本发明涉及水稻种植技术领域，尤其是涉及一种调控水稻重金属镉积累的方法。
背景技术：
水稻是我们人类生存不可或缺的作物，也是我们主要在食用的粮食之一，因此水稻的生产安全和食用标准和我们息息相关。有报道称，现阶段在我国大量耕地被重金属镉污染，且涉及全国11个省市，引起大量的粮食减产和污染，损失达200亿元以上，可谓范围面积大，损失巨大。同时，水稻重金属污染也与其他植物不同，水稻植株中积累的镉则可以通过生态中的食物链进入到人体，从而危害人类的身心健康，其具有强大的隐蔽和危险性质。
由于水稻具有在镉污染土壤中种植后非常容易对镉元素进行吸收、富集，并且在积累较高镉元素含量的同时也不影响水稻正常生长特点，近十年来不断有新闻报道全国各地发生严重镉元素污染水稻事件，如广东、湖南湘江等地就曾报道镉元素严重超标、污染事件，这些事件已经在生态环境和人类活动中造成巨大影响，同时，利用水稻易于富集镉元素的特性，进而对镉污染土壤进行修复的研究也越来越引起人们的重视。
因此，研究开发一种在常规水稻种植的基础上，采用外源物质的施用，进而对镉胁迫水稻重金属镉积累进行调控的方法，不管是对水稻的安全生产，还是对镉污染土壤的修复都具有十分有益的现实意义。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种调控水稻重金属镉积累的方法，该方法通过在水稻种植过程中将5-氨基乙酰丙酸溶液喷施于镉胁迫培养的水稻叶面上，进而对镉胁迫水稻重金属镉积累进行调控，该应用方法具有成本低廉、操作简单、应用过程中不需要特殊的仪器以及应用周期短的优点。
本发明提供的一种调控水稻重金属镉积累的方法，包括以下步骤：将5-氨基乙酰丙酸与水配置成浓度为100～200mg/l的5-氨基乙酰丙酸溶液，随后在水稻种植过程中将5-氨基乙酰丙酸溶液喷施于镉胁迫培养的水稻叶面上。
进一步的，所述5-氨基乙酰丙酸溶液的浓度梯度为100mg/l、120mg/l、150mg/l、180mg/l和200mg/l。
进一步的，所述水为蒸馏水。
进一步的，所述镉胁迫培养为在镉元素浓度为1.2～1.6mg/kg的镉污染土壤中进行种植。
进一步的，所述镉污染土壤的ph值为5～6。
进一步的，所述5-氨基乙酰丙酸溶液喷施的时间为水稻苗期、分蘖期、抽穗前期和扬花期后的第1～14天。
进一步的，所述5-氨基乙酰丙酸溶液喷施的喷施量为每亩300～350l/天。
更进一步的，所述5-氨基乙酰丙酸溶液喷施的喷施量为每亩330l/天。
进一步的，所述水稻的品种为甬优9号。
进一步的，所述水稻种植过程中定期对水稻浇水，保持土壤的含水量为60～80％。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了5-氨基乙酰丙酸的一种新应用方法，在水稻种植过程中将浓度为100～200mg/l的5-氨基乙酰丙酸溶液喷施于镉胁迫培养的水稻叶面上，会对水稻植株的镉积累产生不同的效果。将研究得到，在本发明浓度范围内浓度较低的5-氨基乙酰丙酸溶液可以抑制镉胁迫水稻中的镉积累，浓度较高的5-氨基乙酰丙酸溶液可以促进镉胁迫水稻根部中的镉积累的同时，还对水稻糙米中的镉积累有抑制作用，进而在保证水稻糙米达到国家食用标准。通过本发明的研究可以提供一种调控水稻重金属镉积累的方法，不管是对水稻的安全生产，还是对镉污染土壤的修复都具有十分有益的现实意义。