CN107262388A - 一种快速筛选低积累重金属作物品种的方法及其所用的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农业技术和生物技术交叉技术领域，具体公开一种快速筛选低积累重金属作物品种的方法及其所用的装置。所述方法包括制备快速筛选低积累重金属作物品种的装置，然后将作物种子春化，在所述装置的营养琼脂中播种种子后，使用营养液培养，培养作物至所需时期后，向营养液中添加重金属溶液，培养后收获作物，进行低积累重金属作物品种筛选。本发明装置以不透光PVC板制作，不易浸出有害物质影响研究结果，还可以模拟作物根部在土壤中的黑暗条件，同时采用离心管以及小孔进行标记，标记方便，以采用水培的方式培养，营养液可提供营养和水分，成活率高，且能迅速、准确获得干净、完整作物植株，尤其是根部。
Description
技术领域
本发明涉及农业技术和生物技术交叉技术领域，尤其涉及一种快速筛选低积累重金属作物品种的方法及其所用的装置。
背景技术
近年来，长期累积的土壤污染问题开始显露，并呈现日益加剧的趋势，局部地区土壤重金属污染危害事件频发，对农产品安全和人体健康造成了严重威胁，引起国家和相关部门的高度重视。
关于土壤重金属污染的修复方法，目前，新兴的生物修复法是利用植物和微生物对重金属的吸收、转运和体内代谢等作用修复土壤中的重金属，其中包括超富集植物和低积累作物的种植，该方法相对于传统修复方法具有经济、环保和高效的优点。在我国，人多地少是不可改变的客观事实，我们不可能大面积种植野生植被去修复重金属污染的农业土壤，因此，在中、低浓度重金属污染且仍可以种植粮食作物的农田选择种植低积累重金属作物品种，可在不改变当地农民种植习惯的基础上，使农产品符合国家食品安全标准。
目前关于农作物种质资源较多，而在筛选低积累重金属作物品种的过程中使用田间试验进行筛选过程漫长，外界环境影响较大。因此，更多研究选择使用室内模拟试验进行低积累重金属作物品种的筛选。目前用于低积累重金属作物品种筛选的作物室内播种与培养主要采用砂培或培养介质培养后移栽法和直播土壤或营养钵培养法进行。该方法在石英砂或固体培养介质中播种时不易对每粒种子进行标记或标记工作量太大，且在移栽作物幼苗过程中作物幼苗根部及地上部易受损伤，需要进行缓苗，导致研究时间过长，且作物成活率降低，影响试验研究及试验结果，且待植株收获时较难收获作物完整根部，且土壤及营养钵中成分复杂，不易掌控，对部分试验研究而言具有一定的局限性。随着作物水培方法在研究及生活中的普及，室内水培模拟筛选试验受到众多研究者的青睐，但是常规的水培方法，易造成幼苗的损害，不利于成活，不仅不能保证植株的成活率和根部的完整性，而且因作物遗传基因的复杂性往往研究中对大量作物品种进行筛选研究，这便造成了诸多作物品种不易标记和移栽工作量较大的问题。
发明内容
针对现有标记工作量太大、成活率降低、难以收获作物完整根部等问题，本发明提供一种快速筛选低积累重金属作物品种的方法。
进一步，本发明还提供一种快速筛选低积累重金属作物品种的方法所用的装置。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种快速筛选低积累重金属作物品种的方法，所述方法至少包括以下步骤：
步骤1、制备快速筛选低积累重金属作物品种的装置，所述装置包括遮光箱及其盖、离心管，所述盖上设有若干小孔，小孔中装有离心管，所述离心管内装有固体营养琼脂，所述遮光箱内装有营养液，且营养液高度没过离心管的底部；
步骤2、将待筛选的作物种子春化；
步骤3、将春化后的待筛选的作物种子分别置于所述固体营养琼脂中，滴加1-3滴水；
步骤3、营养液配制，模拟生长需要所需的成分配制营养液；
步骤4、育苗：将保鲜膜覆盖于所述遮光箱上，且保鲜膜上扎若干孔，然后将播种后的遮光箱置于植物光照培养箱中，按作物生长条件调节植物光照培养箱环境参数，保持光照强度、光照时长、湿度，进行作物培养；
步骤5、作物培养到所需要生长时期后，向营养液中添加重金属离子，生长5~10天后，收获作物植株，测定植株中重金属含量；
步骤6、比较各待筛选的作物品种种子植株中重金属含量，重金属含量符合要求的即为合格种子。
相对于现有技术，本发明的快速筛选低积累重金属作物品种的方法，具有以下优势：
