CN105409952B - 一种减少玉米植株在镉污染环境中损伤的制剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境保护中土壤重金属污染的治理和农产品安全领域，涉及一种减少玉米植株在镉污染环境中损伤的制剂及其使用方法。一种减少玉米植株在镉污染环境中损伤的制剂，该制剂如下浓度的组分：甜菜碱：200‑600μmol/L。对于镉污染环境，当Cd浓度为50μM时，500μM的甜菜碱是较佳浓度，其中200‑600μmol/L均为有效浓度。因为甜菜碱的喷施为一种人为外源物质的使用，植物会产生应激反应，浓度过高也会使植株叶片发黄等现象发生。故可视环境中镉污染程度选择相应浓度的制剂。
Description
技术领域
本发明属于环境保护中土壤重金属污染的治理和农产品安全领域，涉及一种减少玉米植株在镉污染环境中损伤的制剂及其使用方法。
背景技术
镉(Cadmium，Cd)是已知的毒性最强和农田受污染最严重的重金属之一。同时，Cd的迁移性较强，易被植物吸收并转移至地上部，超过一定限度不仅对作物生长发育造成伤害，导致产量和品质下降，更有可能通过食物链威胁人类健康。因此，降低Cd积累不仅能提高农作物的品质，保护生态平衡，还可降低Cd带给人类的健康风险。据报道，大米镉污染是日本重金属污染的主要问题；日本、韩国和我国不同地区食用禾谷类籽粒的测定分析表明，不少试样镉含量明显超过FAO/WHO推荐的最高限额(0.1μg/g)(Watanabe等，1996)。据调查，我国受镉污染的耕地已超过1。33万hm2，涉及11个省25个地区。1955年至上世纪70年代初，在日本富山市神通川流域曾因大米镉含量超标引起第二公害病—“骨痛病”，先后导致80多人死亡，政府与民众即使时至今日亦谈虎色变，为此政府对各种食品的镉含量制订了严格的标准要求。总之，镉污染已对农业生产的可持续发展和人类的生存质量产生了巨大的威胁(Davis，1984)。控制和降低农作物镉污染亟待解决。
中国是玉米生产与消费第二大国，玉米在国民经济中占有举足轻重的地位，是保障中国食物安全供给的重要基础因素，不仅是重要的传统食品，同时也是“饲料之王”。李国良(2006)研究表明，重金属镉的浓度高于50mg/L时，明显抑制种子萌发和幼苗生长，曹莹等(2005)研究发现镉胁迫下，籽粒的蛋白质，淀粉和脂肪等重要营养品质指标均与对照有显著差异。同时在玉米生长过程中镉胁迫下，玉米幼苗中叶绿素含量降低、叶绿体和根部的超微结构被破坏(宇克莉，2010)。核酮糖二磷酸羧化酶(RuBPC)与植物磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC))是玉米叶片光合作用的关键酶，其活性在镉胁迫下显著降低(周卫，1999)。汪洪等(2008)实验同样研究表明镉处理降低了叶片光合作用速率，随着镉浓度升高，处理时间延长，活性氧酶清除系统包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽还原酶(GR)等酶活性明显增加，受到镉胁迫诱导，高浓度镉处理该现象出现更早。可见土壤重金属镉污染已对玉米植株的损伤有光合系统途径和抗氧化酶活性等综合因素限制了植株的正常生长，从而对玉米的品质和质量安全都构成严重影响。
甜菜碱是高等植物重要的渗透调节物质，能够提高细胞的渗透调节能力，降低因渗透失水造成对细胞膜、酶及蛋白质结构与功能的伤害，在调节植物对环境胁迫的适应性，提高植物对各种胁迫因子抗性等方面具有重要的生理作用(李新梅，2006)。甜菜碱因为自身强大的渗透调节作用，广泛应用在盐分，水分和低温胁迫的植物抗逆性研究中。同时甜菜碱作为外源物质无论是叶面喷施还是根部浸渍，都易于为植物吸收利用。在开花中期对大田和和温室中的番茄叶面喷施甜菜碱，可明显提高盐胁迫下番茄的产量(Makela P等，1998)。叶面喷施一定浓度的甜菜碱，能提高桃树水分胁迫前期的光合速率，维持较强的光合作用(杜栋等，2004)。外源甜菜碱增强植物抗性作用的生理基础，除了调节体内渗透物质的积累以外，也与抗氧化作用酶类的变化有关。李芸瑛等(2005)以黄瓜为材料的研究结果表明，外源甜菜碱可减少低温胁迫对超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性的抑制、细胞膜的伤害、胞内物质的外渗以及丙二醛(MDA)的产生，从而提高黄瓜幼苗的抗冷性。甜菜碱是一个具有多种功能的抗逆物质，但一直较少被用于缓解重金属的逆境研究中，仅有少数研究，如外源甜菜碱降低小麦中铬的含量(Ali等，2015)和棉花中铅的含量(Bharwana等，2014)。虽然甜菜碱是缓解重金属积累的机制并不清楚，但其对缓解其它逆境下损伤与重金属逆境下损伤有着类似的方式，如提高光合作用，减少膜的损伤，和抗氧化作用酶的变化。
