CN112616591A - 一种镉低富集玉米品种的筛选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镉低富集玉米品种的筛选方法，包括选种、土池设置、玉米土池栽植、样品采集和样品测定。本发明利用污染土池栽植技术，精准调控污染土池中镉浓度，模拟镉污染农地土壤环境，同时，污染土池可重复鉴定不同批次玉米杂交种，具有筛选结果准确度高、成本低、操作简单等优点，适宜于育种中对镉低富集玉米品种的筛选鉴定。
Description
技术领域
本发明涉及作物遗传育种技术领域，具体涉及一种镉低富集玉米品种的筛选方法。
背景技术
土壤中镉（Cd）污染是我国乃至全球性的环境问题，对作物生产、粮食安全和人类健康构成巨大威胁。土壤中的镉元素可被作物根系吸收后在农产品可食部位富集，严重影响农产品质量。玉米作为我国重要的粮食和饲料作物，其许多种植区都存在着不同程度的Cd污染，这不仅降低其产量和品质，还会通过食物链对人类健康构成严重威胁。因此，选育和推广重金属Cd低积累（可食用部位重金属Cd含量低于国家标准）的安全品种意义重大。
针对镉低富集的玉米品种筛选方法，多采用在富集镉的地块种植（大田鉴定）或盆栽种植（盆栽鉴定）的方式进行筛选，这两种方法均存在缺点。大田鉴定中，由于镉在土壤中分布不均匀，导致同一地块不同位置镉浓度差异明显，环境误差难以控制，从而影响品种筛选结果。而盆栽鉴定中，由于玉米是大田作物，盆栽方式使玉米根系的发育受阻，难以满足玉米生长对养分的需求，从而抑制玉米生长，不能较好体现品种间镉积累的真实性差异；此外，盆栽方式每一群体内每一单株需要一个花盆，而且每一花盆需要装土，每一次装土不能重复利用，操作复杂，难以适应育种中对品种的筛选鉴定。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种镉低富集玉米品种的筛选方法，以解决现有镉低富集玉米品种筛选方法鉴定准确性差、影响镉低富集玉米品种筛选结果的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种镉低富集玉米品种的筛选方法，包括以下步骤：
（1）选种：在未污染镉的试验地进行品种比较试验，筛选出农艺性状优异且产量超过对照品种5%以上的玉米杂交种；
（2）土池设置：设置污染土池和对照土池，用四水合硝酸镉与水配制成浓度为2~10mg/kg的含镉溶液，将沙土与有机肥、菌包按照质量比为（3~5）:（1~2）:（1~2）的比例混合后，与含镉溶液混合均匀后装入污染土池，取样测定污染土池内的镉浓度，保证污染土池内不同位置的镉浓度相同；
（3）玉米土池栽植：将步骤（1）筛选得到的玉米杂交种育苗至两叶一心期，把幼苗移栽入污染土池和对照土池内，每个杂交种随机种植1~2行，并进行水肥管理和病虫草害防治；
（4）样品采集：开花期每个杂交种随机抽取5株套袋自交授粉，鲜食玉米记载授粉日期，授粉后20~25d对其果穗进行取样，普通玉米离层形成后对其果穗进行取样；
（5）样品测定：对籽粒样品中镉含量进行检测。
优选地，所述对照品种为省级种子管理站指定的该生态区玉米区域试验中用作对照的品种。
优选地，所述菌包为食用菌的培养基植料。在实际试验中发现，加入食用菌的培养基植料可以使镉元素在土壤中分布得更加均匀，通过研究发现菌包具有较强的吸附性，和沙土均匀混合后，镉溶液均匀附着到菌包上，使土池中镉元素均匀分布，同时，菌包较强的吸水性还可以调节沙土疏松度和湿度，有利于玉米正常生长。
优选地，所述步骤（2）中使用腐殖酸肥和生石灰调节土池内沙土的pH值至5.5~6.5之间，目的是使污染土池内沙土呈弱酸性，和耕地土壤PH值相似。
优选地，所述步骤（2）中在沙土装入土池之前，在污染土池的四周和底部铺设防渗透膜。
优选地，所述步骤（3）中每行的行长3~4m，行距1m，每行种植8窝，每窝定植2苗，种植密度为3000株/亩。
优选地，所述步骤（3）中田间肥水管理包括如下步骤：
移栽前5天每窝施复合肥13g，苗期每窝追施尿素10g，孕穗肥每窝追施尿素15g，每次施肥配合施用猪粪水0.5kg/窝。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、与大田鉴定法相比，本发明利用污染土池栽植技术，精准调控污染土池中镉浓度，并真实模拟镉污染农地土壤环境，使同一污染土池内不同位置镉浓度水平保持一致，能够准确反映出不同玉米品种在污染土池内对镉元素的富集情况，提升了镉低富集玉米品种筛选结果的准确度。
