CN110150319A - 一种蔬菜重金属阻隔剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于重金属污染农田防治领域，涉及一种蔬菜重金属阻隔剂及其使用方法，所述阻隔剂包含A液和B液。所述A液为赤霉素，所述B液为腐殖酸；所述A液的浓度为1～3μmol/L，所述B液的浓度为0.1～3g/L。本发明将两种有效的Cd生理阻隔剂组合在一起，既克服了单一成分阻隔剂可能会产生不良反应、效果有限等缺点，还能够达到一加一大于二的降Cd效果，是一种方便、简洁、可以适用于实际生产实践的喷施方法。
Description
技术领域
本发明属于重金属污染农田防治邻域，具体涉及一种蔬菜重金属阻隔剂及其使用方法。
背景技术
镉(cadmium)是一种银白色具有金属光泽的有毒重金属，不是人体的必需元素，主要来源于外界环境，通过空气、水、食物等进入体内蓄积。长期摄入严重危害人类身体健康，摄入人体的Cd主要被贮存在肝脏和肾脏这两大器官中。Cd主要通过尿液排出，但也有一些由经胆汁随粪便排出。Cd的代谢速度十分缓慢，人体内Cd积累过多会引起骨质疏松、心血管疾病、肺气肿、细胞癌变等多种病症。自20世纪以来，随着城市化和工业化的进程，大气沉降、人类农业生产活动导致了土壤Cd含量的增加。Cd很容易被农作物的根吸收并输送到植物的可食用部位，由于其高机动性和生物利用性，非常容易在人体内富集。因此，受Cd污染的食品已成为人类摄入的Cd的主要来源(Grant et al.，2008)。植物吸收土壤中Cd会引起生理代谢失调、生长发育障碍最终导致农产品质量下降的现象(周健民，2013)。因此，Cd是自然界中对动植物危害最大的重金属之一。
蔬菜在我国占据着举足轻重的地位，是人们每日饮食中不可缺少的一部分，营养价值高，可以补充人体所需的多种维生素。随着我国工业化的发展，Cd污染问题日益严峻，但是目前有关于蔬菜尤其是叶菜类降Cd阻隔剂研究较少，本实验的目的就是筛选出能够有效降低生菜可食用部分Cd含量的生理阻隔剂，并找到复配阻隔剂的最佳浓度配比和可以实际应用于生产实践阻隔剂的最佳喷施方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种对生菜针对性强的，可高效降低生菜地上可食用部分Cd含量的阻隔剂。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：
一种蔬菜重金属阻隔剂，所述阻隔剂包含A液和B液；所述A液为赤霉素(GA3)，所述B液为腐殖酸(HA)；所述A液的浓度为1～3μmol/L，所述B液的浓度为0.1～3g/L。
进一步的，所述A液的浓度为3μmol/L，所述B液的浓度为3g/L。
进一步的，所述A液的配置方法为将赤霉素配成10-2mol/L母液，吸取150μl溶于500ml容量瓶中，配成3μmol/L的A液；所述B液的配置方法为将腐殖酸取3g溶于1L容量瓶，配制成3g/L HA。
进一步的，所述阻隔剂均需要低温避光保存。
一种蔬菜重金属阻隔剂的使用方法，待蔬菜生长至三叶一心时，对其进行阻隔剂的喷施，采用喷雾喷施形式，将阻隔剂均匀喷施于叶片表面，每次喷施保证试剂可以均匀沾在叶片上又不滴落的状态，第一次喷施先喷A液，A液喷施完成后超过24小时再进行B液的喷施，喷施方法同A液，即完成阻隔剂的喷施。
进一步的，所述阻隔剂的喷施与灌溉不能在同一天进行。
进一步的，所述阻隔剂的喷施时间在早上8点之前或者晚上4点之后。
