CN108704929A - 一种玉米杂交后代混种降低玉米籽粒中重金属含量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种玉米杂交后代混种降低玉米籽粒中重金属含量的方法，属于植物重金属污染修复技术领域。所述方法是将两种生态型牛膝菊进行杂交获得的杂交后代，与玉米进行混种，用于降低玉米籽粒中的镉含量；所述两种生态型牛膝菊分别为农田生态型牛膝菊和矿山生态型牛膝菊。采用本发明的上述方法用于玉米栽培，可对玉米各部位的重金属镉含量降低效果明显，并能显著提高牛膝菊杂交后代对重金属镉的吸收能力，与其他混种方法相比修复效果更突出，具有更显著的进步，适于进行农业生产应用，能够对土壤和植物中的重金属镉污染起到很好的修复作用。

Description

一种玉米杂交后代混种降低玉米籽粒中重金属含量的方法
技术领域
本发明属于植物重金属污染修复技术领域，具体涉及一种玉米杂交后代混种降低玉米籽粒中重金属含量的方法。
背景技术
随着世界经济的发展和人口数量的增加，人类活动日趋频繁，土壤作为人类赖以生存的自然资源越来越不堪重负，其遭受的污染和破坏已日趋严重。由于生产活动中的重金属排放量与日俱增，土壤中重金属含量超标已成为人类面临的重要环境问题，而重金属由于其毒性大、难降解、易积累，可在生物体内富集，造成土壤和作物的污染，对作物的生长和品质有较大危害，被作物吸收富集进入食物链后，具有损害人体和动物健康的潜在危险。这种污染的特殊性在于它不能被土壤微生物降解，在土壤中积累到一定程度后会对植物产生毒害和破坏。
重金属中的镉作为毒性最强的元素之一，是植物生长非必需的元素，其危害极其严重。我国Cd污染耕地达1.3×104hm2，涉及11个省市的25个地区，远超过其他几种土壤重金属元素。镉对植物和人体健康都有极大的危害，目前对土壤和作物镉污染的治理已经引起国内外的广泛重视，但传统的污染土壤修复方法的大规模推广应用存在较大问题。植物修复是一种新技术，与涉及大型耗能设备的方法相比，是一种廉价的方法，具有成本低、效益高、环境友好等优点。
植物修复技术目前最常用的方法是混种，其中最常用的是采用超富集植物进行混种栽培的方法。研究发现，镉超富集植物龙葵混种樱桃苗，可减少樱桃苗的镉含量，同时提高了龙葵镉含量。这为减少普通植物体内重金属含量并修复污染土壤提供了一条新途径。但普通植物对与其混种的超富集植物重金属积累的影响因植物的种类而异。蒋成爱等将镉超富集植物东南景天与黑麦草、玉米、大豆混种于Cd、Zn污染土壤，发现混种显著地提高了东南景天对Zn的积累，同时也显著降低了玉米和黑麦草对Cd和Zn的吸收。因此，只有通过合适的植物搭配进行间(混)种才能提高超富集植物的重金属吸收量，这样不仅有利于土壤修复，又能进行正常的农业生产。
对于采用混种用于修复玉米种植地土壤中重金属污染的方法已有研究报道，但目前的修复方法玉米中镉的含量仍高于国家标准值。混种修复的方式仍不多样，修复效果尚未达到理想水平。如何研究新的混种方法用于土壤中镉的污染治理，以保证玉米的安全生产，有待更进一步研究。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种玉米杂交后代混种降低玉米籽粒中重金属含量的方法，以期提供一种高效、实用的混种方法来修复玉米籽粒及土壤中的镉污染。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：玉米杂交后代混种降低玉米籽粒中重金属含量的方法，所述方法是将两种生态型牛膝菊进行杂交获得的杂交后代，与玉米进行混种，用于降低玉米籽粒中的镉含量；所述两种生态型牛膝菊分别为农田生态型牛膝菊和矿山生态型牛膝菊。