同时，水稻作为常规作物，其田间管理均为农业常规方法，降低了该方法进一步应用的操作难度。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的一个方面，一种调控水稻重金属镉积累的方法，包括以下步骤：将5-氨基乙酰丙酸与水配置成浓度为100～200mg/l的5-氨基乙酰丙酸溶液，随后在水稻种植过程中将5-氨基乙酰丙酸溶液喷施于镉胁迫培养的水稻叶面上。
5-氨基乙酰丙酸作为四氢吡咯的前缀化合物，是生物体合成叶绿素、血红素、维生素b12等这些物质所不能缺少的元素，本发明提供了5-氨基乙酰丙酸的一种新应用，通过施加外源5-氨基乙酰丙酸，可以对水稻重金属镉积累进行调控，应用不同浓度的5-氨基乙酰丙酸溶液对镉胁迫培养的水稻叶面进行喷施，会对水稻植株的镉积累产生不同的效果。此外，5-氨基乙酰丙酸为水稻体内所固有成分，无毒副作用，不影响水稻的正常生长发育，且来源广泛，价格低廉。
本发明提供了5-氨基乙酰丙酸的一种新应用方法，在水稻种植过程中将浓度为100～200mg/l的5-氨基乙酰丙酸溶液喷施于镉胁迫培养的水稻叶面上，会对水稻植株的镉积累产生不同的效果。将研究得到，在本发明浓度范围内浓度较低的5-氨基乙酰丙酸溶液可以抑制镉胁迫水稻中的镉积累，浓度较高的5-氨基乙酰丙酸溶液可以促进镉胁迫水稻根部中的镉积累的同时，还对水稻糙米中的镉积累有抑制作用，进而在保证水稻糙米达到国家食用标准。通过本发明的研究可以提供一种调控水稻重金属镉积累的方法，不管是对水稻的安全生产，还是对镉污染土壤的修复都具有十分有益的现实意义。同时，水稻作为常规作物，其田间管理均为农业常规方法，降低了该方法进一步应用的操作难度。
在本发明的一种优选实施方式中，所述5-氨基乙酰丙酸溶液的浓度梯度为100mg/l、120mg/l、150mg/l、180mg/l和200mg/l。
在本发明的一种优选实施方式中，所述水为蒸馏水。蒸馏水是利用蒸馏设备使水蒸汽化,然后使水蒸气凝成水，制备得到的蒸馏水除去了重金属离子。本发明应用蒸馏水配制5-氨基乙酰丙酸溶液，可以避免水中的重金属离子对试验的影响，使的实验的结果更为准确。
在本发明的一种优选实施方式中，所述镉胁迫培养为在镉元素浓度为1.2～1.6mg/kg的镉污染土壤中进行种植。镉在自然土壤中的含量一般是表现较低，不会对人类造成很大的危害，我国的土壤镉背景值大约为是0.097mg/kg。本发明用于种植水稻的土壤为镉浓度为1.2～1.6mg/kg，为重金属镉严重污染的土壤。
在本发明的一种优选实施方式中，所述镉污染土壤的ph值为5～6。
经研究发现，不同ph值的土壤对镉胁迫水稻的镉元素积累具有调节作用，本发明使用ph值为5～6的镉污染土壤进行水稻种植，可以排除由于ph值的不同而形成的对镉胁迫水稻的镉元素积累的影响，进而更好的证明5-氨基乙酰丙酸在降低水稻体内镉积累中的技术效果。
在本发明的一种优选实施方式中，所述5-氨基乙酰丙酸溶液喷施的时间为水稻苗期、分蘖期、抽穗前期和扬花期后的第1～14天。
作为一种优选的实施方式，本发明在水稻苗期、分蘖期、抽穗前期和扬花期后的第1～14天对水稻叶面进行喷施处理，这样的喷施时间的选择可以使水稻的整个生长周期中，均有外源5-氨基乙酰丙酸溶液进行喷施作用。
