一種促進豌豆幼苗生長、降低鎘積累的方法與流程

2023-04-27 00:59:36 2

本發明屬於農業科學技術領域，具體涉及一種促進豌豆幼苗生長、降低鎘積累的方法。

背景技術：

土壤資源是人類賴以生存的最重要的資源之一，但是，近年來我國的土壤鎘汙染日益加重。據統計，現如今中國鎘汙染土地面積已經達到了1.3×104hm2，涉及11個省市25個地區。鎘是植物非必需元素，也是毒性最大的重金屬汙染物之一，極容易被植物根系吸收並轉移到其他部位。此外，鎘還具有累積效應，通過食物鏈進入人體，若攝入過多，會致突變、致畸、致癌，嚴重影響人們的身體健康。另一方面，蔬菜鎘正逐漸成為人們關注的焦點，其汙染主要來源於汙灌和汙泥施用等。值得留意的是，近幾年隨著菜地土壤中大量施入從國外進口的含量高的磷肥和複合肥，肥料施用已成為蔬菜鎘汙染的一個重要來源。蔬菜是人們生活必不可少的食材，但重金屬元素進入蔬菜植株體內後，會對蔬菜的生長發育產生毒害作用，影響蔬菜的生理指標，最終會影響蔬菜的產量和品質。

針對特定的植物，利用一些特定外源物質可以實現提高植物的抗逆性的效果。然而，本領域目前尚未得出何種外源物質適於何種植物抗逆性的規律，現有的研究通常一般為經驗性的零星科研發現。

具體到蔬菜的抗重金屬(鎘)脅迫領域而言，不僅目前的研究較少，而且還常出現一種物質可以緩解某種蔬菜的鎘脅迫，但在另一種蔬菜中，卻出現相反的作用的情況。如《水楊酸對鎘脅迫下豌豆種子萌發及幼苗生長的影響》報導了水楊酸(sa)對於豌豆而言，具有緩解鎘傷害的效果，但是《鎘對油菜的毒害效應以及施用外源激素對鎘毒害的調控作用》卻報導了sa不僅不能緩解反而還會加重鎘對油菜的傷害。

豌豆為豆科植物，其所含蛋白質有人體所必須的多種胺基酸，營養價值高，含有分解亞硝胺的酶，具有防癌、抗癌的作用，在全國各地均有栽培，生產面積大。近年來的菜地鎘汙染直接影響到豌豆的安全生產。因此亟需尋找一種可以促進豌豆幼苗生長、降低鎘積累的方法。

技術實現要素：

針對現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種促進豌豆幼苗生長、降低鎘積累的方法，該方法包括如下步驟：

(1)用褪黑素水溶液對豌豆種子進行浸泡；

(2)催芽之後，種植於土壤中，保持土壤溼潤；

(3)出苗後，進行育苗，保持土壤溼潤。

本發明發現，當利用褪黑素水溶液對豌豆種子進行浸種處理後，能夠明顯的提高與改善豌豆幼苗的生長狀況，緩解一定濃度的鎘汙染毒害，增強豌豆的抗性。

本發明發現，使用褪黑素水溶液浸種處理後，豌豆的形態指標都發生了顯著的變化，可能的原因是褪黑素在植物中起著生長調節作用，如促進細胞膨大、促進根的再生、促進節間生長、葉片擴大等，因此使得豌豆幼苗生長更加良好，也說明外源褪黑素能緩解鎘對豌豆生長的抑制作用。

當褪黑素水溶液的中褪黑素的濃度大於不低於50μmol·l-1時，所得的技術效果較好。

作為優選方案，所述褪黑素水溶液中褪黑素的濃度為50～200μmol·l-1。

作為發明人目前發現最好的方案，所述褪黑素水溶液中褪黑素的濃度為200μmol·l-1。應當指出的是，從本發明目前的研究成果來看，當濃度大於200μmol·l-1時，可能會產生更好的技術效果。因此，本領域人員應當理解，該濃度並非一定為本發明精神範圍內的最佳選擇。

