CN111171838B - 一种降低番茄Cd吸收的外源添加剂、培育方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种降低番茄Cd吸收的外源添加剂、培育方法及应用，外源添加剂用于降低在Cd污染土壤中培育番茄时的Cd吸收，包括放线菌、腐殖酸钾、麦饭石和赤泥，100质量份的土壤中，所述的放线菌添加量为0～0.25％，腐殖酸钾添加量为0～0.55％，麦饭石添加量为0～1.5％，赤泥的添加量为0～0.25％，所述的放线菌、麦饭石和赤泥的添加量不同时为0。本发明采用外源添加剂对土壤进行处理，通过降低土壤中可交换态Cd的百分比，提高土壤pH，增大番茄抗氧化酶活性，提高番茄光合速率，从而降低番茄果实中的Cd积累12.91％，缓解了镉胁迫对番茄生长的抑制，提高了番茄产量。

Description

一种降低番茄Cd吸收的外源添加剂、培育方法及应用
技术领域
本发明属于蔬菜种植技术领域，涉及一种降低番茄Cd吸收的外源添加剂、培育方法及应用。
背景技术
镉是植物生长的非必需元素，在环境中移动性大、生物毒性强且持久，易被植物吸收，产生毒害，并通过食物链的富集危及人类健康。种植在镉污染土壤上的植物，会由根系吸收土壤中的镉，通过体内运输在不同器官部位产生积累，对植物产生毒害作用。这种对植物的毒害作用会随着时间，Cd浓度等因素的增加而逐渐增强。镉对植物的毒性主要表现在镉能抑制植物生长、引起植物氮素同化、减少光合作用、降低营养元素的吸收、扰乱植物的离子与水分平衡，导致植物萎黄、死亡等。此外，镉也能对植物细胞产生氧化胁迫。研究发现，低浓度的Cd对番茄幼苗生长具有促进作用，番茄幼苗过氧化物酶(POD)酶活性升高，然而高浓度Cd胁迫下，番茄幼苗生长受到抑制，其 POD酶活性降低。
番茄是比较受人们喜欢的一种茄果类蔬菜，现在已在全世界广泛种植。番茄中含有丰富的维生素和矿物质，且番茄中的番茄红素对人体健康具有多种功效。据报道，番茄是最容易在其果实中积累镉的物种之一，在重金属Cd 污染土壤上种植番茄可能导致番茄果实Cd含量超标，从而通过食物链对人体健康产生危害。朱芳等报道，在轻度Cd胁迫下番茄果实Cd的超标率将近20％。已有大量的报道通过施用石灰、赤泥及生物炭等调控土壤pH、CEC和土壤氧化还原状态等途径控制植物Cd积累，这些途径的本质在于降低土壤有效态镉含量。然而通过这些途径控制镉积累的同时也产生了大量不可避免的副作用，比如施用石灰提高土壤pH，在降低土壤有效态镉含量的同时也降低了多种矿质微量营养元素如铁、锰、铜、锌等的有效态含量，不利植物生长；施用生物炭可降低植物的Cd积累量，但是会对人类健康及生态造成危害。且大多处于理论推测阶段，未能很好的解决实际问题。
目前，对于解决番茄的重金属胁迫(特别是镉胁迫)的研究还相对较少，尤其是利用菌剂减少番茄Cd吸收的研究更少，原因在于目前对于重金属对于番茄的影响的机理尚未研究透彻，相应的处理办法仍在摸索当中。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种降低番茄Cd 吸收的外源添加剂、培育方法及应用，解决现有途径控制植物Cd积累产生副作用的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种降低番茄Cd吸收的外源添加剂，所述的外源添加剂用于降低在Cd 污染土壤中培育番茄时的Cd吸收，包括放线菌、腐殖酸钾、麦饭石和赤泥， 100质量份的土壤中，所述的放线菌添加量为0～0.25％，腐殖酸钾添加量为 0～0.55％，麦饭石添加量为0～1.5％，赤泥的添加量为0～0.25％，所述的放线菌、麦饭石和赤泥的添加量不同时为0。
具体为：100质量份的土壤中，所述的放线菌添加量为0～0.25％，腐殖酸钾添加量为0～0.55％，放线菌与腐殖酸钾的添加量不为0；
或，100质量份的土壤中，麦饭石添加量为0.1～1.5％，赤泥的添加量为 0.1～0.25％，麦饭石和赤泥的添加量不为0；