在本发明的一种优选实施方式中，所述5-氨基乙酰丙酸溶液喷施的喷施量为每亩300～350l/天。
在上述优选实施方式中，所述5-氨基乙酰丙酸溶液喷施的喷施量为每亩330l/天。
优选的，所述喷施处理的喷施量为喷施至水稻叶面附着满水珠，液体开始下滴为止。
在本发明的一种优选实施方式中，所述水稻的品种为甬优9号。
作为一种优选的实施方式，甬优9号为粳型三系杂交水稻品种。在长江中下游作单季晚稻种植，其具有株型适中、长势繁茂，熟期转色较好的优点，但甬优9号对镉胁迫的抗逆性不强，属于镉高积累水稻品种，本发明使用甬优9号水稻可以更好的证明5-氨基乙酰丙酸在降低水稻体内镉积累中的技术效果。
在本发明的一种优选实施方式中，所述水稻种植过程中定期对水稻浇水，保持土壤的含水量为60～80％。
作为一种优选的实施方式，在水稻种植过程中定期对水稻浇水，保持土壤的含水量为60～80％可以使水稻更好的进行生长，避免其他因素对本发明调控水稻重金属镉积累研究的干扰。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行进一步地说明。
下述各实施例均以浙江省水稻主栽品种甬优9号为试验品种，在镉浓度为1.3～1.6mg/kg，土壤的ph值为5～6的镉污染土壤中种植。
下述各个实施例中，水稻种植模式为：每处理小区占地面积2.35×2.55m＝6m2，品种间间隔0.4m，株行距0.3m×0.2m，为125丛，每小区之间筑埂并加塑料膜防渗，每个处理进行3个重复。如无特殊说明，整地、育苗、移栽、田间管理均为农业常规方法。
实施例1
首先，将5-氨基乙酰丙酸用蒸馏水配置成浓度为100mg/l的水溶液，随后在镉污染土壤的水稻种植过程中，使用上述5-氨基乙酰丙酸溶液在水稻苗期、分蘖期、抽穗前期和扬花期后的第1～14天连续对水稻叶面进行喷施处理，喷施处理中5-氨基乙酰丙酸溶液的喷施量为每亩330l/天。水稻的整个种植过程采用常规田间管理方式进行。
实施例2
首先，将5-氨基乙酰丙酸用蒸馏水配置成浓度为120mg/l的水溶液，随后在镉污染土壤的水稻种植过程中，使用上述5-氨基乙酰丙酸溶液在水稻苗期、分蘖期、抽穗前期和扬花期后的第1～14天连续对水稻叶面进行喷施处理，喷施处理中5-氨基乙酰丙酸溶液的喷施量为每亩330l/天。水稻的整个种植过程采用常规田间管理方式进行。
实施例3
首先，将5-氨基乙酰丙酸用蒸馏水配置成浓度为150mg/l的水溶液，随后在镉污染土壤的水稻种植过程中，使用上述5-氨基乙酰丙酸溶液在水稻苗期、分蘖期、抽穗前期和扬花期后的第1～14天连续对水稻叶面进行喷施处理，喷施处理中5-氨基乙酰丙酸溶液的喷施量为每亩330l/天。水稻的整个种植过程采用常规田间管理方式进行。
实施例4
首先，将5-氨基乙酰丙酸用蒸馏水配置成浓度为180mg/l的水溶液，随后在镉污染土壤的水稻种植过程中，使用上述5-氨基乙酰丙酸溶液在水稻苗期、分蘖期、抽穗前期和扬花期后的第1～14天连续对水稻叶面进行喷施处理，喷施处理中5-氨基乙酰丙酸溶液的喷施量为每亩330l/天。水稻的整个种植过程采用常规田间管理方式进行。
实施例5
首先，将5-氨基乙酰丙酸用蒸馏水配置成浓度为200mg/l的水溶液，随后在镉污染土壤的水稻种植过程中，使用上述5-氨基乙酰丙酸溶液在水稻苗期、分蘖期、抽穗前期和扬花期后的第1～14天连续对水稻叶面进行喷施处理，喷施处理中5-氨基乙酰丙酸溶液的喷施量为每亩330l/天。水稻的整个种植过程采用常规田间管理方式进行。
