CN113424750A - 一种降低水稻稻谷镉含量的种植方法 - Google Patents

一种降低水稻稻谷镉含量的种植方法 Download PDF

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汪劲松
张新潮
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Abstract

本发明公开了一种降低水稻稻谷镉含量的种植方法，其特征在于包含P11培养液制备、分别在插秧之前及水稻分蘖期和扬花期施加P11培养液、分别在分蘖期和抽穗期施加复合肥、日常管理等步骤，用本发明方法种植水稻，能运用相对简单的水稻生产工艺流程，明显降低水稻稻谷中镉含量，且几乎不会引入二次污染；当与所述P11培养液同时施加的还有微生物有机肥时，效果尤为显著。本发明具有巨大的推广价值和广阔的市场前景。

Description

一种降低水稻稻谷镉含量的种植方法
【技术领域】
本发明涉及农作物安全生产技术领域，尤其涉及到一种降低水稻稻谷镉含量 的种植方法。
【背景技术】
随着我国工业化的发展，环境污染问题越来越严峻，2014年国家环境保护 部和国土资源部联合发布了关于全国土壤污染状况的调查，指出全部污染物总超 标率为16.1％，其中排名前三的无机污染物依次为Cd、Hg、As。另根据第十一 届中国经济法律论坛披露，我国每年约有1200万吨粮食受土壤重金属污染，造 成损失每年可达200亿元。在所有省份中，有两个省的粮食受重金属污染最为严 重，如镉大米。
土壤污染在不断削弱安全可靠的农业用地的使用面积，也正在影响着粮食质 量，威胁着粮食安全，而粮食安全，恰恰就是健康最根本的基础。因此开发有效 降低水稻稻谷镉含量的种植技术对社会和谐和经济发展是具有积极促进意义的。
目前有的土壤污染修复技术是通过利用植物富集Cd来达到修复的目的，但 这种技术存在修复周期较长，尤其是风险未知等缺陷；具体到水稻种植领域，也 有一些现有技术在降低水稻稻谷镉含量方面取得了一定的效果，如中国专利CN 111943766 A公开了一种降镉水稻叶面肥及其使用方法，其中，所述叶面肥包括 犬尿酸、牛磺酸、α-酮戊二酸、色胺和表面活性剂，该方法可有效的抑制水稻 籽粒中重金属镉的积累，但是该方法会用到化学试剂，不会减少化肥和农药的使 用量；中国专利CN 111436340 A公开了一种用于中重度镉污染稻田土壤的水稻 安全生产方法，包括：(1)将钝化剂抛洒在稻田土壤表面，进行翻耕直至钝化剂 与土壤混合均匀；(2)施用含硅化合物的拮抗元素，施用方法为在水稻种植前基施半量，将剩余半量在水稻孕穗期补施；(3)在水稻孕穗初期、灌浆期各进行一 次喷施叶面阻控剂，叶面阻控剂由含硅化合物、表面活性剂、水混合制备而成， 该方法能降低稻米中镉含量，但是该方法的不足之处在于(处理较为复杂，需要 钝化剂、拮抗元素和表面活性剂，且均为矿物质或化学试剂，有造成二次污染的 风险。
某些微生物的表达产物可作为土壤调理剂或重金属隔离剂，阻断重金属在经 济作物或农产品上富集。如Tripathi等使用产嗜铁素镉抗性的恶臭假单胞菌 Pseudomonasputida KNP9可以使绿豆在镉污染土壤下的镉富集量减少 (“Isolation and FunctionalCharacterization of Siderophore-Producing Lead-and Cadmium-ResistantPseudomonas putida KNP9”，TripathiM,Munot HP,Shouche Y, Meyer JM,GoelR，CurrentMicrobiology，2005,50(5):233-237.)，Ganesan使用产 嗜铁素镉抗性的Pseudomonasaeruginosa MKRh3可以使黑豆科植物生长势增强， 生根粗大，且镉富集量减少(“Rhizoremediation of Cadmium Soil Using a Cadmium-Resistant Plant Growth-Promoting Rhizopseudomonad”，GanesanV， Current Microbiology，2008,56(4):403-407.)。但是这些研究均离实际应用还有一 定的距离。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的上述缺陷，提供一种能显著降低 水稻稻谷中镉含量、工艺简单、环境安全性高的降低水稻稻谷镉含量的种植方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种降低水稻稻谷镉含量的种植方法， 其特征在于包括如下步骤：
