一种抗铜胁迫玉米拌种剂及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种玉米拌种剂及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002] 近年来，受作物种植结构调整的影响，中国玉米产业发展迅猛，这就需要更多的安 全有效的土地来种植玉米，才能确保玉米的高产与稳产。玉米播种面积和产量都呈逐年增 加的趋势，玉米总产占粮食总产50%以上。以黑龙江省为例，2015年粮食作物播种面积达 到214000万亩，其中玉米播种面积达到12000万亩，且在未来有进一步增加种植面积的趋 势。
[0003] 玉米植株是一个开放体系，在从外界环境不断地摄取物质、能量和信息的同时，也 受到各种生态因子的影响。其中土壤要素影响玉米生长发育中最为关键的基础因子。相对 于大气污染、水污染等其他环境污染情况，土壤重金属污染则具有隐蔽性、滞后性等特点， 被监管部门和社会察觉时往往已造成重大危害。研究表明，中国超过16%的耕地受重金属 污染（李庚飞.某矿区附近不同作物对3种重金属富集能力的研究[J].中国农学通报， 2012, 28 (26) :257-261)。国土资源部2013年发布的数据表明，中国被中度和重度污染的 耕地面积大约是5000万亩，相当于欧洲国家比利时的国土面积，中国每年因土壤重金属污 染的粮食约1200万吨，直接经济损失在200亿元左右。随着近年来中国由于土壤中重金 属污染导致的重大环境事件不断出现，国家也在逐渐制订和完善关于土壤重金属污染的法 律、法规和相关政策，加大对土壤重金属污染治理的支持力度，逐步开展了土壤重金属污染 治理试点工作。
[0004] 土壤中重金属的积累主要源自于以下几点原因。
[0005] 首先，由于工业三废"废渣、废液和废气"的随意排放以及农药、化肥的过量施用， 使得土壤中的重金属积累比以往任何时候都高。以中国粮食主产区1178万公顷的东北黑 土为例，该区域分布在东北地区小兴安岭和长白山西侧的山前起伏台地。近年来，黑土耕地 面积及生产力正呈下降趋势，黑土的有机质含量下降，理化性质发生了深刻的变化。研究表 明，选择典型黑土 3个基本样区的191个土壤样品，不同重金属元素整体上存在区域差异， 表层中Cu，Zn，Cr，Hg均为海伦高于其他两地，Pb为公主岭>海伦>北安；亚表层含量略有 降低，分异趋同于表层（王铁宇，汪景宽，周敏，边振兴，关连珠，颜丽.黑土重金属元素局地 分异及环境风险[J].农业环境科学学报，2004, 23(2) :272-276)。土壤中重金属污染及其 治理工作刻不容缓。
[0006] 其次，随着人民生活水平的提高，畜牧业作为主要的支柱产业得以迅猛发展。以黑 龙江省为例，2014年，畜牧业增加值实现557. 1亿元，同比增长4. 4%。肉类总产228. 19万 吨，同比增长4. 19%。奶产量556. 58万吨，同比增长7. 40%。黑龙江省2014年的肉、奶产 量增速分别高于中国平均水平3. 4个百分点和0. 8个百分点。自从Braude (1945)首次发现 饲粮添加高剂量的铜可加快生长肥育猪的生长，并且提高饲料利用率以来，高剂量的铜、锌 等具有抗菌促生长的特殊功效已被动物营养学家和猪生产者普遍接受，并在生长猪、禽类 等的日粮中广泛应用。由于铜对动物体内金属酶、铁代谢、血红蛋白合成、红细胞和骨形成 都起着重要的作用和影响巨大（Miller，Ullrey D E，Elliis D J. Comparison of copper sulfate and selected antibiotic for gorwing-finishing swine[J] ? J Anim Sci，1969， 29:140)。畜牧业生产中添加高水平的铜（大于200mg/kg)作为一种高效而廉价的促生长 添加剂，已经在畜禽养殖业中大量使用。由此带来的高铜排泄物在养殖场周围土壤和水体 中富集，导致农作物减产和品质下降的现象日益严峻。但研究表明：添加过量的铜不但对增 重和耗料并无改善，而且还会导致大量铜随粪便排除体外造成环境污染（傅月华，熊小文， 欧阳克蕙.生态营养与环境保护[J].江西农业大学学报，1997,19(4) :93-96)。另一方面， 添加的铜通过动物体的富集作用使其毒性增强，进人食物链后会在人体内蓄积，产生诸多 不良后，甚至危害人体健康。
[0007] 铜元素是植物生长必必需的微量元素之一，但是土壤中重金属铜含量的增高对玉 米的生长严重不利，具体表现在以下三点。