如本发明实施例所示，采用上述杂交混种方法，能够最大程度降低玉米各器官及籽粒中的镉含量，与其他杂交混种方法相比具有更大的优势，能够更好用于土壤及作物镉污染的修复治理。
进一步的，所述杂交是以矿山生态型牛膝菊作为母本，以农田生态型牛膝菊作为父本进行杂交。
进一步的，所述杂交的具体方式为：在盛花期，于前一天将矿山生态型牛膝菊花苞中的雄蕊除去，并套袋隔离，于第二天将农田生态型牛膝菊的花粉涂抹于矿山生态型牛膝菊去雄花的雌蕊上，并套袋隔离，待植株成熟后收集杂交后代的种子。
进一步的，所述混种是将两种生态型牛膝菊的杂交后代种子与玉米种子进行同期播种，混种比例为6:1。
进一步的，所述玉米种子在播种时，先于30℃的温水中浸种2-3小时，然后于15～20℃下进行催芽处理。
进一步的，混种期间，待玉米种子长出3～5片叶后，按8～10株/m2的种植密度进行间苗。
进一步的，混种期间，待牛膝菊杂交后代长出2～3片叶后，按2～4株/m2的种植密度进行间苗。
进一步的，混种期间保持土壤田间持水量为50～80％。
进一步的，混种期间进行田间管理，及时去除杂草和防治病虫害。
本发明的有益效果如下：本发明提供了一种采用超富集植物牛膝菊不同生态型杂交后代，与玉米进行混种来实现降低玉米籽粒中重金属镉污染的方法，该方法对玉米各部位的重金属镉含量降低效果明显，并能显著提高牛膝菊杂交后代对重金属镉的吸收能力，与其他混种方法相比修复效果更突出，具有更显著的进步，适于进行农业生产应用，能够对土壤和植物中的重金属镉污染起到很好的修复作用。
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，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
(一)试验地土壤：
本试验在四川雅安某受镉污染的农田上进行，该农田土壤pH值为5.57，有机质43.37g·kg-1，全氮2.34g·kg-1，全磷0.71g·kg-1，有效钾26.68g·kg-1，农田中重金属镉含量达到5.73mg·kg-1。
(二)杂交后代培育：
矿山生态型牛膝菊种子取自四川省雅安市汉源县唐家铅锌矿，农田生态型牛膝菊种子取自四川农业大学雅安校区农场，将收集的牛膝菊种子播种于21cm×20cm(直径×高)的塑料盆内，试验用土取自四川农业大学雅安校区农场，该农场土壤未受镉污染。在盛花期开始杂交，处理方式如下：
以矿山生态型牛膝菊为母本进行杂交：在开花前一天下午，将矿山生态型牛膝菊花苞中的雄蕊除去，并套袋隔离，于第二天中午将农田生态型牛膝菊的花粉涂抹于矿山生态型牛膝菊去雄花的雌蕊上，并套袋隔离，待植株成熟后收集杂交后代的种子进行混种(记为SS)。
分别以玉米单种(记为CK)、玉米与牛膝菊直接混种(包括与矿山生态型混种——记为SK，和与农田生态型混种——记为SN)、相同生态型牛膝菊杂交后代与玉米混种(包括两种矿山生态型牛膝菊杂交后代混种——记为KK，和两种农田生态型牛膝菊杂交后代混种——记为NN)同时进行试验，并收集杂交后代的成熟种子。
(三)混种栽培：