（1）采用水培的方式培养，营养液可以为作物生长提供充足的营养和水分，且到所需生长期后向营养液中添加重金属，既能保证在农作物正常生长的条件下又可干净简单的获取完整的作物植株，尤其是根部，利于保护作物根部不受损伤，利于对根部的观察及研究，也能迅速筛选出合适的作物品种。
（2）本发明提供的筛选方法，既能同时筛选不同种类的的农作物品种，也能筛选同种类不同型号的农作物品种，方便实用。
（3）本发明的筛选方法中作物种子无需灭菌，春化后可直接播种于离心管内的固体营养琼脂中，其不含碳水化合物成分，种子发芽过程中可提供相应的营养物质，保持种子湿润，且不易发霉，离心管和固体琼脂在作物种子萌发和幼苗生长过程中起固定作用，无需移植，该方法提高了种子的发芽率以及幼苗的成活率。
（4）覆盖扎有若干小孔的保鲜膜既能保证种子呼吸，也能保证培养环境的湿度。
一种快速筛选低积累重金属作物品种的方法所用的装置，包括遮光箱及其盖，所述盖上设有若干小孔，小孔中装有离心管，所述离心管内装有固体营养琼脂，所述遮光箱内装有营养液，营养液高度没过离心管的底部；所述遮光箱和盖用PVC制成。
相对于现有技术，本发明提供的快速筛选低积累重金属作物品种的方法所用的装置，采用不透光PVC板制作，不仅保证PVC板在营养液的微酸条件下不易浸出有害物质影响研究结果，还可以模拟作物根部在土壤中的黑暗条件，不易生长绿藻，利于根部的生长，保证研究结果的科学性；同时采用离心管以及小孔进行标记，材料易得，标记方便，确保每粒种子均可简单标记，适用于培养筛选生长期较短的任何生长期作物及生长期较长的苗期作物的筛选和培养，能够简单、快速、准确的培养健康、完整的作物植株，用于低积累重金属作物的筛选研究。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的快速筛选低积累重金属作物品种的装置示意图。
图中：1、遮光箱，2、扣手，3、盖，4、直角扣，5、支架，6、小孔，7、离心管，8、固体营养琼脂。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种快速筛选低积累重金属作物品种的方法，所述方法至少包括以下步骤：
步骤1、制备快速筛选低积累重金属作物品种的装置，所述装置包括遮光箱及其盖、离心管，所述盖上设有若干小孔，小孔中装有离心管，所述离心管内装有固体营养琼脂，所述遮光箱内装有营养液，且营养液高度没过离心管的底部；
步骤2、将待筛选的作物种子春化；
步骤3、将春化后的待筛选的作物种子分别置于所述固体营养琼脂中，滴加1-3滴水；
步骤3、营养液配制，模拟生长需要所需的成分配制营养液；
步骤4、育苗：将保鲜膜覆盖于所述遮光箱上，且保鲜膜上扎若干孔，然后将播种后的遮光箱置于植物光照培养箱中，按作物生长条件调节植物光照培养箱环境参数，保持光照强度、光照时长、湿度，进行作物培养；
步骤5、作物培养到所需要生长时期后，向营养液中添加重金属离子，生长5~10天后，收获作物植株，测定植株中重金属含量；
步骤6、比较各待筛选的作物品种种子植株中重金属含量，筛选出低积累重金属作物品种。
本发明提供的快速筛选低积累重金属作物品种的方法，既能同时筛选不同种类的的农作物品种，也能筛选同种类不同品种的农作物品种，采用水培的方式培养，营养液可以为作物生长提供充足的营养和水分，且到所需生长期后向营养液中添加重金属，既能保证在农作物正常生长的条件下又可干净简单的获取完整的作物植株，提高了种子的发芽率以及幼苗的成活率。
优选地，所述步骤5中重金属离子浓度根据培养作物和重金属元素的不同，添加的重金属浓度不同，所设置浓度以我国食用农产品产地土壤环境质量评价标准中重金属含量限值为准，结合农田土壤中重金属有效性的实际测量经验，设置浓度达到该限值有效态含量的1~2倍
优选地，所述添加的重金属为Pb、Cd、As中的一种或几种，所述Pb浓度为8~10mg/L，Cd浓度为0.1~0.3mg/L，As浓度为2~4mg/L。
优选地，所述固体营养琼脂的制法为：将琼脂和所述营养液按体积比为0.8-1:100混合，注满1.5mL离心管，冷却得到所述固体营养琼脂。
