CN106538614A - 复合喷施剂及其在降低作物苗期镉积累中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合喷施剂及其在降低作物苗期镉积累中的应用，该复合喷施剂，由体积比1:1～100的A组分和B组分组成；所述A组分以水为溶剂，包含：亚精胺1～80mM，柠檬酸10～200mM；所述B组分为紫花苜蓿提取液。本发明以亚精胺和柠檬酸作为喷施剂的有效成分，结合镉离子富集植物的提取液成分，产生了显著的协同增效作用，再以适当浓度通过叶面喷施，有效地降低了作物幼苗体内镉含量的积累，缓解了镉对细胞的损害。本发明复合喷施剂以水为基质，制备工艺简单，使用方便，不产生产品和环境污染，不易产生药害，具有广阔的应用前景。

Description

复合喷施剂及其在降低作物苗期镉积累中的应用
技术领域
本发明涉及农用化学领域，尤其涉及复合喷施剂及其在降低作物苗期镉积累中的应用。
背景技术
近年来，在世界范围内随着城市化、工业化进程的推进，工业废水废气废渣的大规模排放，农田灌溉造成的水源被有毒有害成分污染，剧毒农药和有害除草剂及传统化肥的大量使用，重金属污染等情况的不断出现，环境问题已成为制约作物生产和品质提高的主要因素。
镉(cadmium，Cd)是植物非必需元素，具有很强的毒性，在土壤中不能被微生物降解，只能因不同条件影响而发生赋存形态之间的转化，镉从土壤向植物迁移的能力比其他非必需元素更强，易被植物吸收并积累，超过一定限度，会严重影响作物的产量和品质，并通过食物链的富集，危害人体健康。镉对植物的毒性，在形态上主要表现为叶片失绿、卷曲，根、茎生长迟缓，生理方面多表现为光合作用受到抑制，引起氧化胁迫和膜的损伤。
甜玉米又称蔬菜玉米，是近年来发展较快的新蔬菜品种之一。甜玉米因具有丰富的营养和甜、鲜、脆、嫩的特点而深受各阶层消费者喜爱。近年来，甜玉米种植规模保持逐年稳增态势，出口量不断地大幅度上升，新品种育种进一步提速，产后加工规模不断壮大，种植收益保持利好势头。Cd胁迫能显著抑制甜玉米的生长、降低玉米的产量。
多胺在高等植物中普遍存在，是一类新的重要的生理活性物质。
亚精胺(Spermidine,Spd)，分子式为C7H19N3，分子量145.2，熔点22～25℃，化学名称为N-(3-氨基丙基)-1,4-丁二胺(结构如图1所示)，是一种常见的多胺，参与植物各种生长和发育过程，可提高植物对高盐、低温、臭氧和缺钾等逆境的抵抗性。亚精胺可以保护植物抵抗化学物质和重金属离子的伤害，而且亚精胺本身为内源代谢物，能够被生物降解，对人体无毒性、安全无残留，非常适合大田及设施农业的生产。
柠檬酸是一种重要的低分子量有机酸，它可以通过与镉离子的螯合作用，使镉离子实现从离子态向毒性较低或者无毒性的螯合物形态转变，一方面限制了过多的镉离子进入原生质体，起到了屏障保护的作用，另一方面降低了游离态镉在原生质体中的浓度，从而降低或消除其毒害作用。同时研究表明柠檬酸能有效地促进镉胁迫下植物根系的伸长，使其向适应镉胁迫压力的趋势生长。
植物提取修复技术是20世纪90年代发展起来的一项通过金属富集植物去除土壤或水体中有害金属的环境净化技术。目前，已有多种镉离子富集植物被发现，如紫花苜蓿、陆商、高羊茅等对镉胁迫有很强的耐性。
发明内容
本发明提供了一种复合喷施剂及其在降低作物苗期镉积累中的应用，该复合喷施剂不仅能够有效降低作物幼苗体内镉的积累，缓解镉对细胞的损害，而且制备工艺简单，安全无污染。
一种复合喷施剂，由体积比1:1～100的A组分和B组分组成；
所述A组分以水为溶剂，包含：亚精胺1～80mM，柠檬酸10～200mM；
所述B组分为紫花苜蓿提取液。
上述复合喷施剂中，柠檬酸是一种植物内源重要的有机酸，具有很强的金属离子螯合能力，可缓解金属离子对植物的毒害作用。
紫花苜蓿是一种能够富集镉离子的植物，理论上，能够富集镉离子的植物提取液都可考虑作为本发明复合喷施剂的组分，但试验发现，很多镉离子富集植物的提取液并未获得想象中的效果，例如：商陆、高羊茅等，仅紫花苜蓿具有降低作物幼苗体内镉积累的效果，尤其对于甜玉米来说效果最佳。
具体地，所述A组分的制备方法，包括：亚精胺和柠檬酸加入到水中，搅拌均匀，即得组分A；