进一步的，所述蔬菜为生菜。
进一步的，每株生菜喷施3～5ml。
所述阻隔剂应用于镉污染土壤。
本发明将两种有效的Cd生理阻隔剂组合在一起，既克服了单一成分阻隔剂可能会产生不良反应、效果有限等缺点，还能够达到一加一大于二的降Cd效果。通过设计交叉试验，找到了两种复配试剂的最佳浓度配比，可以有效降低生菜地上部Cd含量。通过筛选阻隔剂喷施方法，找到一种方便、简洁、可以适用于实际生产实践的喷施方法。
有益效果：
(1)本研究所采用的阻隔剂，采用的是两种阻隔剂复配的方式。单独喷施GA3虽然可以一定程度上降低生菜地上部Cd含量，但是会造成生菜植株发黄，光合作用减弱的不良反应，而HA作为一种Cd生理阻隔剂，它可以通过增加叶绿素含量，增加光合有限缓解Cd胁迫。刚好弥补GA3的不足，还能达到一加一大于二的降Cd效果。可以有效降低生菜地上部Cd含量20-30％左右。
(2)GA3与HA购买渠道容易、价格低廉、配制简便，适用于实际生产实践。
(3)GA是一种植物激素，任何生长中的植物顶端都会产生少量赤霉素，因此喷施于蔬菜生，食用后也对人体无害；HA是动、植物遗骸经过微生物分解和转化，以及地球物化反应等一系列过程形成和积累起来的一类有机物质，环保，对环境友好。
(4)与阻隔剂相配套的喷施技术简便，可以很大程度上节省人力物力，经济适用。
附图说明
图1为喷施(GA3+HA)的组合阻隔剂对生菜植株的Cd含量的影响；
图2为不同阻隔剂对镉胁迫下生菜幼苗叶绿素快相荧光动力学参数的影响；
图3为不同阻隔剂对镉胁迫下生菜叶片的气体交换参数的影响；
图4为不同阻隔剂对生菜植株Cd含量的影响(济源)；
图5为阻隔剂的不同喷施方法对生菜植株Cd含量的影响。
具体实施方式
本发明提供的方案是一种生菜Cd生理阻隔剂，阻隔剂的有效成分为GA3和HA。
一种生菜Cd阻隔剂，有效成分GA3的有效浓度为3μmol/L，HA的有效浓度为3g/L。对生菜Cd污染农田采用喷雾喷施形式，将阻隔剂均匀喷施于叶片表面，每株生菜喷施3～5ml。
所述阻隔剂的喷施有效期，即生菜在种植期(三叶一心后)至收获期进行叶面喷施均可有效缓解地上部分Cd胁迫。
阻隔剂的使用方法为，待生菜长至三叶一心时开始进行阻隔剂喷施，先进行GA3的喷施，第二天再进行喷施HA，阻隔剂间隔大于等于24小时。
阻隔剂的喷施时间保持在下午四点后进行喷施，避免植物强烈蒸腾作用。灌溉和阻隔剂喷施尽量错开，避免灌溉对阻隔剂造成稀释的效果。
本实验目的是通过研制能够有效降低生菜地上部分Cd元素含量阻隔剂，并找到与之相配的最佳喷施方法，具体步骤如下：
将生菜均匀播种于Cd污染土壤中，将试验生菜分为对照组和实验组，实验组按照上述阻隔剂喷施方法喷施阻隔剂，对照组喷施等量的去离子水。
待生菜长至五叶一心收获前进行叶绿素含量、叶绿素荧光参数、气体交换参数等生菜生理指标的测定：
叶绿素含量的测定：采用叶绿素计(SPAD-502，Minolta，Janpan)进行测定。
叶绿素荧光参数的测定：首先要将培养材料放置于黑暗环境中暗适应30分钟，然后采用连续激发式荧光仪(Handy PEA,Hansatech,Kings Lynn,UK)在黑暗环境下进行测定，叶绿素荧光参数可以综合反映PSII性能。测完所有生理指标后即可收获样品。
气体交换参数的测定：采用便携式光合作用CO2分析仪(Li-6400,Li-Cor,USA)进行光合气体交换参数的测定。采用光强为1000μmolm-2s-1的自带红蓝LED光源，叶室内温度为25℃，空气相对湿度为75％，CO2浓度和光照强度分别为400μmolmol-1和1000μmolm-2s-1。测定以下光合参数；Pn(净光合速率)；Ci(胞间CO2)；Gs(气孔导度)；Tr(蒸腾速率)等。