优选地，所述营养液配方为：0.4~0.6mM KNO3、0.3~0.4mM Ca(NO3)2、0.05~0.2mMMgSO4、0.3~0.4mM (NH4)2HPO4、1~3uM H3BO3、0.2~0.4µM MnCl2、0.05~0.1µM CuSO4、0.02~0.06µM NaMoO4、0.1~0.2µM ZnSO4、15~25µM FeNaEDTA。
本发明实施例提供一种快速筛选低积累重金属作物品种的方法所用的装置，包括遮光箱1及其盖3，所述盖上设有若干小孔6，小孔6中装有离心管7，所述离心管7内装有固体营养琼脂8，所述遮光箱1内装有营养液，营养液高度没过离心管7的底部；所述遮光箱1和盖3用PVC制成。
采用不透光PVC板制作，不仅保证PVC板在营养液的微酸条件下不易浸出有害物质影响研究结果，还可以模拟作物根部在土壤中的黑暗条件，不易生长绿藻，利于根部的生长，保证研究结果的科学性；同时采用离心管7以及小孔6进行标记，标记方便，确保每粒种子均可简单标记，适用于培养筛选生长期较短的任何生长期作物及生长期较长的苗期作物的筛选和培养，能够简单、快速、准确的培养健康、完整的作物植株，用于低积累重金属作物的筛选研究。
优选地，所述盖3四角分别设有支架5，所述盖3上设有若干孔径为1.5cm的小孔6，所述小孔6内安装底部减掉1cm的1.5mL的离心管7。
优选地，所述盖3通过直角扣4固定在遮光箱1上，且所述遮光箱1两侧设有扣手2。
盖3与遮光箱1为可拆卸连接，通过直角扣4固定，由于不同农作物的培养条件不同，所以盖3上的小孔间隔不同，制作适用于不同农作物的盖3，装置制备方便，且可拆卸连接有助于培养完毕以后获得完整的植株
优选地，根据作物种子不同，所述盖上的小孔6的数目和间隔不同。
优选地，白菜种子所述盖3上的小孔6的横向间隔为6-7cm，纵向间隔为6-7cm，玉米种子所述盖3上的小孔6的横向间隔为6-6.5cm，纵向间隔为6-6.5cm，水稻种子所述盖3上的小孔6的横向间隔为6-6.5cm，纵向间隔为3-3.5cm。
实施例1
快速筛选Pb低积累白菜品种的方法：
步骤1、制备快速筛选Pb低积累白菜品种子的装置。
如附图1所示，所述装置包括装有营养液的遮光箱1，以及通过直角扣4固定在遮光箱1上的盖3，所述盖3四角分别设有支架5，所述盖3上设有10个孔径为1.5cm的小孔6，小孔的横向间隔为7cm，纵向间隔为6cm，所述遮光箱1两侧设有扣手2。
遮光箱1与盖3采用厚度为3mm的PVC材料，长：45cm，宽：15cm，高：10cm。
步骤2、按上述制备快速筛选Pb低积累白菜品种的装置，在遮光箱1内装营养液，模拟生长需要所需的成分配制营养液。营养液配方为：0.6mM KNO3、0.4mM Ca(NO3)2、0.1mMMgSO4、0.4mM (NH4)2HPO4、2µM H3BO3、0.36µM MnCl2、0.06µM CuSO4、0.04µM NaMoO4、0.1µMZnSO4和20µM FeNaEDTA。
步骤3、将白菜种子置于4℃冰箱冷藏，春化，将琼脂和所述营养液按体积比为1:100混合，注满1.5mL离心管7，冷却得到所述固体营养琼脂8，剪掉离心管底部1cm，在所述固体营养琼脂8表面中心挖一个洞，将春化的白菜种子置于洞中，且滴加蒸馏水2滴，然后离心管7上进行种子标记，置于小孔6中，营养液没过离心管底部。
步骤4、利用所述支架5将保鲜膜覆盖于所述遮光箱1上且保鲜膜上扎若干孔，然后将播种后的遮光箱1置于植物光照培养箱中，调节植物光照培养箱环境参数，保持16/8h光照/黑暗循环，黑暗/光照温度维持在22/26℃，光照强光照强度2500lx，进行白菜培养；播种后每天观察种子发芽情况，及时补水，培养两天白菜种子发芽后将保鲜膜去掉，每5~7天更换培养箱中营养液。为保证白菜生长整齐且培养条件一致性约2~3天将水培培养箱随机更换位置。
步骤5、培养30d后向营养液中加入Pb浓度为10 mg/L（以Pb(NO3)形式加入），培养7天后收获培养的白菜幼苗植株。
步骤6、收获白菜时将白菜新鲜样品用不锈钢剪刀分离地上部及根部，分别使用蒸馏水-去离子水洗净后，将根系置于20mM乙二胺四乙酸二钠浸泡30min，除去表面粘附的重金属离子，然后用蒸馏水、去离子水洗净，吸干表面水分。洗净后白菜地上部及根部置于鼓风干燥箱中，105℃杀青30min，65℃烘干至恒重。