或，100质量份的土壤中，所述的放线菌添加量为0～0.25％，腐殖酸钾添加量为0～0.55％，麦饭石添加量为0.1～1.5％，赤泥的添加量为0.1～0.25％，放线菌、腐殖酸钾、麦饭石和赤泥的添加量不为0。
一种降低番茄Cd吸收的培育方法，将本发明所述的外源添加剂加入Cd 污染土壤中，然后移栽番茄幼苗，浇灌进行培育。
所述的外源添加剂包括放线菌、腐殖酸钾、麦饭石和赤泥，100质量份的土壤中，所述的放线菌添加量为0～0.25％，腐殖酸钾添加量为0～0.55％，麦饭石添加量为0～1.5％，赤泥的添加量为0～0.25％，所述的放线菌、麦饭石和赤泥的添加量不同时为0。
进一步的，所述的放线菌为密旋链霉菌Act12(Streptomycespactum)和娄彻氏链霉菌D74(Streptomycesrochei)以质量为计量单位，所述的密旋链霉菌Act12和娄彻氏链霉菌D74的添加比例为1：1。
进一步的，所述的Cd污染土壤中的每千克污染土壤含Cd含量为4mg。
进一步的，包括将放线菌和腐殖酸钾加入6kgCd污染土壤中，然后移栽番茄幼苗，定期浇灌进行培育；
100质量份的土壤中，所述的放线菌添加量为0.2％，所述的腐殖酸钾添加量为0.5％。放线菌的添加量为12g，腐殖酸钾的添加量为30g。
进一步的，包括将麦饭石和赤泥加入6kg Cd污染土壤中，然后移栽番茄幼苗，定期浇灌进行培育；
100质量份的土壤中，所述的麦饭石添加量为1％，所述的赤泥添加量为 0.2％。麦饭石添加量为60g，所述的赤泥添加量为12g。
进一步的，包括将放线菌、腐殖酸钾、麦饭石和赤泥加入6kg Cd污染土壤中，然后移栽番茄幼苗，定期浇灌进行培育；
100质量份的土壤中，所述的放线菌添加量为0.2％，所述的腐殖酸钾添加量为0.5％，所述的麦饭石添加量为1％，所述的赤泥添加量为0.2％。放线菌的添加量为12g，腐殖酸钾的添加量为30g，麦饭石添加量为60g，所述的赤泥添加量为12g。
本发明所述的降低番茄Cd吸收的外源添加剂用于培育番茄。
本发明所述的降低番茄Cd吸收的培育方法用于培育番茄，所述的外源添加剂施用时间为番茄幼苗移栽前一周。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
本发明采用外源添加剂对土壤进行处理，通过降低土壤中可交换态Cd的百分比，提高土壤pH，增大番茄抗氧化酶活性，提高番茄光合速率，从而降低番茄果实中的Cd积累12.91％，缓解了镉胁迫对番茄生长的抑制，对幼果期番茄进行统计，总果重量提高了66.67％。
本发明的外源添加剂在促进镉胁迫下番茄生长中，显著缓解镉对番茄毒害作用，不仅能降低番茄中镉积累量，还能缓解镉胁迫对番茄细胞的氧化损伤和光合抑制，而且显著提高了番茄生物量。
附图说明
图1为外源添加剂对土壤中Cd形态的影响；
图2为外源添加剂对土壤pH的影响；
图3为外源添加剂对生物量及产量的影响，其中，各标号表示：A-株高、 B-幼果期番茄总重、C-地上部分干重、D-根干重；
图4为外源添加剂对Cd胁迫下番茄植株抗氧化酶及MDA含量的影响，其中，各标号表示：A-SOD活性、B-POD活性、C-CAT活性、D-MDA含量；
图5为外源添加剂对Cd胁迫下番茄Cd含量的影响；其中，各标号表示： A-叶片Cd含量、B-茎Cd含量、C-果实Cd含量、D-根Cd含量。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练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。
本发明中的所有原料，除有特殊说明的以外，均来自市售，且未做进一步处理，实验仪器也由市售可得。BCR顺序提取法与高俊凤测抗氧化酶及 MDA含量得方法，均为本领域常见技术手段。
实施例1：
本实施例给出一种降低番茄Cd吸收的外源添加剂、培育方法和应用，外源添加剂用于降低在Cd污染土壤中培育番茄时的Cd吸收，包括放线菌、腐殖酸钾、麦饭石和赤泥，100质量份的土壤中，所述的放线菌添加量为 0～0.25％，腐殖酸钾添加量为0～0.55％，麦饭石添加量为0～1.5％，赤泥的添加量为0～0.25％，放线菌、麦饭石和赤泥的添加量不同时为0。