对比例1
在镉污染土壤的水稻种植过程中，使用蒸馏水在水稻苗期、分蘖期、抽穗前期和扬花期后的第1～14天连续对水稻叶面进行喷施处理，喷施处理中蒸馏水的喷施量为每亩330l/天。水稻的整个种植过程采用常规田间管理方式进行。
对比例2
首先，将5-氨基乙酰丙酸用蒸馏水配置成浓度为70mg/l的水溶液，随后在镉污染土壤的水稻种植过程中，使用上述5-氨基乙酰丙酸溶液在水稻苗期、分蘖期、抽穗前期和扬花期后的第1～14天连续对水稻叶面进行喷施处理，喷施处理中5-氨基乙酰丙酸溶液的喷施量为每亩330l/天。水稻的整个种植过程采用常规田间管理方式进行。
对比例3
首先，将5-氨基乙酰丙酸用蒸馏水配置成浓度为230mg/l的水溶液，随后在镉污染土壤的水稻种植过程中，使用上述5-氨基乙酰丙酸溶液在水稻苗期、分蘖期、抽穗前期和扬花期后的第1～14天连续对水稻叶面进行喷施处理，喷施处理中5-氨基乙酰丙酸溶液的喷施量为每亩330l/天。水稻的整个种植过程采用常规田间管理方式进行。
效果例1水稻农艺性状分析
将实施例1～5和对比例1～3种植的水稻在割前采集植株样品，并分别考察不同处理条件下水稻的株高、穗数、穗粒数、千粒重和结实率等农艺形状，其结果如下表所示：
由上表所示，使用浓度为100～200mg/l的5-氨基乙酰丙酸溶液对水稻叶面进行喷施处理，对水稻成熟期整体农艺性状影响不大。与对比例1使用蒸馏水进行喷洒的对照组相比，在本发明实施例1～5和对比例2以及对比例3的5-氨基乙酰丙酸溶液处理下，水稻株高、穗数、穗粒数、千粒重和结实率都无显著变化，水稻结穗，生长态势良好，未受到很大影响。因此，浓度为100～200mg/l的5-氨基乙酰丙酸溶液对水稻植株整体农艺性状并没有很大影响，即浓度为100～200mg/l的5-氨基乙酰丙酸溶液对水稻植株没有不良的影响，5-氨基乙酰丙酸调控水稻积累重金属镉的效果并不是由于调节水稻植株的生长而得到的。
效果例2对镉胁迫种植水稻得到的糙米的重金属镉积累的调控
将实施例1～5和对比例1～3种植的水稻成熟收割后于60～70℃烘干至恒重，将水稻籽粒用脱壳机去壳，得到糙米；随后应用常规试验方法对得到的糙米的镉含量进行测定，其测定结果如下表所示：
由上表可知，本发明实施例1～5使用浓度为100～200mg/l的5-氨基乙酰丙酸溶液对水稻叶面进行喷施处理后水稻糙米中的镉含量均为0.18mg/kg以下，均低于我国规定糙米中重金属镉含量的最高限制标准为0.2mg/kg；与对比例1使用蒸馏水进行喷洒的对照组相比，本发明实施例1～5水稻糙米中的镉含量明显低于对照组。
同时，由上述数据可知，在本发明实施例1和实施例2使用本发明浓度范围内浓度较低的5-氨基乙酰丙酸溶液可以明显抑制镉胁迫水稻的糙米中的镉积累，使在镉污染土地中种植的糙米的镉含量均降低至0.12mg/kg以下，远低于我国规定糙米中重金属镉含量的最高限制标准为0.2mg/kg。而本发明实施例3～5随着5-氨基乙酰丙酸溶液浓度的增高，其处理后的水稻糙米中的镉含量也相应的增高，因此可知，随着本发明5-氨基乙酰丙酸溶液浓度范围内浓度的增高，本发明对水稻的糙米中的镉积累的抑制效果依次递减。
