CN108650930A - 一种冷等离子体种子处理方法的应用 - Google Patents

Abstract

一种冷等离子体种子处理方法的应用，该应用可以在同时促进重金属镉胁迫下作物种子萌发及幼苗生长、提高作物产量、且降低粮食作物可食部位重金属含量。冷等离子体种子处理可使水稻在镉污染浓度为1.66 mg/L土壤中生长收获后，产量增加12.4%~38.9%，糙米中的Cd含量降低4.1%~33.8%；可使小麦在镉污染浓度为0.51mg/L土壤中生长收获后，籽粒中的Cd含量降低5.6%~23.8%。

Description

一种冷等离子体种子处理方法的应用

技术领域

本发明属于冷等离子体种子处理方法的应用，具体涉及一种冷离子体种子处理技术，旨在提高重金属胁迫下粮食作物种子萌发生长及产量，以及降低其可食部位重金属镉含量方面的新用途。

背景技术

镉(Cadmium，Cd)是一种生物毒性极强且高移动性的重金属元素，通过工业废物排放、农业杀虫剂及含Cd肥料施用而进入农业生产系统。镉污染在世界范围内广泛存在，如日本的“镉米事件”就是因为用被镉污染的河水灌溉农田，使稻米中含有大量镉，而引发镉中毒。据2014年环境保护部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国镉污染点位超标率为7.0％，受Cd污染的土地面积已超过1.333万hm²，涉及11个省25个地市。土壤中Cd的含量范围一般在0.01～2mg/kg，作物吸收Cd的量与土壤溶液中Cd浓度密切相关。镉污染不仅会造成农作物减产，还会累积到农产品可食部位。据报道，全国每年仅因重金属污染而减产的粮食达1000多万吨，被重金属污染的粮食也多达1200万吨，合计损失至少200亿人民币。其中，每年生产的Cd含量超标的农产品达730万吨，食用了含Cd的农产品将导致人体骨质疏松、易发癌症、肝肾功能紊乱以及高血压等症，严重威胁人类的生活品质和健康安全。

水稻和小麦是中国主要粮食作物之一。由于种子萌发和幼苗生长期是植物生命周期的重要阶段，也是对外界环境因子最敏感的时期之一，因而，种子萌发和苗期生长状况常作为评价重金属耐性的重要指标。研究表明，水稻品种对Cd的敏感性在不同生育时期具有一致性，水稻萌发时期生长状况直接影响作物以后的生长和产量。农田Cd污染会影响作物生长、产量和品质。不同的作物对Cd的吸收累积能力不一样，禾谷类作物，如水稻、小麦和玉米为Cd污染敏感型作物。虽然对Cd的生理耐受性较强，但其产品(籽实)易累积土壤中对人体有害的Cd而丧失食用价值。我国发布的食品安全国家标准《GB 2762—2017食品中污染物限量》对谷物碾磨加工品和糙米中镉限量指标分别是0.1和0.2mg/kg。当土壤Cd含量为2.21mg/kg时，糙米中Cd含量可达2.64mg/kg,超过食品卫生标准最高限量的12倍。不同水稻品种对Cd的吸收和分配存在明显差异，一般认为生育期较长对高产品种的糙米Cd含量高于生育期较短的中、低产品种的；杂交稻的Cd含量高于常规稻；籼稻品种糙米Cd含量高于粳稻。对于小麦而言，只有在土壤中镉含量较高(>1.411mg/kg)时，小麦籽粒才会有明显的镉积累。通常，作物受到Cd胁迫表现为根尖变黑、生长受阻、组织失绿、干物质产量降低等，严重时会导致作物死亡。目前用于促进重金属胁迫下种子萌发的方法有低剂量⁶⁰Co-γ辐照处理技术和外源添加水杨酸，含硫化合物等方法；用于减少土壤中Cd对作物毒害作用及其在作物籽实中含量的方法有加入钝化剂或是通过水肥管理等农艺调控措施，降低土壤中Cd的生物有效性，从而降低作物对其吸收累积，但这些方法在实际应用中都存在一定的局限性，如设备要求高或对环境造成一定的污染等。

利用等离子体处理农作物种子是近几年来的一个新兴的物理农业工程技术，具有成本低、操作简单、无污染等优点。该技术在俄罗斯及独联体国家已有一定的应用规模，中小型工厂化低温等离子体种子处理企业已经出现。在美国、加拿大等国家也有这方面的报道。国外研究证明，低温等离子体处理可以激活种子胚内生命物质，并使种皮相对软化，加快种子萌发和出苗速度，表现出一定的增长效果，同时起到抗旱、抗寒、防病等作用。国内的研究证明水稻种子经过等离子体处理后，种子活力增强，促进萌发、发芽势，发芽率提高，根系发达、还可以促进幼苗生长，提高产量。玉米、小麦、大葱、苜蓿种子经过等离子体处理提高了田间长势，还增强了作物苗期对冻害、水分胁迫和盐胁迫的抗性。