待生菜长至五叶一心收获，进行生菜生物量的测定以及地上部Cd元素含量的测定。将生菜样品地上部用HNO3：HClO4＝87:13(v:v)完全消解，其消解后样品用ICP-OES检测仪进行Cd含量分析测定。
研究数据采用SPSS 25统计软件中的单因素方差分析进行不同处理间方差分析和多重平均值比较，Tukey’s进行多重检测(P<0.05)做统计学显著性分析，使用origin 9.1(Origin Lab,USA)作图。数据表示为平均值±标准误差。所有数据均来自至少三次独立实验结果的平均值而得出。
实施例1
组合浓度的筛选(玻璃温室盆栽实验)
实验材料：意大利生菜
实验设计：实验设置对照组与处理组，每个处理设置三个重复。
生菜Cd生理阻隔剂配置方案：(1)对照处理CK；(2)GA3(1μmol/L,3μmol/L两种浓度)与HA(0.1g/L,0.25g/L,0.5g/L,0.8g/L四种浓度)相互交叉组合；意图通过交叉试验找到两种试剂复合的最佳浓度配比。其中为了表达方便，我们把1μmol/L的GA3记为GA31；3μmol/L的GA3为GA33；0.1g/L、0.25g/L、0.5g/L、0.8g/L的HA分别记为HA1、HA2、HA3、HA4。
生菜Cd生理阻隔剂喷施方法：待生菜长至三叶一心时进行阻隔剂的喷施，第一天喷施A液，一周内其他六天每天喷施B液，为期两周。喷施时间为下午四点之后。待生菜长至五叶一心时收获进行生理指标以及Cd元素含量的测定。
表1生菜Cd生理阻隔剂的配制方案
实验结果与分析：
(1)不同阻隔剂处理下生菜生物量变化如表2所示。与对照处理相比，不同阻隔剂处理干、鲜重均有不同程度增加，喷施GA33+HA2组合，鲜重增加50％左右，干重增加47％左右；喷施GA33+HA3组合，鲜重增加28％左右。
(2)根据生菜Cd元素含量测定，GA3+HA的组合中GA33+HA3的Cd元素含量最低。因此，我们选择的GA33+HA3(3μmol/L GA3+0.5g/L HA)的浓度组合为最佳浓度组合。与对照处理相比Cd下降48.0％左右。(见图1)
表2不同Cd生理阻隔剂对Cd胁迫下生菜幼苗生物量的影响
实施例2
玻璃温室盆栽实验
实验材料：意大利生菜
实验设计：实验设置对照组与处理组，每个处理设置三个重复。阻隔剂的配制方案如表3所示。阻隔剂的喷施方法同实施例1。
表3生菜Cd生理阻隔剂的配制方案
待生菜长至五叶一心时进行生物量(干/鲜重)、叶绿素含量(SPAD仪)、叶绿素荧光参数(Handy PEA)、气体交换参数(携式光合作用CO2分析仪)等生理指标以及生菜地上部Cd元素含量的测定。
实验结果与分析：
(1)根据生菜Cd元素含量测定结果，可得出，两种阻隔剂复配效果优于单一喷施某种阻隔剂。因此，我们选择的GA33+HA3(3μmol/L GA3+0.5g/L HA)的浓度组合作为我们的阻隔剂。
(2)根据生菜叶绿素含量测定结果如表4所示，与对照处理相比只有当喷施HA，有显著性差异，平均上升5.5％。
(3)根据叶绿素荧光参数(图2)和气体交换参数(图3)的测定结果，可以看出GA3和HA的组合喷施，HA可以很大程度上缓解GA3带来的光合略微下降的结果。
表4不同阻隔剂处理下生菜叶绿素含量
实施例3：大田验证试验
试验材料：意大利生菜、奶油生菜
试验地点：河南省济源市，土壤PH 6.4，土壤Cd含量有效态为1.68/kg。
