CN109892185A

CN109892185A - 一种叶面阻抑水稻籽粒镉积累的种植方法

Info

Publication number: CN109892185A
Application number: CN201910257325.0A
Authority: CN
Inventors: 汪承润; 汪顺祺; 郭春凤; 张传武; 刘天骄
Original assignee: Huainan Normal University
Current assignee: Huainan Normal University
Priority date: 2019-04-01
Filing date: 2019-04-01
Publication date: 2019-06-18

Abstract

本发明公开了一种叶面阻抑水稻籽粒镉累积的种植方法。将制得的硒(Se)硅(Si)复合溶胶稀释后，在水稻孕穗前2周开始均匀喷施于叶面，能够显著降低稻米中镉的含量,适用于防治稻田镉的面源污染。在降低稻米镉污染的效应方面，叶面喷施该复合溶胶稀释液明显优于喷施原SiO₂ NPs或Se NPs溶胶稀释液，同时还能够显著提高稻米的有机硒含量，可用于富硒米的开发。

Description

一种叶面阻抑水稻籽粒镉积累的种植方法

技术领域

本发明属于水稻富硒阻镉种植方法领域，具体涉及一种叶面阻抑水稻籽粒镉累积的种植方法，应用Se NPs溶胶与SiO₂NPs制备量子点尺寸SiO₂微粒与纳米硒的复合溶胶，在水稻孕穗前2周，叶面喷施此复合溶胶稀释液能够显著降低稻米中镉的含量，其效应明显优于喷施原SiO₂NPs或Se NPs应用液，同时还能够显著提高稻米的有机硒含量。本方法可为稻田镉面源污染的防治、消减稻米镉污染以及生产富硒大米提供一种便捷高效的技术。

背景技术

降低水稻对重金属的吸收通常有两种途径：一种是土壤钝化技术，即向污染稻田中施加各种改良剂，钝化土壤重金属，从而降低其迁移能力和生物有效性；另一种是叶面阻控技术，即向水稻叶面喷施适宜剂量的植物改良剂，抑制水稻对有毒重金属或类金属元素的吸收、转运与累积，从而降低稻米中镉、铅、砷等元素含量。目前报道较多的是硒、硅、锌、铁、锰、硫等植物营养调节剂，可有效降低典型重金属或类金属在稻米等作物中的积累。硒不仅能够直接拮抗重金属离子，还能够增强水稻细胞的木质素合成，提高细胞壁的厚度和机械强度，有利于重金属离子在细胞壁上的固定与沉积。通常情况下，硒、硅或其它元素的配合施用要比单施一种元素效果更好。

近年来，纳米材料在农业生态污染防治中的应用潜力越来越引起人们的关注。已有报道，硒、硅纳米溶胶因其特殊的理化性质，生物有效性高，反应活性强，其阻抑镉、砷等重金属或类金属元素向稻米迁移蓄积的环境效应和生态效应明显优于无机硒盐或硅酸盐。据报道，硅纳米溶胶的粒径大小是影响水稻细胞吸收镉的关键因子，其粒径越小，与镉离子的结合位点就越多，对镉离子的结合能力也就越显著。另外，硒、硅纳米溶胶的生物毒性还远低于其无机盐类离子。因此，改进硒、硅溶胶的合成工艺，提高其拮抗、钝化和阻抑重金属离子向稻米迁移累积的潜力，可望为稻田重金属污染的防治和消减稻米的重金属污染提供一种高效、便捷和安全的技术。专利(CN201310737996.X)合成了一种硒掺杂纳米硅溶胶，硒含量占1％以上，二氧化硅20％以上，胶体粒径小于50nm，可以抑制水稻对砷、镉的吸收累积，同时还能够显著提高稻米的硒含量。该复合溶胶的合成步骤比较繁琐，操作难度大，不易推广。本发明建立了一种合成硒硅复合溶胶的简易方法，其特征在于：(1)SiO₂NPs粒径达到了2-5nm，Se NPs颗粒分散于SiO₂NPs颗粒之间；(2)在水稻孕穗开始前2周，叶面喷施该复合溶胶适宜倍数的稀释液不仅能够显著降低稻米中镉的含量，也能够显著提高稻米总硒的质量分数，还能够使水稻增产10％以上。

本技术参数源自数次的实验室研究和大田试验的结果，本复合溶胶对水稻籽粒镉累积的抑制效应明显优于普通的硒、硅纳米溶胶及其掺杂的复合溶胶，具有合成简单、效应明显、价格低廉和易于推广的优势。相关合成方法尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种叶面阻抑水稻籽粒镉积累的种植方法，以解决上述背景技术中提出的在镉污染稻田种植食品安全达标、富硒增产的稻米的技术难题。