①P11培养液制备：取保存的P11菌种即台湾假单胞菌(Pseudomonas taiwanensis11，保藏于中国典型培养物保藏中心，中国，武汉，武汉大学，保 藏日期2016年11月30日，保藏编号为CCTCC No:M 2016700)活化，得到 P11的活化菌液；培养所述P11的活化菌液，得到P11培养液；
②水稻处理：分别在插秧之前、水稻分蘖期和扬花期施加P11培养液；
③施肥：分别在分蘖期和抽穗期施加复合肥(含氮、磷、钾等主要元素的化 肥，是以尿素、磷铵和氯化钾为主要原料制成的，氮、磷、钾有效养分含量≥25％)；
④日常管理：根据常规的水稻种植技术进行日常管理。
优选地，步骤①所述的P11培养液制备方法为将所述的P11的活化菌液按照 1:100的体积比接种在改良的M9培养基(磷酸氢二钾6g/L,磷酸二氢钾3g/L, 硫酸铵1g/L,七水硫酸镁0.2g/L,甘油4g/L,pH 6.8±0.2)中，在30℃，180rpm 的振荡摇床中培养48h，得到P11培养液；在步骤②中，与所述P11培养液同时 施加的还有微生物有机肥；所述微生物有机肥是利用千禧果秸秆和油菜秸秆，添 加微生物菌剂，发酵腐熟而制备成的。
优选地，步骤②所述的P11培养液施加量为1mL/Kg(土)，所述的微生物有 机肥施加量为15g/Kg(土)；步骤③所述的复合肥施加量为15g/Kg(土)。
本发明的有益效果是：运用相对简单的水稻生产的工艺流程，能显著降低水 稻稻谷中镉含量，且几乎不会引入二次污染。
【附图说明】
图1为本发明所用菌Pseudomonas taiwanensis显微镜(1000X)观察照片图；
图2为本发明所用菌Pseudomonas taiwanensis平板菌落形态图；
图3为进化树图；
图4为采用不同处理方式种植水稻获得的稻谷镉含量图；
图5为对照组水稻稻谷镉含量检测报告页一图；
图6为对照组水稻稻谷镉含量检测报告页二图；
图7为对照组水稻稻谷镉含量检测报告页三图；
图8为P11培养液处理组水稻稻谷镉含量检测报告页一图；
图9为P11培养液处理组水稻稻谷镉含量检测报告页二图；
图10为微生物有机肥处理组水稻稻谷镉含量检测报告页一图；
图11为微生物有机肥处理组水稻稻谷镉含量检测报告页二图；
图12为微生物有机肥和P11培养液共同处理组水稻稻谷镉含量检测报告页 一图；
图13为微生物有机肥和P11培养液共同处理组水稻稻谷镉含量检测报告页 二图。
【具体实施方式】
现结合实施例详细说明本发明的技术方案。应理解，以下实施例仅用于说明 本发明而不用于限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本 发明步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手 段。
实施例1本发明所用菌Pseudomonas taiwanensis的检测
(1)形态
本发明所用菌Pseudomonas taiwanensis显微镜(1000X)观察照片见图1， 平板菌落形态图见图2。
(2)16S rRNA基因序列分析
①16S rRNA基因序列
Figure BDA0003110977620000041
Figure BDA0003110977620000051
②16S rRNA基因测序BLAST结果
16S rRNA基因测序BLAST结果见表1。
表1本发明所用菌Pseudomonas taiwanensis 16S rRNA基因测序BLAST结果
Figure BDA0003110977620000052
Figure BDA0003110977620000061
Figure BDA0003110977620000071
Figure BDA0003110977620000081
Figure BDA0003110977620000091
③进化树
进化树见图3。
(3)本发明所用菌Pseudomonas taiwanensis生理生化特性