具体为：100质量份的土壤中，所述的放线菌添加量为0～0.25％，腐殖酸钾添加量为0～0.55％，放线菌与腐殖酸钾的添加量不为0；
或，100质量份的土壤中，麦饭石添加量为0.1～1.5％，赤泥的添加量为 0.1～0.25％，麦饭石和赤泥的添加量不为0；
或，100质量份的土壤中，所述的放线菌添加量为0～0.25％，腐殖酸钾添加量为0～0.55％，麦饭石添加量为0.1～1.5％，赤泥的添加量为0.1～0.25％，放线菌、腐殖酸钾、麦饭石和赤泥的添加量不为0。
将外源添加剂加入Cd污染土壤中，然后移栽番茄幼苗，定期浇灌进行培育，外源添加剂包括放线菌、腐殖酸钾、麦饭石和赤泥，100质量份的土壤中，放线菌添加量为0～0.25％，腐殖酸钾添加量为0～0.55％，麦饭石添加量为0～1.5％，赤泥的添加量为0～0.25％，放线菌、麦饭石和赤泥的添加量不同时为0。
放线菌为密旋链霉菌Act12和娄彻氏链霉菌D74，以质量为计量单位，密旋链霉菌Act12和娄彻氏链霉菌D74的添加比例为1：1。
具体的，试验用聚乙烯塑料花盆，供试土壤采自西北农林科技大学北校区，为距离土层表面10-20cm处的土壤，每个花盆中加土6kg。向土壤中加入CdCl2(化学纯)溶液，使每盆土壤的Cd浓度均为4mg·kg-1。浇水保持土壤含水量达60％，用塑料薄膜密封花盆，在黑暗条件下平衡三个月。之后分别向花盆内添加以下3组添加剂，孵育一周后将土壤搅拌均匀后施入底肥，移栽番茄幼苗，定期浇灌，生长45d后采样。
第一组，不加任何钝化剂(CK)；
第二组，放线菌(2g·kg-1)+腐殖酸钾(5g·kg-1)(T1)；即放线菌的添加总量为12g，密旋链霉菌Act12和娄彻氏链霉菌D74的添加量各为6g，腐殖酸钾的添加量为30g。
第三组，麦饭石(10g·kg-1)+赤泥(2g·kg-1)(T2)；即麦饭石添加量为 60g，赤泥添加量为12g。
第四组，放线菌(2g·kg-1)+腐殖酸钾(5g·kg-1)+麦饭石(10g·kg-1)+ 赤泥(2g·kg-1)(T3)。即放线菌的添加总量为12g，密旋链霉菌Act12和娄彻氏链霉菌D74的添加量各为6g，腐殖酸钾的添加量为30g，麦饭石添加量为60g，赤泥添加量为12g。
然后测量以下含量：
(1)土壤Cd形态的测定
BCR顺序提取法测定土壤Cd形态。
(2)土壤pH值的测定
采用电位法(水:土＝2.5:1)，称取过筛的风干土样2g(精确至0.10g)置于50mL试管，加入5mL蒸馏水，搅拌均匀，使土粒充分散开。室温下静置30min，用pH计进行测定(测定时读取稳定后的pH值)。
(3)生物量及产量
用自来水将植物样品整株洗净后，再用去离子水反复冲洗，拭干。将番茄分为根和地上部分，用电子天平称取鲜重。随后将其分装，用烘箱杀青烘干至恒重，称取干重。产量统计每棵植株所结番茄的重量。
(4)抗氧化酶及MDA含量
超氧化物歧化酶(SOD)，过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、丙二醛 (MDA)采用高俊凤的方法测定。
(5)光合参数
光合指标的测定使用便携式光合仪(Li-6400XT，LI-COR公司，美国)，于上午9：00-11：00进行测定。
(6)番茄Cd含量
将番茄植株样品研磨并过100目筛，称取0.1g样品，加入10mL混合酸HNO3-HClO4(4:1，V/V)，220℃沙浴消解至透明色，转移到50mL容量瓶并用蒸馏水定容。过滤后采用火焰原子吸收分光光度计(Z-2000赛曼，日立公司)测定Cd含量。
数据处理：
所有数据采用Excel 2010软件进行整理，统计分析采用SPSS 21.0进行单因素方差分析，各处理之间的显著性差异p＜0.05。
图1显示，三种外源添加剂处理均能够降低土壤中可交换态Cd(有效 Cd)的形态，分别降低了7.51％、8.47％和18.31％，且增加了沉淀态Cd。可以看出，T3处理效果最好。