为此，本发明提供如下技术方案：一种叶面阻抑水稻籽粒镉积累的种植方法，包含以下步骤：

步骤1、Se NPs溶胶的制备与表征

①将0.4g阿拉伯树胶充分溶解于40mL去离子水，制备A液；

②将0.0692g Na₂SeO₃充分溶解于40mL去离子水，制备B液；

③混合A、B液，磁力搅拌30min(40℃，300r/min)；

④将0.2g还原性谷胱甘肽(GSH)溶解于60mL去离子水，制备C液；

⑤在上述搅拌状态下，将C液缓慢加入A+B混合液，直至混合液的红色不再加深；

⑥将此混合液冷却至25℃，用稀释后的氨水调pH值至8.5-9.0；

⑦用去离子水定容至200mL，制得Se NPs溶胶，4℃储存备用；

⑧应用TEM和EDS对Se NPs溶胶进行表征。

步骤2、SiO₂NPs溶胶的制备与表征

①将100mL无水乙醇、6mL浓氨水和5mL去离子水混合，磁力搅拌3h(40℃，300r/min)；

②逐滴加入2.0mL正硅酸乙脂(TEOS)，继续磁力搅拌3h(40℃，300r/min)；

③用去离子水定容至200mL，磁力搅拌1h(75℃，300r/min)，制得SiO₂NPs溶胶，并保持4℃储存；

④应用TEM和EDS对SiO₂NPs溶胶进行表征。

步骤3、硒硅复合溶胶的制备与表征

①量取等体积步骤1制备的Se NPs溶胶和步骤2制备的SiO₂NPs溶胶，磁力搅拌2h(40℃，300r/min)后可将原SiO₂NPs(50-80nm)分解为2-5nm微粒，由此形成了纳米硒(50-80nm)与纳米硅(2-5nm)的复合溶胶，即硒硅复合溶胶，4-8℃储存备用。

②应用TEM和EDS对该复合溶胶进行表征。

步骤4、水稻喷施硒硅复合溶胶的应用液

①应用去离子水将硒硅复合溶胶母液稀释成20×、10×和5×应用液。

②在水稻孕穗前2周，均匀喷施于水稻叶面，先后喷施2次，间隔6-7天。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本复合溶胶的合成方法比相关专利(CN201310737996.X)或文献报道的合成方法简单；由于本复合溶胶中SiO₂NPs达到量子点尺寸，其阻抑水稻茎叶组织中的镉向籽粒迁移蓄积的效应明显优于单一SiO₂NPs或Se NPs溶胶；本方法可为防治稻田镉的面源污染，降低稻米中的镉含量，同时也可为富硒稻米的开发提供一条更为便捷的途径。

附图和附表说明

图1为本发明的一种叶面阻抑水稻籽粒镉积累的种植方法的Se NPs溶胶的TEM图(A)和EDS图(B)。

图2本发明的一种叶面阻抑水稻籽粒镉积累的种植方法的SiO₂NPs溶胶的TEM图(A)和EDS图(B)。

图3本发明的一种叶面阻抑水稻籽粒镉积累的种植方法的复合溶胶的TEM图(A)和EDS图(B)。

图4本发明的一种叶面阻抑水稻籽粒镉积累的种植方法的实施例1的盆栽实验稻米中数值变化参数图。

图5本发明的一种叶面阻抑水稻籽粒镉积累的种植方法的实施例2的实验田稻米中数值变化参数图。

具体实施方式

需要说明的是图1至图3的B图中横坐标的单位是keV，纵坐标是特征X射线计数率。且图1的A图证明Se NPs溶胶的纳米硒颗粒大小为50-80nm；图2的A图证明SiO₂NPs粒径大小为50-80nm；图3的A图证明SiO₂NPs颗粒大小为2-5nm，Se NPs大小为50-80nm。与此同时，步骤3中原Se NPs和SiO₂NPs溶胶等体积混合并磁力搅拌后能够将原50-80nm的SiO₂NPs颗粒分解为2-5nm微粒，而原Se NPs颗粒大小变化较小；步骤3中合成的硒硅复合溶胶颜色橘红、透明、稳定，4-8℃下可保存1年以上；步骤4中复合溶胶的稀释液在水稻孕穗前2周开始喷施水稻叶片，能够显著降低稻米中镉的质量分数，效应明显优于喷施单一的SiO₂NPs或Se NPs稀释液。

下面将结合本发明实施例中的实验室盆栽实验、矿区典型污染区域的大田实验结果对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明实施例的一部分，而非全部。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性改进前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范畴。