本发明所用菌Pseudomonas taiwanensis生理生化特性检测结果见表2、表3， 结果为革兰氏阴性菌。
表2菌株生理生化特性–酶活、碳源氧化
Figure BDA0003110977620000101
+：阳性反应；-：阴性反应；
表3菌株生理生化特性—利用碳源产酸
Figure BDA0003110977620000102
Figure BDA0003110977620000111
+：阳性反应；-：阴性反应；w：弱阳性反应
实施例2本发明方法效果比较
1)试验步骤：
①取土样：取某省某地区镉污染较为严重的水稻田土壤。
②分组：将镉污染土壤分成四组，A组为空白对照组，B组为P11培养液 处理组，C组为用微生物有机肥处理组，D组为微生物有机肥和P11培养液共 同处理组。
③微生物有机肥制备：微生物有机肥是利用千禧果秸秆和油菜秸秆，添加 微生物菌剂，发酵腐熟而制备成的(粉碎的油菜秸秆和千禧果秸秆按照1：3的质 量比混匀，然后每吨接种300g复合菌剂，加适量的水，将其混匀，然后盖上薄 膜密封，发酵5-7天，发酵温度升至60℃以上后又降下来，微生物有机肥即制备 好；其中所述复合菌剂是链霉菌、放线菌、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶冻 样芽孢杆菌、假单胞菌等混合液体培养至Abs600(600nm处的吸光度值)为4-6后， 经喷雾干燥制备而成；其中所述适量的水是指加水至秸秆可以捏成团不散，手上 刚好留有水印，但没有水滴形成)。
④P11菌种的活化：取保存的P11菌种(活化的P11菌液Abs600(600nm处 的吸光度值)在0.4-0.5时，与30％甘油等体积比混合即为所述保存的P11菌种， P11菌种保存于-20℃以下)，按照1:100的体积比接种于稀释10倍的胰蛋白胨 大豆肉汤培养基中，在30℃，180rpm的振荡摇床中培养10-12小时，即菌液 Abs600在0.4-0.5之间，即得到P11的活化菌液。
⑤P11培养液制备：所述的P11的活化菌液按照1:100的体积比接种在改良 的M9培养基(磷酸氢二钾6g/L,磷酸二氢钾3g/L,硫酸铵1g/L,七水硫酸镁 0.2g/L,甘油4g/L,pH6.8±0.2)中，在30℃，180rpm的振荡摇床中培养48h， 得到P11培养液。
⑥水稻种植：将土壤按照分组分装在盆里，C组和D组施加约15g/Kg(土) 的微生物有机肥，B组和D组加约1mL/Kg(土)的P11培养液，然后浇水，没过 土壤即可，然后将培育的秧苗插好。在种植水稻到分蘖期，和到扬花期的时候， 同上方法继续处理，各组施加上述每组等量的微生物有机肥和P11培养液。
⑦施肥：分别在分蘖期和抽穗期施加复合肥，大约1Kg的土壤施加15g复 合肥(含氮、磷、钾等主要元素的化肥，是以尿素、磷铵和氯化钾为主要原料制 成的，氮、磷、钾有效养分含量≥25％)。
⑧日常管理：根据常规的水稻种植技术进行日常管理。
⑨检测镉含量：将收获的水稻稻谷送至具有IMA资质的大连产品质量检验 检测研究院有限公司，按照我国《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762-2017)镉的检测方法，测水稻稻谷的镉含量。
2)实验结果：
实验结果见图4，发现与对照相比，用P11培养液处理可以明显降低水稻稻 谷镉含量，降低了13.17％；而用微生物有机肥和P11培养液共同处理的效果最 佳，与对照相比，水稻稻谷镉含量降低了51.96％。图4中的数据由图5、6、7、 8、9、10、11、12、13支撑。
实施例3用本发明方法在镉污染土壤中种植水稻(P11菌用于镉污染土壤 的水稻种植)
①P11菌种的活化：取保存的P11菌种(活化的P11菌液Abs600(600nm处 的吸光度值)在0.4-0.5时，与30％甘油等体积比混合即为所述保存的P11菌种， P11菌种保存于-20℃以下)，按照1:100的体积比接种于稀释10倍的胰蛋白胨 大豆肉汤培养基中，在30℃，180rpm的振荡摇床中培养10-12小时，即菌液 Abs600在0.4-0.5之间，即得到P11的活化菌液。
②P11培养液制备：所述的P11的活化菌液按照1:100的体积比接种在改良 的M9培养基(磷酸氢二钾6g/L,磷酸二氢钾3g/L,硫酸铵1g/L,七水硫酸镁 0.2g/L,甘油4g/L,pH6.8±0.2)中，在30℃，180rpm的振荡摇床中培养48h，得 到P11培养液。
