CN107306952A

CN107306952A - 谷氨酰胺抑制小白菜Pb吸收及提高抗Pb污染能力的方法

Info

Publication number: CN107306952A
Application number: CN201710408075.7A
Authority: CN
Inventors: 徐茂军; 董菊芳; 郑耀奇
Original assignee: Hangzhou Normal University
Current assignee: Hangzhou Normal University
Priority date: 2017-06-02
Filing date: 2017-06-02
Publication date: 2017-11-03
Anticipated expiration: 2037-06-02
Also published as: CN107306952B

Abstract

本发明公开了一种利用谷氨酰胺处理抑制植物对重金属Pb吸收减轻蔬菜重金属污染并且降低Pb对蔬菜损伤及生长抑制的应用及方法。本发明利用谷氨酰胺处理抑制植物对土壤中Pb吸收，通过对不同Pb污染土壤中生长的小白菜等蔬菜施用10 mmol/L谷氨酰胺，可以有效抑制小白菜对土壤Pb的吸收，降低Pb在小白菜根及茎叶中积累，减轻小白菜Pb污染。

Description

谷氨酰胺抑制小白菜Pb吸收及提高抗Pb污染能力的方法

技术领域

本发明属于农业生物技术领域，具体涉及一种利用谷氨酰胺处理抑制小白菜对重金属Pb吸收及提高小白菜抗Pb污染能力的应用及方法。

背景技术

民以食为天，食以安为先，食品安全是事关国计民生的大事。农产品既可以直接食用，又是食品加工的基本原料，其安全性高低对老百姓菜篮子、米袋子安全性的影响举足轻重。近年来，由于土壤等环境重金属污染而引起的农产品安全性问题日益严重，包括铅（Pb）在内的重金属含量超标的农产品环境污染安全事件频频发生，已经成为影响我国食品安全性问题的重要因素之一。据不完全统计，到2012年底我国受重金属污染的土壤约为3亿亩，全国每年受重金属污染的粮食高达1200万吨，直接经济损失超过300亿元。随着我国工业化、城镇化进程的不断发展，农产品重金属污染情况将会越来越严重。

针对目前农产品重金属污染的特点，目前国际上普遍提倡采用“拒吸”、“去除”等方法解决农产品重金属污染问题。农作物对环境污染物的吸收、富集作用是有害重金属进入食物链的源头。抑制农作物对土壤重金属的吸收富集作用（拒吸作用）是从源头上阻断环境有害重金属进入食物链的有效手段，也是解决有害重金属从田间向餐桌迁移的关键控制技术。

针对土壤重金属污染引发的农产品重金属含量超标问题，国内外研究者开展了广泛的研究。在通过农作物拒吸作用降低农产品重金属含量的研究方面，目前所采用的技术和方法主要有物理和化学复合阻控、水肥调控和栽培优化、种植结构调整以及采用传统方法选育低重金属吸收的农作物品种等技术。其中，土壤重金属复合阻控技术大都通过对重金属的固化/钝化作用减少农作物的吸收，而栽培优化以及农作物新品种选育等技术则利用不同农作物本身对重金属的吸收特性减少重金属在农产品中积累。虽然上述措施对降低农产品重金属含量具有一定的效果，但是生产实践中操作具有一定的难度，而且难以完全解决农产品重金属污染问题。通过对农作物重金属吸收作用的精准调控增强农作物重金属拒吸能力，降低农产品中的重金属含量，被认为是未来解决农产品重金属污染问题的重要发展趋势。

重金属不仅对人体有害，对植物也会造成严重的伤害。当植物体内重金属含量积累到一定程度时，会造成植物体内代谢过程紊乱，影响植物正常的生长发育，严重时导致植物死亡。目前，国内外对包括Pb在内的重金属对植物的胁迫效应及其机制研究的较为广泛，但是有关减轻重金属对植物的伤害作用的研究报道及应用技术还比较少见。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种利用谷氨酰胺处理抑制植物对重金属Pb吸收减轻蔬菜重金属污染并且降低Pb对蔬菜损伤及生长抑制的应用及方法。其具体技术方案如下：

谷氨酰胺在抑制小白菜Pb吸收及提高小白菜抗Pb污染能力的应用。

进一步的，所述谷氨酰胺浓度为5 mmol/L-20 mmol/L。

进一步的，所述谷氨酰胺浓度优选为10 mmol/L。

进一步的，谷氨酰胺母液的配置方法为：准确称取29.220 g谷氨酰胺，加少许去离子水溶解，以去离子水定容至1000 mL，即得200 mmol/L的谷氨酰胺母液。