2、与盆栽鉴定法相比，本发明中污染土池内的土壤厚度足以满足玉米根系发育所需的生长空间，能够真实体现品种间的遗传差异，可为镉低富集玉米品种选育提供准确的数据资料，同时，污染土池可保证镉浓度分布均匀的基础上实现一次装土重复利用，降低了鉴定成本，具有筛选结果准确度高、成本低、操作简单的优点，适宜于育种中对镉低富集玉米品种的筛选鉴定。
附图说明
图1为本发明所述土池的结构示意图。
图中：防渗透膜1、土池2。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
一、一种镉低富集玉米品种的筛选方法
1、常规产量比较试验中，筛选出产量比对照增产5%以上且农艺性状优异的玉米杂交种。
2、土池的准备：根据试验要求修建土池2，见图1，设置尺寸一样的污染土池和对照土池（零添加镉），土池保证宽度大于4m，高度0.5~1.0m，长度根据地形和试验方案设置，污染土池周围和最底层铺防渗透膜1，防止镉污染周围环境。
按照沙土：有机肥：菌包=（3~5）:（1~2）:（1~2）的比例混合均匀，利用腐殖酸肥和生石灰调节pH值至5.5~6.5之间，得到处理后的土壤，然后将四水合硝酸镉配制的浓度为3~10mg/kg的镉溶液与处理后的土壤混匀，使处理后的土壤表面稍微湿润，装入污染土池，保证同一土池不同位置肥力及镉浓度一致。其中，菌包具有较强的吸附性，和沙土均匀混合后，镉溶液均匀附着到菌包上，使土池中镉溶液均匀分布，菌包较强的吸水性还可以调节沙土疏松度和湿度，利于玉米正常生长。有机肥是市面上销售的常规有机肥，如丰农玉米复合生物有机肥、泸天化生物有机肥等。沙土装入土池后，取样测定沙土有效镉浓度，保证同一土池中不同位置镉浓度相同。幼苗移栽前用塑料膜将土池遮盖。
3、污染土池中玉米的种植：将农艺性状和产量表现优异的玉米杂交种育苗，2叶1心将幼苗分别移栽入污染土池和对照土池中。每个杂交种随机种植1~2行，西南地区通常规格为行长3.6m，行距1.0m，每行8窝，每窝定植2苗，折合密度3000株/亩。
田间水肥管理如下：移栽前5天每窝施复合肥13g、苗期每窝追施尿素10g、攻苞肥每窝追施尿素15g，每次施肥配合施用猪粪水0.5kg/窝。病虫草害防治与大田生产相同。
4、样品的采集：开花期每个杂交种随机抽取5株套袋自交授粉，鲜食玉米需要记载授粉日期，授粉后20-25天取样（果穗）；普通玉米离层形成后采样（果穗）。
5、依据食品安全国家标准GB5009.268-2016检测样品镉含量。
6、依据食品安全国家标准GB 2762-2017，对各参试杂交种进行镉富集评判。
利用污染土池栽植技术，精确调控污染池中镉浓度含量，真实模拟镉污染农地土壤环境，保证同一污染池不同位置镉浓度水平一致；同时，不同于盆栽鉴定，污染土池的土壤厚度足以满足玉米根系发育所需的生长空间，可以真实的体现品种间的遗传差异，为镉低富集玉米品种筛选提供依据。
上述筛选方法中，首先通过常规试验筛选出备选品种，保证了低富集玉米品种的增产潜力；沙土、有机肥、菌包和镉溶液混合均匀后装入土池，保证了同一土池不同位置肥力及镉浓度的一致，提高了鉴定的准确度；土池里土壤厚度超过0.5 m，足以保证根系发育所需的生长空间，土池栽植技术田间管理水平和大田管理一致，体现了品种的真实遗传差异；此外，同一污染土池还可以重复鉴定不同批次玉米品种，降低了鉴定成本。
二、以下以具体的玉米杂交种筛选为例进行说明
实施例1：采用本发明所述方法，在镉浓度为3mg/kg土壤内对玉米杂交种进行筛选
1、常规产量试验筛选出有增产潜力的玉米杂交种：渝单30、渝单35、渝单821、K玉6号、20YD1751、20YD2561、20YD2152和20YD1532。
2、采用上述镉低富集玉米品种的筛选方法对其进行镉富集鉴定。
1）育苗：2020年3月13日将杂交种育苗。
2）污染土池配置：共设置2个土池，其中1个为污染土池，1个为对照土池，对照土池除了不含镉溶液，其余条件和污染土池完全一致。每个土池规格为长20m，宽4m，高0.5m。污染土池周围和最底层铺防渗透膜，防止镉污染周围环境。