作為優選方案，步驟(1)中，所述浸泡的時間為24小時。

作為優選方案，步驟(2)中，種植時，溫度為24℃。

作為可選的方案，步驟(2)和步驟(3)總時間為40天。

本發明的有益效果：

1、本發明可以能促進豌豆幼苗的生長；

2、本發明可以顯著的降低豌豆幼苗對鎘的吸收，相比於清水對照組而言，根系與地上部分的鎘含量最高可分別降低20.31％和46.52％。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明進行具體描述，有必要在此指出的是以下實施例只是用於對本發明進行進一步的說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，該領域的技術熟練人員根據上述發明內容所做出的一些非本質的改進和調整，仍屬於本發明的保護範圍。

實施例1

豌豆品種為成豌8號(生長勢旺，分枝多，穩定性好，適應性廣)，市場購買。土壤為潮土，取自四川省成都市溫江區農田，其基本理化性質為：ph值6.29，有機質21.16g/kg，全氮1.09g/kg，全磷1.20g/kg，全鉀22.21g/kg，鹼解氮68.12mg/kg，速效磷16.22mg/kg，速效鉀156.21mg/kg，鎘全量0.10mg/kg，有效態鎘含量0.028mg/kg。

將土壤風乾，用11×15cm(直徑×高)塑料盆裝入過6.72mm(3目)篩的風乾土0.5kg，加入鎘溶液(以cdcl2.2.5h2o分析純形式加入土壤中)，使土壤鎘含量為10mg/kg[14]，保持土壤溼潤，放置30d，不定期翻土混合，使土壤充分混合均勻。

將豌豆用濃度分別0(ck，清水)、50、100、150、200μmol/l的褪黑素溶液浸種24h，每個處理重複3次，催芽，種植在已經裝好土壤的pvc盆中，每盆種植8粒，種植深度淺，保持溼潤，放置於培養室中，保持培養室的溫度在24℃左右，待出苗後將pvc盆移到遮雨棚中，育苗，每盆保留生長一致的幼苗5株，並及時澆水以保持土壤溼潤。

豌豆在種植40d後整株收穫，測定株高、根長、根基部直徑、莖基部直徑、根系體積和生物量。採用丙酮-乙醇混合浸提法測定光合色素(葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量及類胡蘿蔔素)含量。可溶性蛋白含量用考馬斯亮白g250法測定，過氧化物酶(pod)，超氧化物歧化酶(sod)，過氧化氫酶(cat)的活性按照《植物生理學實驗教程》[15]的方法進行測定。稱取5.000g植物鮮樣並磨成勻漿，加入硝酸-高氯酸(體積比為4:1)放置12h後消化至溶液透明，過濾，定容至50ml，用icap6300型icp光譜儀(thermoscientific,usa)測定鎘含量。

2.1不同濃度褪黑素處理對豌豆幼苗形態指標的影響

由表1可知，與對照比較，褪黑素浸種處理後豌豆幼苗的株高、根長、根基部直徑和莖基部直徑都有所提高，且隨著褪黑素濃度的增加同步增長。當褪黑素濃度為200μmol/l時，豌豆幼苗的株高、根長、根基部直徑和莖基部直徑均達到最大值，分別較各自對照提高了14.27％(p＜0.05)、16.75％(p＜0.05)、220.29％(p＜0.05)和193.42％(p＜0.05)。由此可見，褪黑素浸種可改善、提高豌豆幼苗的外部形態指標，且200μmol/l的濃度效果最顯著。