本发明利用谷氨酰胺处理抑制植物对土壤中Pb吸收，通过对不同Pb污染土壤中生长的小白菜等蔬菜施用10 mmol/L谷氨酰胺，可以有效抑制小白菜对土壤Pb的吸收，降低Pb在小白菜根及茎叶中积累，减轻小白菜Pb污染。生长在200、400、600 mg/kg Pb污染土壤中的小白菜经10 mmol/L谷氨酰胺处理20天后，茎叶中Pb含量分别比未经谷氨酰胺处理的小白菜下降了31.2%、39.8%和47.8%。生长在200、400、600 mg/kg Pb污染土壤中的小白菜经10mmol/L谷氨酰胺处理20天后，根和茎叶重量（鲜重）重量分别比未经谷氨酰胺处理的小白菜提高了28.2%、36.6%、47.8%和22.3%、31.7%、42.1%。生长在200、400、600 mg/kg Pb污染土壤中的小白菜经10 mmol/L谷氨酰胺处理20天后，根系及叶片离子渗漏率分别比未经谷氨酰胺处理的小白菜下降了30.8%、43.6%、49.8%和24.2%、31.4%、38.6%，根系及叶片丙二醛含量分别比未经谷氨酰胺处理的小白菜下降了27.9%、33.6%、40.8%和22.7%、29.4%、35.6%，根系及叶片细胞活力则分别提高了23.6%、33.6%、45.3%和19.4%、30.4%、39.8%。

附图说明

图1为不同浓度谷氨酰胺（Gln）对Pb污染土壤中小白菜中Pb含量的抑制作用检测结果。

具体实施方式

本发明下面结合实施例予以进一步详述。

实施例1：不同浓度谷氨酰胺对小白菜Pb污染的抑制作用

用水将营养土、珍珠岩和蛭石按4:1:1的比例混合均匀，混合营养土的基本特性如下：pH 6.3、总氮含量 1.38 g/kg、总磷含量0.12%、总钾含量2.1%、总有机质含量 21.2 g/kg、有效氮含量 0.11 g/kg、有效磷含量11.2 mg/kg、铅含量 13 mg/kg。取60只塑料育苗盆，每盆加入5 Kg上述混合好的营养土，同时加入Pb(NO₃)₂使每盆营养土中Pb含量为400 mg/k。将上述育苗盆平均分为4组（每组15盆）。

将小白菜（蚕白）种子（购买于浙江省农业科学院）按株行距10×10厘米间距播种于育苗盆中，每盆定植50株，放于培养间培养。培养条件为：早上8:00至晚上20:00，光周期12 h，光照密度为100 µmol·m^-2·s^-1（波长为400-700nm），温度27℃，湿度70%。每周用营养液施肥两次，每次200 mL。营养液配方如下。

营养液配方（25 L）：硝酸钙31.5 g、硝酸钾7.25 g、磷酸二氢钾8.75 g、硫酸镁27.5 g、硫酸铵59.25 g、EDTA0.5 g、硼酸0.072 g、硼砂0.11 g、硫酸锰0.053 g、硫酸铜1.25 mg、硫酸锌5.5 mg。

播种10天后，用不同浓度的谷氨酰胺溶液均匀喷洒小白菜苗：第一组喷洒5 mmol/L谷氨酰胺200 mL，第二组喷洒10 mmol/L谷氨酰胺200 mL，第三组喷洒20 mmol/L谷氨酰胺200 mL，第四组喷洒去离子水200 mL（设置为未经谷氨酰胺处理的对照组）。

谷氨酰胺溶液的配置方法：准确称取29.220 g谷氨酰胺，加少许去离子水溶解，以去离子水定容至1000 mL，即得200 mmol/L的谷氨酰胺母液。使用时将上述谷氨酰胺母液分别稀释为5、10、20 mMmmol/L的谷氨酰胺使用液。

待谷氨酰胺处理5、10、15、20天后分别取样测定各组小白菜茎叶中Pb含量，考查不同浓度谷氨酰胺处理对生长于Pb污染土壤中的小白菜Pb含量的抑制效果。结果表明，谷氨酰胺处理对小白菜中Pb污染具有抑制作用，并且呈现明显的浓度剂量效应：谷氨酰胺浓度为5-10 mmol/L时小白菜中Pb含量随着谷氨酰胺浓度升高而逐渐降低，但是当谷氨酰胺浓度超过10 mmol/L时继续升高谷氨酰胺浓度，小白菜中Pb含量不再显著下降，见图1。测定结果说明，10 mmol/L谷氨酰胺是抑制小白菜Pb污染的适宜条件。

实施例2：谷氨酰胺处理对不同Pb污染浓度的土壤中生长的小白菜根及地上部分Pb含量的影响

取60只塑料育苗盆，每盆加入5 Kg上述混合好的营养土，将上述育苗盆平均分为3组（每组20盆）。分别向上述3组育苗盆加入Pb(NO₃)₂使第一组育苗盆营养土中Pb含量为200mg/k、第二组育苗盆营养土中Pb含量为400 mg/k、第三组育苗盆营养土中Pb含量为600 mg/k。按照实施例1描述的方法在上述各盆中播种小白菜。同时按照实施例1描述的方法进行培养。

播种10天后，将上述每组育苗盆再平均分为2小组，向第一小组小白菜苗均匀喷洒10 mmol/L谷氨酰胺200 mL，向第二小组小白菜苗均匀喷洒去离子水200 mL。谷氨酰胺溶液配制的配制方法见实施例1。