将污染土池内的沙土与泸天化生物有机肥、菌包按照质量比为1：1：1的比例进行混合，此处菌包为食用菌的培养基植料，利用腐殖酸肥和生石灰调节PH值至5.5~6.5之间，得到处理后的土壤，然后将四水合硝酸镉配制的浓度为3mg/kg的镉溶液与处理后的土壤混匀，使处理后的土壤表面稍微湿润，装入污染土池，为了保证污染土池中镉浓度的一致性，在污染土池两端及中部取样，测定沙土有效镉浓度。测定结果：土池两端为2.892456mg/kg、2.954345mg/kg，中部为2.915313mg/kg。幼苗移栽前用塑料膜将土池遮盖。
3）玉米种植：3月29日进行种植规划及窝施底肥，随机区组设计，2次重复，每一重复每个杂交种栽种1行，每行种8窝，每窝施复合肥13g和猪粪水0.5kg，4月3日将长至2叶1心的幼苗，分别移栽至污染土池和对照土池，每窝定植2株，4月11日每窝追施尿素10g和猪粪水0.5kg，同时喷洒敌杀死防治虫害；5月20日每窝追施尿素15g和猪粪水0.5kg。
4）样品采集：6月15日至6月25日同一重复中每个杂交种选取中间5株套袋自交，8月13日按重复和杂交种收获套袋果穗，混合脱粒，烘干磨粉混匀测定镉含量。
5）样品测定：依据食品安全国家标准GB5009.268-2016，检测籽粒镉含量，检测结果如表1。
表1 污染土池(3mg/kg)及对照土池玉米籽粒镉含量
由表1可知，在土壤镉浓度等于3mg/kg环境中，参试玉米品种中，渝单30、渝单821和20YD1751籽粒镉含量均小于0.1mg/kg，符合食品国家标准GB 2762-2017规定的谷物及谷物碾磨加工品镉限量指标小于0.1mg/kg的要求，属于镉低富集品种。
实施例2：采用本发明所述方法，在镉浓度为10mg/kg土壤内对玉米杂交种进行筛选
1、常规产量试验筛选出有增产潜力的玉米杂交种：20YN2563、20YN1185、20YN1535、20YN1523和20YN2462。
2、采用上述镉低富集玉米品种的筛选方法对其进行镉富集鉴定。
1）育苗：2020年3月13日将杂交种育苗。
2）污染土池配置：共设置2个土池，其中1个为污染土池，1个为对照土池，对照土池除了不含镉溶液，其余条件和污染土池完全一致。每个土池规格为长20m，宽4m，高0.5m。污染土池周围和最底层铺防渗透膜，防止镉污染周围环境。
将污染土池内的沙土与泸天化生物有机肥、菌包按照质量比为1：1：1的比例进行混合，此处菌包为食用菌的培养基植料，利用腐殖酸肥和生石灰调节PH值至5.5~6.5之间，得到处理后的土壤，然后将四水合硝酸镉配制的浓度为10mg/kg的镉溶液与处理后的土壤混匀，使处理后的土壤表面稍微湿润，装入污染土池，为了保证污染土池中镉浓度的一致性，在污染土池两端及中部取样，测定沙土有效镉浓度。测定结果：土池两端为9.761432mg/kg、9.833465mg/kg，中部为9.835673 mg/kg。幼苗移栽前用塑料膜将土池遮盖。
3）玉米种植：3月29日进行种植规划及窝施底肥，随机区组设计，2次重复，每一重复每个杂交种栽种1行，每行种8窝，每窝施复合肥13g和猪粪水0.5kg，4月3日将长至2叶1心的幼苗，分别移栽至污染土池和对照土池，每窝定植2株，4月11日每窝追施尿素10g和猪粪水0.5kg，同时喷洒敌杀死防治虫害；5月20日每窝追施尿素15g和猪粪水0.5kg。
4）样品采集：6月7日至6月11日同一重复中每个杂交种选取中间5株套袋自交，6月30日至7月3日按重复和杂交种收获套袋果穗，混合脱粒，烘干磨粉混匀测定镉含量。
5）样品测定：依据食品安全国家标准GB5009.268-2016，检测籽粒镉含量，检测结果如表2。
表2 污染土池（10mg/kg）及对照土池玉米籽粒镉含量
由表2可知，在土壤镉浓度为10mg/kg环境中，参试玉米品种均不符合食品国家标准GB 2762-2017规定的谷物及谷物碾磨加工品镉限量指标小于0.1mg/kg的要求。
从实施例1和实施例2可以看出，采用本发明所述方法对玉米杂交种进行筛选时，保证了不同玉米品种在相同的镉浓度环境下进行籽粒镉富集比较，这是进行品种镉富集鉴定最基本也是最重要的原则。
在实际筛选操作中发现，如果直接利用镉污染农地（大田鉴定）进行玉米品种镉富集鉴定，存在以下弊端：其一，鉴定地点需选择被镉污染的农地，有可能理想的试验点镉浓度不符合要求，镉浓度符合要求的地点交通、排灌条件又较差，需要对镉浓度达标同时又符合要求的地点进行整改，从而加大了试验成本；其二，镉污染的农地环境不受人为控制，肥力和镉浓度很难保证均匀一致，肥力不同会使得同一品种对镉元素吸收效果出现差异，从而降低了试验准确度。基于此，也采用了盆栽种植的方式控制肥力和镉浓度的均匀性，然而，经过实际试验后发现，玉米毕竟是大田作物，花盆有限的空间使玉米根系生长受阻，会影响玉米籽粒对镉的富集特性。盆栽鉴定虽然也可以精确调控土壤肥力和镉浓度，但与污染土池种植玉米后可重新对沙土进行旋耕不同，花盆中的土壤种了一季玉米后会板结，需要重新装土，因此，同一花盆不能重复鉴定不同批次的玉米品种，从而增加了成本。