发明内容

解决的技术问题：本发明针对作物种子在重金属镉胁迫下发芽率低、发芽整齐度差以及幼苗生长弱、产量下降和作物可食部位Cd含量超标的问题，旨在提供一种冷等离子体种子处理方法的应用。

技术方案：冷等离子体种子处理方法在同时促进重金属镉胁迫下作物种子萌发及幼苗生长、提高作物产量、且降低粮食作物可食部位重金属含量中的应用。

上述应用具体为，在氦气氛围中，以60～100W非电离辐射处理种子12～18s。

上述重金属Cd²⁺胁迫浓度为1.12～11.2mg/L时，所述水稻品种为杂交稻II优98、粳稻Nipponbare和籼稻Anjana Dhan。

上述重金属Cd²⁺胁迫浓度为1.66mg/L时，所述水稻品种为杂交稻科两优889、Y两优900，II优1259、金两优882、晶两优534或粳稻南粳9108。

上述重金属Cd²⁺胁迫浓度为0.51mg/L时，所述小麦品种为苏麦188、罗麦10或镇麦9。

有益效果：冷等离子体处理可使水稻种子在5.6mg/L镉胁迫下的发芽率，发芽指数和活力指数较对照增加4.3％～18.3％，3.3％～18.3％和23.6％～46.8％；幼苗苗长和根长较对照增加3.9％～24.2％和13.6％～23.5％。冷等离子体处理可使1.12～11.2mg/L镉胁迫浓度下杂交稻II优98的发芽率，发芽指数，活力指数较对照增加4.1％～23.4％，4.2％～23.4％和14.5％～23.6％；幼苗苗高和根长较对照增加3.9％～46.9％和13.6％～46.7％。冷等离子体种子处理的功率和时间都可以人为控制，具备可重复性和实用性。同时，冷等离子体种子处理可使水稻在镉污染浓度为1.66mg/L土壤中生长收获后，产量增加12.4％～38.9％，糙米中的Cd含量降低4.1％～33.8％；可使小麦在镉污染浓度为0.51mg/L土壤中生长收获后，籽粒中的Cd含量降低5.6％～23.8％。

附图说明

图1冷等离子体种子处理降低不同品种水稻糙米中镉的含量；

图2冷等离子体处理提高了不同品种水稻的产量。

具体实施方式

以下给出本发明的非限定实施例。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，未注明的条件和方法等均为常规处理。本发明采用HD-2N型辉光放电冷等离子体种子处理机。

实施例1

将杂交稻II优98水稻种子进行冷等离子体处理。首先将种子置于冷等离子体种子处理机内，在80W的处理功率下对种子进行15s非电离辐射处理，处理介质为氦气，在真空环境中进行。将经过处理的种子分别在1.12mg/L、5.6mg/L和11.2mg/L镉胁迫下进行发芽实验，参照国家农作物种子检验规程-发芽试验(GB/T 3543.4-1995)进行。统计种子发芽率，测定苗高和根长。

本发明能有效促进不同浓度镉胁迫作用下杂交稻II优98的种子萌发(表1)。与对照(CK)相比，处理功率为80W，处理时间为15s时可以使II优98种子的发芽率、发芽指数和活力指数分别显著提高4.1％～23.4％，4.2％～23.4％和14.5％～23.6％。表2表明，本发明能够促进不同浓度镉胁迫作用下II优98幼苗生长。与对照相比，处理功率为80W，处理时间为15s时可以使II优98苗高和根长分别增加3.9％～46.9％和13.6％～46.7％。

表1冷等离子体种子处理对不同浓度镉胁迫下II优98种子萌发的影响

表2冷等离子体种子处理对不同浓度镉胁迫下II优98幼苗生长的影响

实施例2

将低耐镉毒害的粳稻Nipponbare种子进行冷等离子体处理。首先将种子置于冷等离子体种子处理机内，在80W的处理功率下对种子进行15s非电离辐射处理，处理介质为氦气，在真空环境中进行。将经过处理的种子在5.6mg/L镉胁迫下进行发芽实验，参照国家农作物种子检验规程-发芽试验(GB/T 3543.4-1995)进行。统计种子发芽率，测定苗高和根长。

本发明能有效促进5.6mg/L镉胁迫作用下低耐镉毒害的粳稻Nipponbare种子萌发及幼苗生长(表3)。与对照(CK)相比，处理功率为80W，处理时间为15s时可以使粳稻Nipponbare种子的发芽率、发芽指数和活力指数分别显著提高4.3％，3.3％和46.8％，幼苗苗高和根长分别增加24.2％和18.8％。

表3冷等离子体种子处理对5.6mg/L镉胁迫下粳稻Nipponbare种子萌发和幼苗生长的影响

处理	发芽率(％)	发芽指数	活力指数	苗高(mm)	根长(mm)
						CK	93	6.71	216.6	33	4.8
80W(15s)	97	6.93	318.0	41	5.7
						增加率(％)	4.3	3.3	46.8	24.2	18.8