待谷氨酰胺处理5、10、15、20天后分别取样测定各组小白菜根及茎叶中Pb含量，考查谷氨酰胺处理对不同Pb污染浓度的土壤中生长的小白菜根及地上部分Pb含量（mg/kg）的影响。结果表明，喷洒10 mmol/L谷氨酰胺对不同浓度Pb污染土壤中生长的小白菜根及茎叶中Pb积累均有明显的抑制作用，谷氨酰胺处理20天后，三种浓度Pb污染土壤中小白菜根中Pb含量分别下降了35.7%、43.2%和50.8%；茎叶中Pb含量分别下降了31.2%、39.8%和47.8%，见表1。

表1. 谷氨酰胺（Gln，10 mmol/L）处理对不同Pb污染土壤中生长的小白菜根及地上部分Pb含量（mg/kg）的影响。

* 表示相同Pb浓度下Gln处理组蔬菜根或者地上部分Pb含量与相应的对照组（未经Gln处理）测定结果相比存在显著差异（相同时间点取样）。

实施例3：谷氨酰胺处理对不同Pb污染土壤中小白菜生长情况的影响

取40只塑料育苗盆，每盆加入5 Kg上述混合好的营养土，将上述育苗盆平均分为4组（每组10盆）。分别向其中3组育苗盆加入Pb(NO₃)₂使第一组育苗盆营养土中Pb含量为200mg/k、第二组育苗盆营养土中Pb含量为400 mg/k、第三组育苗盆营养土中Pb含量为600 mg/k。第四组育苗盆中加入等量的去离子水（加入0 mg/kg Pb）。按照实施例1描述的方法在上述各盆中播种小白菜。同时按照实施例1描述的方法进行培养。

播种10天后，将第一至三组育苗盆再平均分为2小组，向第一小组小白菜苗均匀喷洒10 mmol/L谷氨酰胺200 mL，向第二小组小白菜苗均匀喷洒去离子水200 mL。谷氨酰胺溶液配制的配制方法见实施例1。另外，向未加Pb的第四组小白菜苗均匀喷洒去离子水200mL。

待谷氨酰胺处理20天后分别取样测定各组小白菜根及茎叶重量，考查谷氨酰胺处理对不同Pb污染浓度的土壤中小白菜生长的影响。结果表明，谷氨酰胺处理20天后，三种浓度Pb污染土壤中小白菜单株根重分别增加了28.2%、36.6%和47.8%；单株茎叶重量分别增加了22.3%、31.7%和42.1%，见表2。

表2. 谷氨酰胺（Gln，10 mmol/L）处理对不同Pb污染土壤中小白菜生长的影响^a。

^a Gln处理20天后小白菜样品测定结果。

* 表示相同Pb浓度下Gln处理组蔬菜根或者地上部分Pb含量与相应的对照组（未经Gln处理）测定结果相比存在显著差异。

实施例4：谷氨酰胺处理对不同Pb污染土壤中小白菜根及叶片损伤及细胞活力的影响

待谷氨酰胺处理20天后分别取样测定各组小白菜根及叶片的丙二醛含量 (nmol/g FW)、离子渗漏率 (%)及细胞活力 (%)，考查谷氨酰胺处理对不同Pb污染浓度土壤中生长的小白菜根及叶片损伤的保护作用及细胞活力的提升作用。结果表明，谷氨酰胺处理20天后，三种浓度Pb污染土壤中小白菜根及叶片的丙二醛分别下降了27.9%、33.6%、40.9%和22.7%、29.4%、35.6%；谷氨酰胺处理20天后，三种浓度Pb污染土壤中小白菜根及叶片的离子渗漏率分别减少了30.8%、43.6%、49.8%和24.2%、31.4%、38.6；谷氨酰胺处理20天后，三种浓度Pb污染土壤中小白菜根及叶片细胞活力分别增加了23.6%、33.7%、45.3%和19.4%、30.4%、39.8%，见表3。

表3. 谷氨酰胺（Gln，10 mmol/L）处理对不同Pb污染土壤中小白菜根和地上部分中丙二醛、细胞活力和离子渗漏率的影响^a。

^a Gln处理20天后小白菜样品测定结果。

* 表示相同Pb浓度下Gln处理组蔬菜根或者地上部分测定值与相应的对照组（未经Gln处理）相比存在显著差异。

Claims

1.谷氨酰胺在抑制小白菜Pb吸收及提高小白菜抗Pb污染能力的应用。

2.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述谷氨酰胺浓度为5 mmol/L-20 mmol/L。

3.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述谷氨酰胺浓度优选为10 mmol/L。

4.如权利要求2所述的应用，其特征在于：谷氨酰胺母液的配置方法为：准确称取29.220 g谷氨酰胺，加少许去离子水溶解，以去离子水定容至1000 mL，即得200 mmol/L的谷氨酰胺母液。