实施例一：

试验背景：3.0mg/kg外源镉污染土壤

盆栽实验：实验土壤pH值7.6，土壤Cd的本底值为0.26mg/kg，阳离子交换量为18.15±1.07cmol/kg。设置了如下处理组：3.0mg/kg Cd污染土壤+喷施去离子水、3.0mg/kgCd污染土壤+喷施硒硅复合溶胶稀释液(20×)、3.0mg/kg Cd污染土壤+喷施硒硅复合溶胶稀释液(10×)、3.0mg/kg Cd污染土壤+喷施硒硅复合溶胶稀释液(5×)、3.0mg/kg Cd污染土壤+喷施硒纳米溶胶稀释液(10×)、3.0mg/kg Cd污染土壤+喷施硅纳米溶胶稀释液(10×)。每种处理组种植3盆水稻。在水稻孕穗前2周先后向叶面喷施上述稀释溶液2次，间隔6-7天。收集成熟稻谷，应用ICP-MS检测糙米中镉的含量，应用原子荧光光谱仪测定硒的含量。

结果表明，与“镉污染土壤+喷施去离子水”组比较，(1)随着复合溶胶中硒硅浓度的增加，喷施这三种复合溶胶稀释液分别使稻米镉含量降低了38.7％、53.1％和64.2％，千粒重分别增加了13.4％，12.1％和-2.1％，同时硒含量分别达到了122、295和693μg/kg，(2)喷施硒纳米溶胶稀释液(10×)使稻米镉下降了37.4％；(3)喷施硅纳米溶胶稀释液(10×)使稻米镉下降了45.0％。结合稻米的镉、硒和千粒重的变化，选择该复合溶胶的10倍稀释液不仅能够显著降低稻米中镉的质量分数，也能够显著增加稻米中硒的含量，还能够促进水稻增产(图4)。

实施例二：

试验背景：镉污染稻田

大田实验：选择××火力电厂周边的农田作为试验田，土壤pH值7.2，土壤总镉含量2.73±0.49mg/kg，阳离子交换量为16.53±3.02cmol/kg。将40亩污染稻田平均划分成4块：阳性对照组(不喷施纳米溶胶)、喷施硒硅复合溶胶10×稀释液、喷施硒纳米溶胶10×稀释液、喷施硅纳米溶胶10×稀释液。各处理组均种植相同品种(两优688)，在孕穗前2周开始喷施上述稀释液，先后喷洒2次，间隔7天。随机采集成熟种子，检测糙米中镉、硒含量。

结果表明，与阳性对照组比较，喷施上述三种稀释液分别使糙米镉含量降低了41.6％、23.7％、28.2％，千粒重分别增加了8.1％，4.4％和5.5％，其中喷施前两种稀释液还使稻米硒含量分别增加到223、409μg/kg。由此可见，喷施上述复合溶胶稀释液在降低稻米镉含量和提高水稻亩产量方面优于喷施单一的硒或硅纳米溶胶，同时还能够使稻米硒含量达到富硒米标准(图5)。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种叶面阻抑水稻籽粒镉积累的种植方法，包含以下步骤：

步骤1、Se NPs溶胶的制备与表征

①将0.4g阿拉伯树胶充分溶解于40mL去离子水，制备A液；

②将0.0692g Na₂SeO₃充分溶解于40mL去离子水，制备B液；

③混合A、B液，磁力搅拌30min(40℃，300r/min)；

④将0.2g还原性谷胱甘肽(GSH)溶解于60mL去离子水，制备C液；

⑥将此混合液冷却至25℃，用氨水稀释液调pH值至8.5-9.0；

⑦用去离子水定容至200mL，制得Se NPs溶胶，并保持4℃储存；

⑧应用TEM和EDS对Se NPs溶胶进行表征。

步骤2、SiO₂NPs溶胶的制备与表征

③用去离子水定容至200mL，磁力搅拌1h(75℃，300r/min)，制得SiO₂NPs溶胶，4℃储存备用；

④应用TEM和EDS对SiO₂NPs溶胶进行表征。

步骤3、硒硅复合溶胶的制备与表征

①量取等体积步骤1制备的Se NPs溶胶和步骤2制备的SiO₂NPs溶胶，磁力搅拌2h(40℃，300r/min)后可将原SiO₂NPs(50-80nm)分解为2-5nm微粒，粒径达到量子点水平，由此形成了纳米硒(50-80nm)与纳米硅(2-5nm)的复合溶胶，即硒硅复合溶胶，4-8℃储存备用。

②应用TEM和EDS对该复合溶胶进行表征。

步骤4、水稻喷施硒硅复合溶胶的应用液

2.根据权利要求1所述的一种叶面阻抑水稻籽粒镉积累的种植方法，其特征在于：步骤1制备的Se NPs溶胶和步骤2制备的SiO₂ NPs溶胶的粒径均分布于50-80nm。