作为优选，以水为溶剂，按摩尔浓度计，所述A组分的组成为：亚精胺75mM，柠檬酸150mM。
作为优选，所述A组分和B组分的体积比为1:1～75；更优选，所述A组分和B组分的体积比为1:49。
所述紫花苜蓿提取液的制备方法包括：将紫花苜蓿枝干风干、粉碎后获得的粉末置于水中浸提，去除不溶物，获得紫花苜蓿提取液。
作为优选，所述粉末在水中的浸提浓度为5～50g/L。
作为优选，所述浸提的温度为25～35℃，时间为3～4天。
本发明还提供了所述复合喷施剂在降低作物苗期镉积累中的应用。
具体地，所述作物为玉米，更优选，所述作物为甜玉米。
为了使该喷施剂均匀分布并均匀喷洒于甜玉米叶面上，优选地，所述复合喷试剂中还加有表面活性剂。各种常用的表面活性剂均适用，例如吐温、厨房用清洁剂、脂肪酸甘油酯和农用有机硅中的至少一种。农用有机硅的表面活性剂效果较好，实际使用时农用有机硅是优选的表面活性剂，加入量为万分之二。
在玉米长至三叶期，每3～5天对玉米叶面喷施一次复合喷试剂，喷施时间为傍晚。每次喷施量以所有叶片湿润为准，喷施总次数为3～5次。每株喷施量随植株大小而异，用量约为15～50mL。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明以亚精胺和柠檬酸作为喷施剂的有效成分，结合镉离子富集植物的提取液成分，产生了显著的协同增效作用，再以适当浓度通过叶面喷施，有效地降低了作物幼苗体内镉含量的积累，缓解了镉对细胞的损害。
(2)本发明复合喷施剂以水为基质，制备工艺简单，使用方便，不会产生产品和环境污染，不易产生药害，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为亚精胺的分子结构式。
图2为不同喷施剂处理对镉胁迫下甜玉米生长的影响。
图3为不同喷施剂处理对镉胁迫下甜玉米叶片的光合荧光和光系统Ⅱ实际光化学效率(ΦPSII)的影响；
其中，A为光合荧光；B为光系统Ⅱ的实际光化学效率(ΦPSII)。
图4为不同喷施剂处理对镉胁迫下甜玉米叶片净光合速率的影响。
具体实施方式
以下实施例中，甜玉米父母本自交系来自浙江大学种子科学中心；亚精胺和柠檬酸购于阿拉丁试剂有限公司；磁力搅拌器型号为ZNCL-BS，购自于上海越众仪器设备有限公司。
实施例1
(1)植物材料
甜玉米(先甜5号)种子播种于包含草炭和蛭石(3:1，V:V)混合基质育苗钵中，出土后按照基质水分情况浇水保持基质湿润。第一片真叶出现后，移入水培箱(40cm×25cm×15cm)中，每个水培箱中7棵甜玉米苗，海绵固定。营养液采用霍格兰配方，每周更换一次营养液。
(2)复合喷施剂的制备
组分A的配制：将2.723g亚精胺与7.205g柠檬酸加入到250ml水中，充分搅拌溶解，得到成分A。
组分B的配制：将紫花苜蓿枝干风干，磨碎得到0.10-0.15mm粒径的粉末，取100g的粉末在室温下置于4L的水中浸渍3天，滤去不溶物，得到成分B。
组分C和D的配制：与组分B的配制步骤相同，由陆商和高羊茅枝干分别得到组分C和组分D。
将组分A和组分B按1:49(V/V)混匀，得到复合喷施剂(A+B)。
将组分A和组分C按1:49(V/V)混匀，得到复合喷施剂(A+C)。
将组分A和组分D按1:49(V/V)混匀，得到复合喷施剂(A+D)。
为了使喷施剂在水溶液中均匀分布并均匀喷洒于甜玉米叶面上，在喷施剂中加入表面活性剂。各种常用的表面活性剂均适用于该方法，如吐温、厨房用清洁剂、脂肪酸甘油酯和农用有机硅中的一种。本实施例采用农用有机硅作为表面活性剂，效果较好，每种喷施剂中的加入量为万分之二。
(3)镉胁迫处理
镉胁迫处理的浓度为150μM。
设置9个处理：分别为对照CK(清水培养)、Cd(镉胁迫处理的幼苗采用仅含有质量分数为万分之二的表面活性剂水溶液喷施处理)、A+B/Cd(镉胁迫处理的幼苗采用A+B复合喷试剂处理)、A+C/Cd(镉胁迫处理的幼苗采用A+C复合喷试剂处理)、A+D/Cd(镉胁迫处理的幼苗采用A+D复合喷试剂处理)、A/Cd(镉胁迫处理的幼苗采用清水稀释50倍的A组分处理)、B/Cd(镉胁迫处理的幼苗采用B组分处理)、C/Cd(镉胁迫处理的幼苗采用C组分处理)、D/Cd(镉胁迫处理的幼苗采用D组分处理)。每处理三次重复，每重复有7棵苗，对应一个水培箱。待甜玉米长至三叶期时，每3天喷施一次喷试剂，共喷施3次，喷施时间为傍晚，每株喷施量随植株大小而异，喷施至所有叶片湿润为止，用量约为15～50mL。