通过与对比例2和对比例3使用本发明浓度范围以外的5-氨基乙酰丙酸溶液对水稻叶面进行喷施处理后得到的结果相比，由上表可知，对比例2种植的糙米的镉含量为0.22mg/kg，对比例3种植的糙米的镉含量为0.23mg/kg，其效果与对比例1使用蒸馏水进行喷洒的对照组相比差距并不明显。因此，使用本发明浓度范围外的5-氨基乙酰丙酸溶液对水稻叶面进行喷施处理不能达到本发明调控水稻植株中糙米的镉含量的技术效果。
效果例3对镉胁迫种植水稻的植株根部的重金属镉积累的调控
将实施例1～5和对比例1～3种植的水稻成熟收割后于60～70℃烘干至恒重，将水稻植株的根部进行收割；随后应用常规试验方法对得到的水稻植株的根部的镉含量进行测定，其测定结果如下表所示：
由上表可知，与对比例1使用蒸馏水进行喷洒的对照组相比，本发明实施例1使用浓度为100mg/l的5-氨基乙酰丙酸溶液对水稻叶面进行喷施处理后水稻根部的镉含量仅为0.102mg/kg；本发明实施例2使用浓度为120mg/l的5-氨基乙酰丙酸溶液对水稻叶面进行喷施处理后水稻根部的镉含量为0.105mg/kg，由此可知，在本发明浓度范围内浓度较低的5-氨基乙酰丙酸溶液可以明显抑制镉胁迫水稻的水稻根部的镉积累。
通过与本发明实施例4使用浓度为180mg/l的5-氨基乙酰丙酸溶液对水稻叶面进行喷施处理后水稻根部的镉含量高达1.75mg/kg；实施例5使用浓度为200mg/l的5-氨基乙酰丙酸溶液对水稻叶面进行喷施处理后水稻根部的镉含量高达1.86mg/kg，上述实施例3和4与对比例1使用蒸馏水进行喷洒的对照组相比，可知在本发明浓度范围内浓度较高的5-氨基乙酰丙酸溶液可以明显促进镉胁迫水稻根部的镉积累。
通过与实施例3使用浓度为150mg/l的5-氨基乙酰丙酸溶液对水稻叶面进行喷施处理后水稻根部的镉含量为1.19mg/kg，与对比例1使用蒸馏水进行喷洒的对照组相比差距并不明显，因此，在本发明浓度范围内中间浓度的5-氨基乙酰丙酸溶液对镉胁迫水稻的水稻根部的镉积累的调控作用并不明显。
通过与对比例2和对比例3使用本发明浓度范围以外的5-氨基乙酰丙酸溶液对水稻叶面进行喷施处理后得到的结果相比，由上表可知，对比例2种植的糙米的镉含量为1.21mg/kg，对比例3种植的糙米的镉含量为1.23mg/kg，其效果与对比例1使用蒸馏水进行喷洒的对照组相比差距并不明显。因此，使用本发明浓度范围外的5-氨基乙酰丙酸溶液对水稻叶面进行喷施处理不能达到本发明调控水稻植株中水稻根部镉含量的技术效果。
综上可知，本发明在水稻种植过程中将浓度为100～200mg/l的5-氨基乙酰丙酸溶液喷施于镉胁迫培养的水稻叶面上，会对水稻植株的镉积累产生不同的效果。经上述效果例2和效果例3可知，在本发明浓度范围内浓度较低的5-氨基乙酰丙酸溶液可以抑制镉胁迫水稻中的镉积累，浓度较高的5-氨基乙酰丙酸溶液可以促进镉胁迫水稻根部中的镉积累的同时，还对水稻糙米中的镉积累有抑制作用，进而在保证水稻糙米达到国家食用标准。通过本发明的研究可以提供一种调控水稻重金属镉积累的方法，不管是对水稻的安全生产，还是对镉污染土壤的修复都具有十分有益的现实意义。同时，水稻作为常规作物，其田间管理均为农业常规方法，降低了该方法进一步应用的操作难度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。