表1不同濃度褪黑素處理對豌豆幼苗株高、根長及根、莖基部直徑的影響

註：不同小寫字母表示各處理間差異達到顯著水平(p＜0.05)，下同。

2.2不同濃度褪黑素處理對豌豆幼苗各部分鮮重及根系體積的影響

如表2所示，與對照相相比，褪黑素浸種處理後，豌豆幼苗的鮮重及根系體積均得到提高。隨著褪黑素濃度的增加，豌豆幼苗的根系、莖稈、葉片及地上部分鮮重呈增加的趨勢。當褪黑素濃度達為200μmol/l時，豌豆幼苗的根系、莖稈、葉片及地上部分鮮重達到最大值，較各自對照分別提高了56.93％(p＜0.05)、33.53％(p＜0.05)、51.46％(p＜0.05)和43.56％(p＜0.05)。不僅如此，褪黑素浸種後，豌豆幼苗的根系體積也得到提高，且隨著褪黑素濃度的增加而呈增大的趨勢。當褪黑素濃度為50、100、150、200μmol/l時，豌豆幼苗的根系體積分別提高了6.38％(p＜0.05)、13.09％(p＜0.05)、31.17％(p＜0.05)和36.17％(p＜0.05)。由此可見，褪黑素浸種促進豌豆幼苗的生長，且200μmol/l的濃度效果最佳。

表2不同濃度褪黑素處理對豌豆幼苗鮮重及根系體積的影響

2.3不同濃度褪黑素處理對豌豆幼苗含水量的影響

隨著褪黑素的濃度增加，豌豆幼苗根系、莖稈、葉片及地上部分的含水量都呈增加的趨勢(表3)。當褪黑素濃度為200μmol/l時，豌豆幼苗根系、莖稈、葉片及地上部分的含水量分別較各自對照提高了2.26％(p＜0.05)、2.37％(p＞0.05)、3.91％(p＞0.05)和3.22％(p＜0.05)。可見，褪黑素浸種可以提高豌豆幼苗的含水量，且褪黑素濃度為200μmol/l時效果最佳。

表3不同濃度褪黑素處理對豌豆幼苗含水量的影響

2.4不同濃度褪黑素處理對豌豆幼苗光合色素含量的影響

褪黑素浸種處理後，豌豆幼苗的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量及類胡蘿蔔素含量較對照均有提高(表4)。隨著褪黑素濃度的增加，豌豆幼苗的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量及類胡蘿蔔素含量呈增加的趨勢，說明褪黑素能夠提高豌豆幼苗的葉綠素含量。褪黑素浸種處理的豌豆幼苗葉綠素a和葉綠素b與各自對照相比，差異均不顯著(p＞0.05)。當褪黑素濃度為50、100、150、200μmol/l時，豌豆幼苗葉綠素總量較對照分別提高了0.93％(p＞0.05)、1.97％(p＞0.05)、9.62％(p＜0.05)和11.28％(p＜0.05)，類胡蘿蔔素含量較對照分別提高了3.22％(p＞0.05)、21.45％(p＜0.05)、34.85％(p＜0.05)和41.29％(p＜0.05)。從葉綠素a/b來看，褪黑素濃度增加的同時，豌豆幼苗葉綠素a/b也在提高，且在褪黑素濃度為200μmol/l最大。

表4不同濃度褪黑素處理對豌豆幼苗光合色素含量的影響

2.5不同濃度褪黑素處理對豌豆幼苗抗氧化酶酶活性及可溶性蛋白的影響

從表5可知，褪黑素浸種後，豌豆幼苗的pod、sod、cat活性及可溶性蛋白含量均隨著褪黑素濃度的增加而呈增加的趨勢。當褪黑素濃度為50、100、150、200μmol/l時，豌豆幼苗pod活性較對照分別提高了3.86％(p＞0.05)、19.94％(p＜0.05)、49.19％(p＜0.05)和54.64％(p＜0.05)，sod活性較對照分別提高了16.16％(p＜0.05)、46.91％(p＜0.05)、96.89％(p＜0.05)和113.79％(p＜0.05)，cat活性較對照分別提高了22.44％(p＜0.05)、40.18％(p＜0.05)、64.16％(p＜0.05)和95.73％(p＜0.05)。褪黑素浸種也提高了豌豆幼苗可溶性蛋白含量，且隨褪黑素濃度的增加而增加(表5)。當褪黑素濃度為200μmol/l時，豌豆幼苗可溶性蛋白含量較對照提高了96.43％(p＜0.05)。由此可見，褪黑素可以提高豌豆幼苗的抗氧化酶活性和可溶性蛋白的含量，從而提高其抗逆性。