图2显示，四种外源添加剂处理均能够提高土壤pH，T1、T2和T3分别提高了1.11％、1.49％和2.98％。可以看出，T3处理效果最好，pH提高后，使得有效态Cd不容易被植物吸收。
图3显示，三种外源添加剂处理均能够提高番茄植株地上部分干重，均能够提高番茄植株地上部分干重，分别提高地上部分干重16.07％、33.95％和 27.66％，幼果期果实总重量分别增加了66.67％、3.13％和54.17％。从增产效果来看，T1处理增产效果最好，T3处理次之。
图4显示，三种外源添加剂处理均能够提高抗氧化酶活性，降低MDA 含量。T1处理组SOD，POD，CAT活性分别增加了21.14％，16.92％，46.05％， MDA含量降低了22.71％；T2处理组SOD，POD，CAT活性分别增加了 19.85％，22.64％，42.86％，MDA含量降低了13.94％；T3处理组SOD，POD， CAT活性分别增加了14.56％，31.59％，61.22％，MDA含量降低了18.87％。总体可以看出，外源添加剂均可以提高抗氧化酶的活性，缓解Cd胁迫造成的氧化损伤。
图5显示，T1和T3处理能够显著降低番茄叶片和果实中的Cd含量，而T2处理组的Cd含量变化不明显且略有增加。与CK比较，T1处理组番茄叶和果实的Cd积累量分别降低了13.7％和12.91％，T3处理组番茄叶和果实的Cd积累量分别降低了18.9％和21.28％。可以看出，T3处理降低番茄果实Cd含量的效果更好。
光合测定结果如表1。Pn表示净光合速率，Gs表示气孔导度、Ci表示胞间二氧化碳浓度，Tr表示蒸腾速率。
表1外源添加剂对Cd胁迫下番茄光合参数的影响
Figure BDA0002368375770000091
从表1可看出，三种外源添加剂处理均能够提高净光合效率，分别提高了49.25％、103.5％和28.84％，相较与对照组，番茄cd胁迫有所缓解。
本发明的内容不限于具体实施例所列举，本领域技术人员通过阅读本说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种降低番茄Cd吸收的外源添加剂，其特征在于，所述的外源添加剂用于降低在Cd污染土壤中培育番茄时的Cd吸收，包括放线菌、腐殖酸钾、麦饭石和赤泥，
100质量份的土壤中，所述的放线菌添加量为0~0.25%，腐殖酸钾添加量为0~0.55%，麦饭石添加量为0.1~1.5%，赤泥的添加量为0.1~0.25%，放线菌、腐殖酸钾、麦饭石和赤泥的添加量不为0；
所述的放线菌为密旋链霉菌Act12和娄彻氏链霉菌D74，以质量为计量单位，所述的密旋链霉菌Act12和娄彻氏链霉菌D74的添加比例为1：1。
2.一种降低番茄Cd吸收的培育方法，其特征在于，将权利要求1所述的外源添加剂加入Cd污染土壤中，然后移栽番茄幼苗，浇灌进行培育；
所述的Cd污染土壤中的每千克污染土壤含Cd含量为4mg。
3.根据权利要求2所述的降低番茄Cd吸收的培育方法，其特征在于，包括将放线菌和腐殖酸钾加入6kgCd污染土壤中，然后移栽番茄幼苗，定期浇灌进行培育；
100质量份的土壤中，所述的放线菌添加量为0.2%，所述的腐殖酸钾添加量为0.5%。
4.根据权利要求2所述的降低番茄Cd吸收的培育方法，其特征在于，包括将麦饭石和赤泥加入6kg Cd污染土壤中，然后移栽番茄幼苗，定期浇灌进行培育；
100质量份的土壤中，所述的麦饭石添加量为1%，所述的赤泥添加量为0.2%。
5.根据权利要求2所述的降低番茄Cd吸收的培育方法，其特征在于，包括将放线菌、腐殖酸钾、麦饭石和赤泥加入6kg Cd污染土壤中，然后移栽番茄幼苗，定期浇灌进行培育；
100质量份的土壤中，所述的放线菌添加量为0.2%，所述的腐殖酸钾添加量为0.5%，所述的麦饭石添加量为1%，所述的赤泥添加量为0.2%。
6.权利要求1所述的降低番茄Cd吸收的外源添加剂用于培育番茄。
7.权利要求2~5任一所述的降低番茄Cd吸收的培育方法用于培育番茄，其特征在于，所述的外源添加剂施用时间为番茄幼苗移栽前一周。
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