[0008] -是土壤中过量铜元素的积累影响玉米叶片的光合作用。过量的Cu影响叶片 的光合作用，叶绿素含量含量，色素蛋白复合体的结构会遭到破坏，原初光化学反应和 PS II 的光合电子传输受阻（Patsikka, E. , Aro, E. M. , and Tyystjarvi, E. Increase in the quantum yield of photo inhibition contributes to copper toxicity in vivo[J]. Plant Physiol，1998,117,619-627)。植物细胞中的 Cu 可以通过 Haber-Weiss 和 Fenton 反应促使植物细胞累积羟自由基（.0H)和过氧化氢（H202)。累积的活性氧可以引发脂质 和蛋白质的过氧化作用，从而严重干扰植物正常的生理代谢（Mysliwa-Kurdziel，B.，and Strzalka, K. Influence of metals on biosynthesis of photosynthetic pigments[M]. In Physiology and Biochemistry of Metal Toxicity and Tolerance in Plants， M. N. V. Prasad and K. Strzatka eds (The Netherlands ：Kluwer Academic Publishers)， 2002, pp.201-227.)。
[0009] 二是土壤中过量铜元素的积累影响玉米幼苗叶片中抗氧化酶系统中酶活性的变 化。随着Cu质量浓度（5-160mg/L)的增加，幼苗叶片中的超氧化物歧化酶（S0D)、过氧化 物酶（P0D)活性升高，过氧化氢酶（CAT)活性先升高后下降。铜胁迫还会导致植物体内的 氧化损伤，丙二醛含量随Cu处理质量浓度提高而增加。玉米幼苗累积的Cu在体内以不同 的化学形态分布，通过体内结合机制降低体内Cu的移动性是玉米幼苗抵抗Cu污染危害的 重要机制之一（熊思，林爱军，宋亮，魏连爽，李强.铜污染对玉米幼苗的毒性及其机制研究 [J] ?北京化工大学学报（自然科学版），2013,40(6) :82-87)。
[0010] 三是土壤中过量铜元素的积累影响玉米幼苗根系及地上部的生长。5-20 y mol/ L的Cu处理10天明显抑制玉米幼苗根系生长，并减少玉米幼苗的干物重，以及增加玉米幼 苗地上部和根系含Cu量；玉米幼苗吸收的Cu大部分积累在根系，在地上部分布较少。Cu 处理还降低玉米叶片的叶绿素含量和Fv/Fm、ETR、qP和qy值（胡筑兵，陈亚华，王桂萍，沈 振国.铜胁迫对玉米幼苗生长、叶绿素荧光参数和抗氧化酶活性的影响[J].植物学通报， 2006,23(2) : 129-137)。
[0011] 目前，土壤重金属铜污染治理的方法主要有两大类：一是通过改变土壤中重金属 污染物的存在形态。将其固定在土壤中，使重金属远离食物链，从而减少对人体的危害。二 是利用特殊植物对重金属离子的吸收性或者使用工程方法回收重金属，直接减少土壤中重 金属的含量。一般包括工程修复法、农业修复法和生物修复法。其中在国内外许多项目中， 由于修复速度快，固化/稳定化技术（工程修复法）被广泛使用。2009年环境保护部出台 了《污染场地土壤修复技术导则（征求意见稿）》，对修复方法所需的时间和各修复方法的 治理成本给出了指导。植物修复法虽然单次的成本较低，但是需要多年重复进行，总成本并 不比其他修复法较低。
[0012] 过量铜通过玉米植株体的吸收可以进入整个食物链。目前在生产上应用的玉米拌 种剂主要是针对土壤传播类的病虫害，比如防治地下害虫，粗缩病，黑穗病，大小斑病等等。 有关于在玉米生产上缓解重金属胁迫（铜胁迫，镉胁迫，砷胁迫等），盐碱胁迫等的玉米拌 种剂种类较少，获得国家部门批准的正规产品也十分缺乏，市场巨大。因此，制备一种玉米 拌种剂，缓和土壤铜胁迫对玉米生长的威胁，增强玉米抗逆能力，为玉米种子发芽和生长创 造一个良好的生态环境，为黑龙江铜污染地区玉米种植提供一条有效的路子，保障东北地 区，特别是重金属污染地区的玉米生产具有重要意义。
[0013] 通过检索发现，专利申请CN104162537A《一种合理利用铜污染土壤的方法》的专 利技术，公开了在铜污染土壤中种植黄花月见草，从而实现了合理利用铜污染土壤、减少污 染土壤抛荒废弃的目的。该技术属于植物修复技术，是利用黄花月见草来修复铜污染地块， 然而黄花月见草本身对于生长环境及气候条件的要求苛刻，且种植成本较高，再加上黄花 月见草本身的病虫害防治等管理手段复杂，因此实际上成本较高，不利于推广。专利申请 201310690855. 7《一种用于铜污染土壤的化学淋洗修复方法》，化学淋洗剂容易造成地下水 污染及造成土壤酸化，且成本较高，使用技术较为复杂，生产上不易掌握使用该技术，且工 作量较大，而且各种淋洗剂浓度掌握不好的时候，会对种植在土壤中的植物有一定的伤害 作用。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的在于提供一种抗铜胁迫玉米拌种剂及其制备方法与应用。针对东北 畜牧业发展中伴随着的农田铜污染危害严重的问题，提供一种能提高玉米种子发芽率和发 芽势，改善根系生长发育及叶片生理生化特征，苗齐苗壮，在抗铜胁迫和养分供应上具有可 控性和持久性的玉米拌种剂。
[0015] 本发明抗铜胁迫玉米拌种剂包括植物生长调节剂、微量元素、螯合剂、粘合剂、湿 润剂、着色剂和水，其中植物生长调节剂由2_(3,4_二氯苯氧基）三乙胺、y-氨基丁酸、苯 肽胺酸和调环酸钙组成，所述微量元素由柠檬酸钾、氯化锌、硝酸钙和硫酸锰组成，所述螯 合剂为乙二胺四乙酸，所述粘合剂为聚丙烯酸钠，所述湿润剂为十二烷基苯磺酸钠，所述着 色剂为染料红。
[0016] 本发明抗铜胁迫