而本发明利用污染土池栽植技术，精准调控污染土池中镉浓度含量，并真实模拟镉污染农地土壤环境，使同一污染土池内不同位置肥力及镉浓度水平一致，能够准确反映出玉米品种对重金属镉的富集情况，提升了镉低富集玉米品种筛选结果的准确度。并且，本发明中污染土池可以重复鉴定不同批次玉米品种，不用于盆栽鉴定方式，污染土池的土壤厚度足以满足玉米根系发育所需的生长空间，能够真实体现品种间的遗传差异，为镉低富集玉米品种选育提供准确的数据资料。同时，土池的重复利用降低了使用成本，具有筛选结果准确度高、成本低、操作简单的优点，适宜于育种中对镉低富集玉米品种的筛选鉴定。通过本发明，筛选出渝单821获重庆市农业农村委员会镉低积累玉米品种的认定，同时，渝单821也通过了国家农作物品种审定委员会审定（审定编号:国审玉20200406）。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种镉低富集玉米品种的筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）选种：在未污染镉的试验地进行品种比较试验，筛选出农艺性状优异且产量超过对照品种5%以上的玉米杂交种；
（2）土池设置：设置污染土池和对照土池，用四水合硝酸镉与水配制成浓度为2~10mg/kg的含镉溶液，将沙土与有机肥、菌包按照质量比为（3~5）:（1~2）:（1~2）的比例混合后，与含镉溶液混合均匀后装入污染土池，取样测定污染土池内的镉浓度，保证污染土池内不同位置的镉浓度相同；
（3）玉米土池栽植：将步骤（1）筛选得到的玉米杂交种育苗至两叶一心期，把幼苗移栽入污染土池和对照土池内，每个杂交种随机种植1~2行，并进行水肥管理和病虫草害防治；
（4）样品采集：开花期每个杂交种随机抽取5株套袋自交授粉，鲜食玉米记载授粉日期，授粉后20~25d对其果穗进行取样，普通玉米离层形成后对其果穗进行取样；
（5）样品测定：对籽粒样品中镉含量进行检测。
2.根据权利要求1所述镉低富集玉米品种的筛选方法，其特征在于，所述对照品种为省级种子管理站指定的该生态区玉米区域试验中用作对照的品种。
3.根据权利要求1所述镉低富集玉米品种的筛选方法，其特征在于，所述菌包为食用菌的培养基植料。
4.根据权利要求1所述镉低富集玉米品种的筛选方法，其特征在于，所述步骤（2）中使用腐殖酸肥和生石灰调节土池内沙土的pH值至5.5~6.5之间。
5.根据权利要求1所述镉低富集玉米品种的筛选方法，其特征在于，所述步骤（2）中在沙土装入土池之前，在污染土池的四周和底部铺设防渗透膜。
6.根据权利要求1所述镉低富集玉米品种的筛选方法，其特征在于，所述步骤（3）中每行的行长3~4m，行距1m，每行种植8窝，每窝定植2苗，种植密度为3000株/亩。
7.根据权利要求1所述镉低富集玉米品种的筛选方法，其特征在于，所述步骤（3）中田间肥水管理包括如下步骤：
移栽前5天每窝施复合肥13g，苗期每窝追施尿素10g，孕穗肥每窝追施尿素15g，每次施肥配合施用猪粪水0.5kg/窝。
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Cited By (1)
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| CN113498717A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-10-15 | 广西壮族自治区农业科学院 | 低镉水稻品种筛选与评价方法 |
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- 2021-01-15 CN CN202110056321.3A patent/CN112616591A/zh not_active Withdrawn
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