③水稻处理：分别在插秧之前、水稻分蘖期和扬花期施加约1mL/Kg(土)的 P11培养液。
④施肥：分别在分蘖期和抽穗期施加复合肥，大约1Kg的土壤施加15g复 合肥(含氮、磷、钾等主要元素的化肥，是以尿素、磷铵和氯化钾为主要原料制 成的，氮、磷、钾有效养分含量≥25％)。
⑤日常管理：根据常规的水稻种植技术进行日常管理。
实施例4用本发明方法在镉污染土壤中种植水稻(P11菌和有机肥共同用于 镉污染土壤的水稻种植)
①微生物有机肥制备：微生物有机肥是利用千禧果秸秆和油菜秸秆，添加微 生物菌剂，发酵腐熟而制备成的(粉碎的油菜秸秆和千禧果秸秆按照1：3的质量 比混匀，然后每吨接种300g复合菌剂，加适量的水，将其混匀，然后盖上薄膜 密封，发酵5-7天，发酵温度升至60℃以上后又降下来，微生物有机肥即制备好； 其中所述复合菌剂是链霉菌、放线菌、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶冻样芽 孢杆菌、假单胞菌等混合液体培养至Abs600(600nm处的吸光度值)为4-6后，经 喷雾干燥制备而成；其中所述适量的水是指加水至秸秆可以捏成团不散，手上刚 好留有水印，但没有水滴形成。
②P11菌种的活化：取保存的P11菌种(活化的P11菌液Abs600(600nm处 的吸光度值)在0.4-0.5时，与30％甘油等体积比混合即为所述保存的P11菌种， P11菌种保存于-20℃以下)，按照1:100的体积比接种于稀释10倍的胰蛋白胨大 豆肉汤培养基中，在30℃，180rpm的振荡摇床中培养10-12小时，即菌液Abs600 在0.4-0.5之间，即得到P11的活化菌液。
③P11培养液制备：所述的P11的活化菌液按照1:100的体积比接种在改良 的M9培养基(磷酸氢二钾6g/L,磷酸二氢钾3g/L,硫酸铵1g/L,七水硫酸镁 0.2g/L,甘油4g/L,pH6.8±0.2)中，在30℃，180rpm的振荡摇床中培养48h，得 到P11培养液。
④水稻处理：分别在插秧之前、水稻分蘖期和扬花期施加约1mL/Kg(土)的 P11培养液和约15g/Kg(土)的微生物有机肥。
⑤施肥：分别在分蘖期和抽穗期施加复合肥，大约1Kg的土壤施加15g复 合肥(含氮、磷、钾等主要元素的化肥，是以尿素、磷铵和氯化钾为主要原料制 成的，氮、磷、钾有效养分含量≥25％)。
⑥日常管理：根据常规的水稻种植技术进行日常管理。
序列表
<110> 湖北师范大学
<120> 一种降低水稻稻谷镉含量的种植方法
<141> 2021-05-19
<160> 1
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 1432
<212> DNA
<213> Pseudomonas taiwanensis
<400> 1
tggcggcagc tacacatgca gtcgagcgga tgacgggagc ttgctccttg attcagcggc 60
ggacgggtga gtaatgccta ggaatctgcc tggtagtggg ggacaacgtt tcgaaaggaa 120
cgctaatacc gcatacgtcc tacgggagaa agcaggggac cttcgggcct tgcgctatca 180
gatgagccta ggtcggatta gctagttggt ggggtaatgg ctcaccaagg cgacgatccg 240
taactggtct gagaggatga tcagtcacac tggaactgag acacggtcca gactcctacg 300
ggaggcagca gtggggaata ttggacaatg ggcgaaagcc tgatccagcc atgccgcgtg 360
tgtgaagaag gtcttcggat tgtaaagcac tttaagttgg gaggaagggc agtaagttaa 420
taccttgctg ttttgacgtt accgacagaa taagcaccgg ctaactctgt gccagcagcc 480