甜菜碱，便宜易得，无毒安全。同时外源施用时，无论采用叶面喷施抑或根部浸渍处理，都易于植物吸收利用，提高植物的抗逆境能力，有利植物生长发育，因此在农业生产上具有比较大的应用价值。
发明内容
本发明提供一种减少玉米植株在镉污染环境中损伤的制剂，本制剂以叶面喷施的方式进行，易于配制，同时操作简便，成本低廉，非常适用于农业大田生产。
本发明还提供上述制剂的使用方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种减少玉米植株在镉污染环境中损伤的制剂，该制剂如下浓度的组分：甜菜碱：200-600μmol/L。对于镉污染环境，当Cd浓度为50μM时，500μM的甜菜碱是较佳浓度，其中200-600μmol/L均为有效浓度。因为甜菜碱的喷施为一种人为外源物质的使用，植物会产生应激反应，浓度过高也会使植株叶片发黄等现象发生。故可视环境中镉污染程度选择相应浓度的制剂。
一种所述的制剂的使用方法，具体是：用喷雾器将该制剂均匀喷施于玉米叶片表面至均匀挂湿，喷施时间控制在早晨9点以前或傍晚4点以后进行。本发明采用叶面喷施的方式，操作简单，成本低廉，施用量相对较小。
本发明的有益效果是：本发明制剂具有配制简单、使用方便、无毒副作用和成本低等优点。使用时以叶面喷施的方式进行，与喷洒农药类似，简单易操作，并且该制剂能够同时提高作物锌、铜和铁等营养元素含量。根据发明人的长期试验，在该制剂作用于玉米植株时，在苗期时与对照组相比，苗高，根长，鲜重，玉米植株的地上部干重分别提高了24.6％、68.5％、69％和67％，有效减少了丙二醛的积累，增加了净光合速率，同时缓解了叶片和根部细胞结构损伤。本发明的制剂适合在中轻度Cd污染地区推广应用。
附图说明
图1是本发明叶面喷施甜菜碱对Cd胁迫下玉米根长的对比图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种减少玉米植株在镉污染环境中损伤制剂，其组分和浓度如下：甜菜碱：500μmol/L。配制方法：将上述溶液，于四叶期叶面喷施至湿润为止，每5天喷一次，共喷2次；第二次喷施后5天取样，5次重复，每盆种7
株。不同处理光合参数的影响和植株生长量分别见表1和表2。
表1叶面喷施甜菜碱对Cd胁迫下玉米光合参数的影响
a和b表示0.05水平差异显著性。叶面喷施甜菜碱使玉米净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率与单独Cd处理相比都有显著差异。
表2叶面喷施甜菜碱对Cd胁迫下玉米生长量的影响
a和b表示0.05水平差异显著性，与单独Cd处理相比，叶面喷施甜菜碱使玉米鲜重和地上部干重分别显著增加了69％和67％。
本发明叶面喷施甜菜碱对Cd胁迫下玉米根长的影响见图1，其中A：对照组，B：处理组。
与对照组相比，玉米植株净光合速率和胞间CO2浓度分别提高了97％和下降了35％。玉米喷施甜菜碱使植株的苗高，根长，鲜重，和地上部干重分别提高了24.6％、68.5％、69％和67％，有效促进玉米植株的生长。本发明适用于玉米，适合在中轻度Cd污染地区推广应用。而且与对照相比，玉米叶面喷施甜菜碱后有效减少了丙二醛的积累，缓解了根和叶片中的细胞损伤，及根部的锌、铜、铁等矿质元素含量有显著提高。因此，该制剂对于缓解玉米植株在镉污染环境中的损伤，促进植株生长方面具有应用价值。
实施例2
一种减少玉米植株在镉污染环境中损伤制剂，其组分和浓度如下：甜菜碱：200μmol/L。使用方法同实施例1。
实施例3
一种减少玉米植株在镉污染环境中损伤制剂，其组分和浓度如下：甜菜碱：400μmol/L。使用方法同实施例1。
实施例4
一种减少玉米植株在镉污染环境中损伤制剂，其组分和浓度如下：甜菜碱：600μmol/L。使用方法同实施例1。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (3)
1. 一种甜菜碱在减少玉米植株在镉污染环境中损伤方面的用途，其特征在于：所述的甜菜碱的施用浓度为 200-600μmol/L。
2.根据权利要求 1 所述的用途，其特征在于：当Cd 浓度为50μM时，所述的甜菜碱的施用浓度为 500μmol/L。
3.根据权利要求 1 所述的用途，其特征在于：所述甜菜碱的施用方法是：用喷雾器将该制剂均匀喷施于农作物叶片表面至均匀挂湿，喷施时间控制在早晨 9 点以前或傍晚 4点以后进行。
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