(4)镉含量的测定
分别取幼苗的叶片和根部，110℃杀青15min，然后75～80℃烘干2d，称取0.3g干样，过筛后加5mL硝酸，180℃消煮至液体澄清，漏斗过滤，加去离子水定容到50mL。使用原子吸收仪(岛津AA6300)测定。
(5)不同喷施剂处理对甜玉米叶片和根中镉含量积累的影响
结果如表1所示，Cd胁迫处理后，甜玉米根和叶片中的Cd含量分别为14.87μg/g和73.64μg/g，分别是对照的2.32倍和3.50倍。与单独镉处理相比，A处理与B处理均显著降低了幼苗叶片中的镉含量，且A+B处理后叶片中镉含量显著低于A与B单独处理，说明A组分与B组分可协同缓解镉离子在甜玉米幼苗叶片中的积累。植物提取液组分C与D则没有获得相应效果。
此外，镉处理的甜玉米根中镉含量显著上升，而各喷施剂处理的幼苗根中镉含量与对照均无显著差异，说明喷施剂处理主要是降低了甜玉米叶片中镉含量的积累，从而缓解镉对植物的毒害作用。
表1复合喷施剂对镉胁迫下甜玉米镉含量积累的影响
*小写字母表示处理间在α＝0.05(LSD测验)水平上的差异显著性。
(6)不同喷施剂处理对镉胁迫下甜玉米幼苗生长的影响
镉胁迫处理14天后，测定幼苗株高、茎叶干重和根干重。结果如表2所示，镉胁迫下，甜玉米幼苗地上与地下干物质的积累受到了显著的抑制，而株高则没有受到显著影响。与镉对照相比，A+B、A与B处理后甜玉米地上干重分别提高了22.50％、16.01％和8.32％。同时，A+B、A与B处理也显著提高了甜玉米幼苗的地下干重，说明组分A与组分B均有利于甜玉米幼苗在镉胁迫下的地上及地下部的干物质积累，且二者之间有相互促进的作用。植物提取液组分C与D则没有获得相应效果。
综上所述，A+B处理对缓解镉胁迫下甜玉米幼苗生长的抑制作用效果最好，且主要体现在能显著提高甜玉米地上部的干物质积累和生长。
表2复合喷施剂对镉胁迫下甜玉米幼苗生长的影响
*小写字母表示处理间在α＝0.05(LSD测验)水平上的差异显著性。
(7)不同喷施剂处理对镉胁迫引起的生长抑制的缓解效果
镉胁迫处理14d后，测定植物光合相关参数。结果如图2～4所示，其中图2是处理表型图，图3是甜玉米叶片的光合荧光与光系统II的实际光化学效率(ΦPSII)图，图4是甜玉米叶片净光合速率图。
结果表明，镉胁迫后的甜玉米叶片明显失绿黄化(图2)，喷施剂处理后，镉胁迫引起的光抑制得到缓解，其中以A+B处理的效果最佳，与单独镉处理相比，光系统II的实际光化学效率(ΦPSII)(图3)和净光合速率(Pn)(图4)分别提高了76.69％和52.83％，说明A+B处理有效地缓解了镉胁迫对甜玉米幼苗的光合抑制作用，提高了幼苗的光合生产。

Claims (8)

1.一种复合喷施剂，其特征在于，由体积比1:1～100的A组分和B组分组成；
所述A组分以水为溶剂，包含：亚精胺1～80mM，柠檬酸10～200mM；
所述B组分为紫花苜蓿提取液。
2.如权利要求1所述的复合喷施剂，其特征在于，所述A组分和B组分的体积比为1:1～75。
3.如权利要求1所述的复合喷施剂，其特征在于，以水为溶剂，所述A组分的组成为：亚精胺75mM，柠檬酸150mM。
4.如权利要求1所述的复合喷施剂，其特征在于，所述紫花苜蓿提取液的制备方法包括：将紫花苜蓿枝干风干、粉碎后获得的粉末置于水中浸提，去除不溶物，获得紫花苜蓿提取液。
5.如权利要求4所述的复合喷施剂，其特征在于，所述粉末在水中的浸提浓度为5～50g/L。
6.如权利要求5所述的复合喷施剂，其特征在于，所述浸提的温度为25～35℃，时间为3～4天。
7.如权利要求1～6任一所述的复合喷施剂在降低作物苗期镉积累中的应用。
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，在玉米长至三叶期时，每3～5天对玉米叶面喷施一次复合喷试剂，喷施时间为傍晚。
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