玉米品种选用郑单958的成熟种子，混种作物选择上述收集的牛膝菊杂交后代的成熟种子，于2016年6月初同期播种，玉米种子事先于30℃的温水中浸种2-3小时，然后于15～20℃下进行催芽处理。在玉米种植时，将牛膝菊杂交后代与玉米同时播种，按照混种比例为6:1进行播种。待玉米种子长出3～5片叶后，按8～10株/m2的种植密度进行间苗，待超富集植物牛膝菊杂交后代种子长出2～3片叶后，按2～4株/m2的种植密度进行间苗。混种期间保持土壤田间持水量为50～80％，并按照日常养护，及时去除杂草和防治病虫害。
待玉米生长进入成熟期和牛膝菊杂交后代生长进入旺盛期，对各植株材料进行整株取样，测定玉米各器官中的镉含量；并测定牛膝菊杂交后代的根系及地上部分的镉含量。
镉含量的测定方法：将植物样品粉碎，用体积比为4:1的硝酸-高氯酸消化各植物样品后，用iCAP 6300型ICP光谱仪测定。
(四)试验结果：
测定玉米各器官中的重金属镉含量见表1，牛膝菊杂交后代根系及地上部分的镉含量见表2。
表1玉米各器官中重金属镉含量
注：数据后的小写字母表示在5％水平的差异，表2同。
从表1可以看出，采用不同生态型牛膝菊杂交所得杂交后代与玉米进行混种的方法，能够最大程度降低玉米各器官的镉含量，尤其是将玉米籽粒的含量降到满足《食品安全国家标准》(GB2762——2017)，而采用其它杂交或混种方式，玉米中镉含量的降低效果不显著。
表2牛膝菊杂交后代根系及地上部分镉含量
从表2可以看出，经不同生态型牛膝菊杂交所得杂交后代与玉米进行混种后，所得牛膝菊杂交后代的根系及地上部分镉含量最高，与其他杂交混种处理相比，可更好用于土壤中重金属镉污染的修复。

Claims (9)

1.一种玉米杂交后代混种降低玉米籽粒中重金属含量的方法，其特征在于，所述方法是将两种生态型牛膝菊进行杂交获得的杂交后代，与玉米进行混种，用于降低玉米籽粒中的重金属镉含量；所述两种生态型牛膝菊分别为农田生态型牛膝菊和矿山生态型牛膝菊。
2.根据权利要求1所述的玉米杂交后代混种降低玉米籽粒中重金属含量的方法，其特征在于，所述杂交是以矿山生态型牛膝菊作为母本，以农田生态型牛膝菊作为父本进行杂交。
3.根据权利要求2所述的玉米杂交后代混种降低玉米籽粒中重金属含量的方法，其特征在于，所述杂交的具体方式为：在盛花期，于前一天将矿山生态型牛膝菊花苞中的雄蕊除去，并套袋隔离，于第二天将农田生态型牛膝菊的花粉涂抹于矿山生态型牛膝菊去雄花的雌蕊上，并套袋隔离，待植株成熟后收集杂交后代的种子。
4.根据权利要求3所述的玉米杂交后代混种降低玉米籽粒中重金属含量的方法，其特征在于，所述混种是将两种生态型牛膝菊的杂交后代种子与玉米种子进行同期播种，混种比例为6:1。
5.根据权利要求4所述的玉米杂交后代混种降低玉米籽粒中重金属含量的方法，其特征在于，所述玉米种子在播种时，先于30℃的温水中浸种2-3小时，然后于15～20℃下进行催芽处理。
6.根据权利要求4所述的玉米杂交后代混种降低玉米籽粒中重金属含量的方法，其特征在于，混种期间，待玉米种子长出3～5片叶后，按8～10株/m2的种植密度进行间苗。
7.根据权利要求4所述的玉米杂交后代混种降低玉米籽粒中重金属含量的方法，其特征在于，混种期间，待牛膝菊杂交后代长出2～3片叶后，按2～4株/m2的种植密度进行间苗。
8.根据权利要求4所述的玉米杂交后代混种降低玉米籽粒中重金属含量的方法，其特征在于，混种期间保持土壤田间持水量为50～80％。
9.根据权利要求4所述的玉米杂交后代混种降低玉米籽粒中重金属含量的方法，其特征在于，混种期间进行田间管理，及时去除杂草和防治病虫害。
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