，其他所用到的试剂也有市售。

实施例1

（1）堆肥选自垃圾堆肥厂发酵后的垃圾堆肥；

(2)在培养皿中加入上述堆肥70g，称取黑麦草种子1.5g播于培养皿中，于室温下萌发及初期生长；

（3）萌发及初期生长期间室内温度为18℃，相对湿度为40%%，播种后16天向堆肥培养基质中加入0.2g·kg^-1浓度的硝酸镧；

（4）加入硝酸镧后继续培养6天，然后将培养皿移入光照培养箱内进行冷胁迫处理，温度设定为昼夜15~10℃，光照时间为9h，光照强度为100，实验周期为34天，在冷胁迫的9天进行各项抗逆指标的测定。

实施例2

（1）堆肥选自垃圾堆肥厂发酵后的垃圾堆肥；

(2)在培养皿中加入上述堆肥70g，称取黑麦草种子1.5g播于培养皿中，于室温下萌发及初期生长;

（3）萌发及初期生长期间室内温度为28℃，相对湿度为60%，播种后16天向堆肥培养基质中加入0.4 g·kg^-1浓度的硝酸镧；

（4）加入硝酸镧后继续培养6天，然后将培养皿移入光照培养箱内进行冷胁迫处理，温度设定为昼夜15~10℃，光照时间为9h，光照强度为100，实验周期为34天，在冷胁迫的9天进行各项抗逆指标的测定。

Claims (4)

1.一种镧提高垃圾堆肥基质黑麦草草皮抗低温性能的方法，其特征在于按如下的步骤进行:

    （1）堆肥选自垃圾堆肥厂发酵后的垃圾堆肥；

(2)在培养皿中加入上述堆肥70g，称取黑麦草种子1.5g，分别播于各培养皿中，于室温下萌发及初期生长；

（3）萌发及初期生长期间室内温度为18~28℃，相对湿度为40%~60%，播种后16天向堆肥培养基质中加入0.2-0.4 g·kg^-1浓度的硝酸镧；

（4）加入硝酸镧后继续培养6天，然后将培养皿移入光照培养箱内进行冷胁迫处理，温度设定为昼夜15~10℃，光照时间为9h，光照强度为100，实验周期为34天，在冷胁迫的3-9天进行各项抗逆指标的测定。

2.权利要求1所述方法在制备稀土镧缓解低温胁迫下对黑麦草伤害方面的应用。

3.权利要求2所述的应用，其中稀土镧的用量为0.2-0.4 g·kg^-1。

4.权利要求3所述的应用，其中稀土镧的用量为0.2 g·kg^-1。

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