步骤7、植物样品烘干后使用不锈钢粉碎机粉碎，使用混合酸HNO3-HClO4（体积比：87/13）湿式消解法消解，ICP-MS测定消解液中Pb含量。
步骤8、比较各待筛选的白菜种子植株中重金属含量，筛选出低积累Pb白菜品种。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种快速筛选低积累重金属作物品种的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1、制备快速筛选低积累重金属作物品种的装置，所述装置包括遮光箱及其盖、离心管，所述盖上设有若干小孔，小孔中装有离心管，所述离心管内装有固体营养琼脂，所述遮光箱内装有营养液，且营养液高度没过离心管的底部；
步骤2、将待筛选的作物种子春化；
步骤3、将春化后的待筛选的作物种子分别置于所述固体营养琼脂中，滴加1-3滴水；
步骤3、营养液配制，模拟生长需要所需的成分配制营养液；
步骤4、育苗：将保鲜膜覆盖于所述遮光箱上，且保鲜膜上扎若干孔，然后将播种后的遮光箱置于植物光照培养箱中，按作物生长条件调节植物光照培养箱环境参数，保持光照强度、光照时长、湿度，进行作物培养；
步骤5、作物培养到所需要生长时期后，向营养液中添加重金属离子，生长5~10天后，收获作物植株，测定植株中重金属含量；
步骤6、比较各待筛选的作物品种种子植株中重金属含量，筛选出低积累重金属作物品种。
2.如权利要求1所述的快速筛选低积累重金属作物品种的方法，其特征在于：所述步骤5中重金属离子浓度根据培养作物和重金属元素的不同，添加的重金属浓度不同，所设置浓度以我国食用农产品产地土壤环境质量评价标准中重金属含量限值为准，结合农田土壤中重金属有效性的实际测量经验，设置浓度达到该限值有效态含量的1~2倍。
3.如权利要求2所述的快速筛选低积累重金属作物品种的方法，其特征在于：所述添加的重金属为Pb、Cd、As中的一种或几种，所述Pb浓度为8~10mg/L，Cd浓度为0.1~0.3mg/L，As浓度为2~4mg/L。
4.如权利要求1所述的快速筛选低积累重金属作物品种的方法，其特征在于：所述固体营养琼脂的制法为：将琼脂和所述营养液按体积比为0.8-1:100混合，注满1.5mL离心管，冷却得到所述固体营养琼脂。
5.如权利要求1所述的快速筛选低积累重金属作物品种的方法，其特征在于：所述营养液配方为：0.4~0.6mM KNO3、0.3~0.4mM Ca(NO3)2、0.05~0.2mM MgSO4、0.3~0.4mM (NH4)2HPO4、1~3uM H3BO3、0.2~0.4µM MnCl2、0.05~0.1µM CuSO4、0.02~0.06µM NaMoO4、0.1~0.2µMZnSO4、15~25µM FeNaEDTA。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的快速筛选低积累重金属作物品种的方法所用的装置，其特征在于：包括遮光箱及其盖，所述盖上设有若干小孔，小孔中装有离心管，所述离心管内装有固体营养琼脂，所述遮光箱内装有营养液，营养液高度没过离心管的底部；所述遮光箱和盖用PVC制成。
7.如权利要求6所述的快速筛选低积累重金属作物品种的方法所用的装置，其特征在于：所述盖四角分别设有支架，所述盖上设有若干孔径为1.5cm的小孔，所述小孔内安装底部减掉1cm的1.5mL的离心管。
8.如权利要求6所述的快速筛选低积累重金属作物品种的方法所用的装置，其特征在于：所述盖通过直角扣固定在遮光箱上，且所述遮光箱两侧设有扣手。
9.如权利要求6所述的快速筛选低积累重金属作物品种的方法所用的装置，其特征在于：根据作物种子不同，所述盖上的小孔的数目和间隔不同。
10.如权利要求9所述的快速筛选低积累重金属作物品种的方法所用的装置，其特征在于：白菜种子所述盖上的小孔的横向间隔为6-7cm，纵向间隔为6-7cm，玉米种子所述盖上的小孔的横向间隔为6-6.5cm，纵向间隔为6-6.5cm，水稻种子所述盖上的小孔的横向间隔为6-6.5cm，纵向间隔为3-3.5cm。
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