实施例3

将高耐受镉毒害的籼稻Anjana Dhan种子进行冷等离子体处理。首先将种子置于冷等离子体种子处理机内，在80W的处理功率下对种子进行15s非电离辐射处理，处理介质为氦气，在真空环境中进行。将经过处理的种子在5.6mg/L镉胁迫下进行发芽实验，参照国家农作物种子检验规程-发芽试验(GB/T 3543.4-1995)进行。统计种子发芽率，测定苗高和根长。

本发明能有效促进5.6mg/L镉胁迫作用下高耐受镉毒害的籼稻Anjana Dhan种子萌发及幼苗的生长(表4)。与对照(CK)相比，处理功率为80W，处理时间为15s时可以使籼稻Anjana Dhan种子的发芽率、发芽指数和活力指数分别显著提高6.7％，12.8％和33.1％，幼苗苗高和根长分别增加8.8％和23.5％。

表4冷等离子体种子处理对5.6mg/L镉胁迫下籼稻Anjana Dhan种子萌发的影响

实施例4

将杂交稻两优889、Y两优900，II优1259、金两优882和粳稻南粳9108分别进行冷等离子体处理。首先将种子置于冷等离子体种子处理机内，在100W的处理功率下对种子进行15s非电离辐射处理，处理介质为氦气，在真空环境中进行。处理后的种子在一周内进行室内育苗，育苗35～40天后，移植于装有8kg某镉污染农田土壤的塑料桶中，每桶种6棵，每个处理设置3个平行，进行全生长期淹水管理方式的盆栽试验。按照每kg干土施用0.2g尿素、0.4g过磷酸钙和0.22g硫酸钾作为水稻生长所需的N、P、K底肥。镉污染农田土壤的基本理化性质为pH 5.48，有机质含量23.81g/kg，全氮、全磷和全钾分别含量为0.89、0.28和11.8g/kg，Cd的全量为1.66mg/kg。成熟期收获后测定水稻产量和糙米中镉含量，并与未经冷等离子体处理的对照组进行比较。如图1所示，冷等离子体种子处理能有效降低糙米中的镉含量，降镉率为4.5％～33.8％，并能起到一定的增产效果，产量增率为12.4％～38.9％(图2)。

实施例5

将杂交稻晶两优534种子进行冷等离子体处理。首先将种子置于冷等离子体种子处理机内，在100W的处理功率下对种子进行15s非电离辐射处理，处理介质为氦气，在真空环境中进行。处理后的种子在一周内进行育苗后，移植于某镉污染农田土壤，进行常规管理的小区试验，每个处理设置3个平行。每个试验小区面积为25m×25m；土壤基本理化性质为pH 5.86,有机质含量33.5g/kg，全氮、全磷和全钾含量分别为1.74、0.92和18.5g/kg，Cd的全量为0.51g/kg。按照当地农民常规施肥量和农艺管理方式进行水稻全生育期的小区试验，成熟期收获后测定水稻产量和糙米中镉含量，并与未经冷等离子体处理的对照组进行比较。如表5所示，冷等离子体种子处理能有效降低晶两优534糙米中的镉含量，降镉率为22.2％；产量与对照组相比略有降低，产量降率为2.9％。虽然产量略有降低，但是小区试验结果反映冷等离子体处理对水稻糙米的降镉效果显著，证明该技术值得推广应用于镉污染土壤的安全生产利用方面。

表5冷等离子体种子处理对杂交稻晶两优534产量和糙米中镉含量的影响

实施例6

将苏麦188、罗麦10和镇麦9的种子分别进行冷等离子体处理。首先将种子置于冷等离子体种子处理机内，在80W的处理功率下对种子进行15s非电离辐射处理，处理介质为氦气，在真空环境中进行。处理后的种子在一周内进行常规管理的田间小区试验，每个处理设置3个平行。每个试验小区面积为25m×25m；土壤基本理化性质为pH 5.86,有机质含量33.5g/kg，全氮、全磷和全钾含量分别为1.74、0.92和18.5g/kg，Cd的全量为0.51g/kg。按照当地农民常规施肥量和农艺管理方式进行小麦全生育期的小区试验，成熟期收获后测定小麦产量和籽粒中镉含量，并与未经冷等离子体处理的对照组进行比较。如表6所示，冷等离子体种子处理能有效降低3种小麦籽粒中的镉含量，降镉率为5.6～23.8％。

表6冷等离子体种子处理对不同品种小麦籽粒中镉含量的影响

Claims (5)

1.冷等离子体种子处理方法在同时促进重金属镉胁迫下作物种子萌发及幼苗生长、提高作物产量、且降低粮食作物可食部位重金属含量中的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于在氦气氛围中，以60~100W非电离辐射处理种子 12~18s。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于所述重金属Cd²⁺ 胁迫浓度为1.12~11.2mg/L时，所述水稻品种为杂交稻II优98、粳稻Nipponbare和籼稻Anjana Dhan。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于所述重金属Cd²⁺胁迫浓度为1.66 mg/L时，所述水稻品种为杂交稻科两优889、Y两优900， II优1259、金两优882、晶两优534或粳稻南粳9108。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于所述重金属Cd²⁺胁迫浓度为0.51 mg/L时，所述小麦品种为苏麦188、罗麦10或镇麦9。