试验设计：实验设置对照组与处理组，每个处理设置三个重复。阻隔剂的配制方案如下表5所示。大田试验考虑到阻隔剂应用的实际性，将阻隔剂的喷施方法调整为先进行A液喷施，隔两天喷施B液，A、B液交替喷施，为期两周。
表5生菜Cd生理阻隔剂的配制方案
试验结果与分析：根据试验最终Cd元素含量的测定，可以看出大田试验结果与温室实验一致。即GA33+HA3组合降Cd效果最佳，意大利生菜、奶油生菜植株Cd元素含量分别平均降低23.3％、30.4％。(图4)
实施例4：阻隔剂喷施方法的筛选(大田试验)
试验材料：意大利生菜
试验地点：江苏省徐州市，徐州市贾汪区泉旺头村Cd污染农田，当地土壤为中性轻度Cd污染土壤，pH:7.12±0.42，Cd:0.68±0.24mg/kg。
试验设计：实验设置对照组与处理组，每个处理设置三个重复。阻隔剂的喷施方案如表6所示。
表6生菜Cd生理阻隔剂的配制方案
试验结果与分析：
(1)叶绿素含量测定结果如表7所示，与对照处理相比，不同喷施方法叶绿素含量均有一定上升，但并无太大差异，H5喷施方法叶绿素含量最高。
(2)根据最终Cd元素含量测定结果，我们可以得知，与对照处理相比H3、H4、H5有显著差异，分别降低意大利生菜植株体内Cd元素含量17.1％、29.2％、27.5％，H4喷施方法降Cd效果最佳，因此我们选择H4为我们的最终喷施技术，即喷施GA3(3μmol/L)+HA(3g/L)，待生菜长至三叶一心时开始进行阻隔剂处理，第一天喷施GA3，24小时后喷施HA，待生菜长至五叶一心收获即可。(图5)。
表7不同喷施方法处理下生菜叶绿素含量
相关技术术语的名词解释
Claims (10)
1.一种蔬菜重金属阻隔剂，其特征在于，所述阻隔剂包含A液和B液；所述A液为赤霉素，所述B液为腐殖酸；所述A液的浓度为1～3μmol/L，所述B液的浓度为0.1～3g/L。
2.根据权利要求1所述的蔬菜重金属阻隔剂，其特征在于，所述A液的浓度为3μmol/L，所述B液的浓度为3g/L。
3.根据权利要求2所述的蔬菜重金属阻隔剂，其特征在于，所述A液的配置方法为将赤霉素配成10-2mol/L母液，吸取150μl溶于500ml容量瓶中，配成3μmol/L的A液；所述B液的配置方法为将腐殖酸取3g溶于1L容量瓶，配制成3g/L HA。
4.根据权利要求1所述的蔬菜重金属阻隔剂，其特征在于，所述阻隔剂均需要低温避光保存。
5.根据权利要求1-4任一项所述蔬菜重金属阻隔剂的使用方法，其特征在于，待蔬菜生长至三叶一心时，对其进行阻隔剂的喷施，采用喷雾喷施形式，将阻隔剂均匀喷施于叶片表面，每次喷施保证试剂可以均匀沾在叶片上又不滴落的状态，第一次喷施先喷A液，A液喷施完成后超过24小时再进行B液的喷施，喷施方法同A液，即完成阻隔剂的喷施。
6.根据权利要求5所述的蔬菜重金属阻隔剂使用方法，其特征在于，所述阻隔剂的喷施与灌溉不能在同一天进行。
7.根据权利要求5所述的蔬菜重金属阻隔剂使用方法，其特征在于，所述阻隔剂的喷施时间在早上8点之前或者晚上4点之后。
8.根据权利要求5所述的蔬菜重金属阻隔剂使用方法，其特征在于，所述蔬菜为生菜。
9.根据权利要求8所述的蔬菜重金属阻隔剂使用方法，其特征在于，每株生菜喷施3～5ml。
10.根据权利要求1-4任一项所述蔬菜重金属阻隔剂的应用，其特征在于，所述阻隔剂应用于镉污染土壤。
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