表5不同濃度褪黑素處理對豌豆幼苗過氧化酶活性及可溶性蛋白的影響

2.6不同濃度褪黑素處理對豌豆幼苗鮮重鎘含量的影響

褪黑素浸種處理後，豌豆幼苗各個器官的鎘含量均有所降低(表6)。隨著褪黑素濃度的增加，豌豆幼苗的鎘含量呈降低的趨勢，這說明褪黑素可以降低豌豆幼苗的鎘含量。當褪黑素濃度達到200μmol/l時，豌豆幼苗根系、莖稈和葉片的鎘含量分別較各自對照降低了20.31％(p＜0.05)、44.10％(p＜0.05)和46.94％(p＜0.05)。當褪黑素濃度達到50、100、150、200μmol/l時，豌豆幼苗地上部分的鎘含量分別較對照降低了18.56％(p＜0.05)、34.02％(p＜0.05)、42.27％(p＜0.05)和46.39％(p＜0.05)。由此可見，褪黑素浸種可有效降低豌豆幼苗的鎘含量。

表6不同濃度褪黑素處理對豌豆幼苗鮮重鎘含量的影響

本試驗中，在採用褪黑素浸種後，豌豆的葉綠素a、b及類胡蘿蔔素的含量都相對增加，原因可能是褪黑素防止了葉綠素的降解，提高了葉綠素的含量；另一方面可能是褪黑素緩解了鎘對葉綠素酸酯還原酶的抑制作用，保護了葉綠體膜結構受到破壞，增強了礦質元素的吸收能力，提高了參與光合反應酶的活性，使得葉綠素含量提高，增強了光合作用，增加了光合產量。

本試驗中，隨著褪黑素濃度的升高，抗氧化酶活性也相對的增加，可能的原因是褪黑素顯著提高了在鎘脅迫下的豌豆幼苗sod、pod、cat的活性，提高了清除ros的能力、保護膜系統，提高豌豆幼苗內的抗氧化劑和可溶性蛋白的含量，增強了豌豆對鎘的抗性。另一種原因也可能是褪黑素作為一種抗氧化劑直接參與反應，從而增強了豌豆的抗鎘汙染的能力。

本試驗結果出現的原因可能是由於使用外源的褪黑素，使豌豆幼苗植株體內的鎘與半朧氨酸殘基的巰基充分結合，從而降低了鎘的含量；另一種原因可能是鎘誘導豌豆幼苗形成了pc，減少了鎘以cd2+的形式在豌豆植株中循環，降低了鎘對豌豆的毒害作用，因此，減少了豌豆幼苗的鎘含量。

在使用不同濃度的褪黑素浸種後，可改善和提高豌豆幼苗的生長生理狀況，降低鎘的積累，在本試驗中，當褪黑素濃度為200μmol·l-1時，效果最顯著。但從結果也可看出，褪黑素濃度增加的同時，鎘含量和豌豆的各個指標都還在處於不斷增長的狀態，因此未能達到預期的要求選出最適宜的褪黑素濃度，原因是不曾有學者做過相關方面的研究，導致在選擇褪黑素濃度梯度時，濃度選擇不夠大，但也能充分的說明褪黑素浸種能改善豌豆幼苗生長狀況，降低鎘積累。因此，還可以進一步的進行研究，選擇出在不同土壤鎘含量下適宜的褪黑素濃度，來最大程度的降低鎘含量、改善生產，安全生產。