gcggtaatac agagggtgca agcgttaatc ggaattactg ggcgtaaagc gcgcgtaggt 540
ggtttgttaa gttggatgtg aaagccccgg gctcaacctg ggaactgcat ccaaaactgg 600
caagctagag tacggtagag ggtggtggaa ttttctgtgt agcggtgaaa tgcgtagata 660
taggaaggaa caccagtggc gaaggcgacc acttggactg atactgacac tgaggtgcga 720
aagcgtgggg agcaaacagg attagatacc ctggtagtcc acgccgtaaa cgatgtcaac 780
tagccgttgg aatccttgag attttagtgg cgcagctaac gcattaagtt gaccgcctgg 840
ggagtacggc cgcaaggtta aaactcaaat gaattgacgg gggcccgcac aagcggtgga 900
gcatgtggtt taattcgaag caacgcgaag aaccttacca ggccttgaca tgcagagaac 960
tttccagaga tggattggtg ccttcgggaa ctctgacaca ggtgctgcat ggctgtcgtc 1020
agctcgtgtc gtgagatgtt gggttaagtc ccgtaacgag cgcaaccctt gtccttagtt 1080
accagcacgt tatggtgggc actctaagga gactgccggt gacaaaccgg aggaaggtgg 1140
ggatgacgtc aagtcatcat ggcccttacg gcctgggcta cacacgtgct acaatggtcg 1200
gtacagaggg ttgccaagcc gcgaggtgga gctaatctca caaaaccgat cgtagtccgg 1260
atcgcagtct gcaactcgac tgcgtgaagt cggaatcgct agtaatcgcg aatcagaatg 1320
tcgcggtgaa tacgttcccg ggccttgtac acaccgcccg tcacaccatg ggagtgggtt 1380
gcaccagaag tagctagtct aaccttcggg aggacggtac cacggtgatc gt 1432

Claims (3)

1.一种降低水稻稻谷镉含量的种植方法，其特征在于包含如下步骤：
①P11培养液制备：取保存的P11菌种(Pseudomonas taiwanensis，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC No:M 2016700)活化，得到P11的活化菌液；培养所述P11的活化菌液，得到P11培养液；
②水稻处理：分别在插秧之前、水稻分蘖期和扬花期施加P11培养液；
③施肥：分别在分蘖期和抽穗期施加复合肥，所述复合肥含氮、磷、钾等主要元素的化肥，是以尿素、磷铵和氯化钾为主要原料制成的，氮、磷、钾有效养分含量≥25％；
④日常管理：根据常规的水稻种植技术进行日常管理。
2.如权利要求1所述的一种降低水稻稻谷镉含量的种植方法，其特征在于：步骤①所述的P11培养液制备方法为将所述的P11的活化菌液按照1:100的体积比接种在改良的M9培养基中，在30℃，180rpm的振荡摇床中培养48h，得到P11培养液；所述M9培养基含磷酸氢二钾6g/L、磷酸二氢钾3g/L、硫酸铵1g/L、七水硫酸镁0.2g/L、甘油4g/L，pH 6.8±0.2；
在步骤②中，与所述P11培养液同时施加的还有微生物有机肥；所述微生物有机肥是利用千禧果秸秆和油菜秸秆，添加微生物菌剂，发酵腐熟而制备成的。
3.如权利要求2所述的一种降低水稻稻谷镉含量的种植方法，其特征在于：步骤②所述的P11培养液施加量为每千克土施加1mLP11培养液，所述的微生物有机肥施加量为每千克土施加15g微生物有机肥；步骤③所述的复合肥施加量为每千克土施加15g复合肥。
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