一种筛选低积累有毒重金属的水稻品种的方法与流程

本发明涉及农业技术和生态技术交叉技术领域，尤其涉及一种筛选低积累有毒重金属的水稻品种的方法。

背景技术：

在中低污染地区或者已经修复但由于各种因素而没有能达到《土壤环境质量标准gb15618-1995》的农田土壤上，种植低积累水稻可以使稻米符合《食品安全国家标准—食品中污染物限量》（gb2762-2012）。

已有的筛选低积累重金属作物品种的方法有田间试验、温室土培和实验室水培。田间试验筛选所需要的过程漫长，外界环境影响较大；温室土培作物，在固体培养介质中播种时不易对每粒种子进行标记或者标记工作量太大，在移栽的过程中作物幼苗根部及地上部易受到损伤，待植株收获时较难收获完整的根部，土壤及营养钵中成分复杂，不易掌控，对实验部分而言具有一定的局限性；实验室水培相对速度快一点但是鉴于土壤成分的复杂，所以仅仅采用水培加上培养基是没有办法完全模拟作物的实际生长环境，同样在植株收获时不能保证植株的根部被完整的收获，培养后期加入重金属不符合实际生产情况，而且培养时间相对而言还是较长。

技术实现要素：

针对已有的快速筛选低积累重金属作物方法的不足，本发明提出来一种快速、简便、新型筛选低积累有毒重金属的水稻品种的方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种筛选低积累有毒重金属的水稻品种的方法，包括以下步骤：

步骤1：对国际水稻研究所推荐的水稻营养配方进行改良，添加高于土壤背景值1-3倍的浓度有毒重金属化合物配置培养液，并调节ph为5.5；

步骤2：将待筛选的种子消毒杀菌；

步骤3：将待筛选的种子进行催芽48h，催芽采用分类式同步催芽器对待筛选的水稻种子进行同步催芽；

步骤4：选择生长一致的幼芽进行移苗，将幼苗移植到带有孔的pvc板上，并将其放入到装有营养液的pvc容器中培养，调节光照培养箱的条件为：白天/黑夜时长14/10h，温度为28/20℃，湿度为70%，将所有的实验样品转移到培养箱中进行培养；

步骤5：水稻幼苗培养48h后取样，先将水稻幼苗的根叶分离，再用去离子水洗净，将根系置于20mm乙二胺四乙酸二钠浸泡30min，除去表面吸附的金属离子，然后用超纯水洗净，吸干根表面的水分，洗净后的根叶放到烘箱里100℃杀青，70℃烘干至恒重；

步骤6：样品烘干后，使用硝酸电热板消解，用原子吸收分光光度计测定消解液中cr的含量；

步骤7：通过gcs模型和能斯特方程计算细胞膜表面电势，根据计算所得的转移系数以及细胞膜表面电势以及溶液中各种阴阳离子的浓度，利用sgcd软件计算出重金属的转移量、各部分的积累量，再经过比较筛选出低积累有毒重金属的水稻品种。

作为优选，所述步骤1中的营养液配方为：40mg/lnh4no3、10mg/lnah2po4·2h2o、40mg/lk2so4、40mg/lcacl2、40mg/lmgso4·7h2o、0.5mg/lmncl2·4h2o、0.05mg/l(nh4)6mo7o24·2h2o、0.2mg/lh3bo3、0.01mg/lznso4·7h2o、0.01mg/lcuso4·5h2o、2mg/lfecl3·6h2o、300mg/lcrcl3。

作为优选，所述添加的重金属为cd、hg、as、pb、cr中的一种或几种，所述cd浓度为0.3~0.9mg/l、hg浓度为0.3~0.9mg/l、as浓度为30~90mg/l、pb浓度为80~240mg/l、cr浓度为150~450mg/l。

作为优选，所添加的重金属的浓度为高于土壤背景值3倍的浓度有毒重金属化合物配置培养液。

作为优选，所述步骤2中将水稻种子用0.5%次氯酸钠浸泡30min，消毒杀菌。

作为优选，所述步骤3中的分类式同步催芽器包括托盘架以及设于所述托盘架内的若干托盘体，所述托盘架为方形托盘架，若干所述托盘体上下并列设在所述托盘架内，在每层所述托盘体内催芽不同的水稻品种。

作为优选，每个所述托盘体的高度在所述托盘架内可上下调节，每个所述托盘体上还设置多个通风孔，在所述托盘架上适配托盘盖体，所述托盘盖体上设置加热元件，加热元件位于托盘架内。

作为优选，每个所述托盘体的顶面上均加工有格挡条，且每个所述格挡条两侧边均一体成型有弧形挤压槽，在每个所述托盘体的底面上加工有与所述格挡条配合的倒u形的锁紧齿。

作为优选，每两个所述格挡条之间形成催芽室，每个所述催芽室内底部铺设3-4层滤纸，在放入种子前，将滤纸用水润湿，然后将消毒过的水稻种子平铺在滤纸上，接着在种子上铺盖1-2层纯水湿巾，并将上层的一个托盘体向下移动，上层托盘体底部的倒u形的锁紧齿卡紧在下层托盘体顶面的格挡条上，且与格挡条两侧的弧形挤压槽对应卡紧，然后再在纯水湿巾上撒上一层水。

作为优选，催芽过程中托盘架内的催芽参数为：在32℃、80%湿度的黑暗条件下催芽48h，每4h浇水，保持水稻种子处于较为湿润的环境，通过托盘盖体上的加热元件控制分类式同步催芽器内的温度。

本发明的有益效果是：

（1）本发明对种子进行消毒杀菌、催芽、移苗的操作方法以及实验初期的营养液中加入重金属更符合日常水稻种植的实际情况；

（2）本发明利用水稻幼苗进行实验，实验周期短，实验效果显著；

（3）本发明采用的实验方法，所需要的实验场地小、操作简单、实验成本小、数据分析快捷。

本发明采用的实验方法，所需要的实验场地小、操作简单、实验成本小、数据分析快捷。

（4）本发明是针对水稻品种进行筛选的，故在催芽阶段本发明采用了分类式同步催芽器，可将多种待筛选水稻品种同时同步进行催芽，降低传统催芽方式所带来的误差，而且该催芽方法采用滤纸结合纯水湿巾的方式，能够实现快速催芽，较传统的催芽时间缩短一半。

附图说明

图1为本发明添加重金属镉之后四种水稻品种实验后的镉含量对比图。

图2为本发明分类式同步催芽器的主视示意图。

图3为本发明分类式同步催芽器的主视示意图。

图4为本发明托盘架的俯视图。

其中：1-托盘架，2-托盘体，21-通风孔，22-锁紧齿，23-格挡条，24-弧形挤压槽，25-导向块，3-调节槽，4-托盘盖体，5-加热元件。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

已有的筛选低积累重金属水稻的办法耗时长、实验复杂、工作量大。为减少实验误差，缩短实验时间、减少工作量，本发明提供一种新型的筛选低积累重金属水稻品种的方法。

一种筛选低积累有毒重金属的水稻品种的方法，包括以下步骤：

步骤1：对国际水稻研究所推荐的水稻营养配方进行改良，添加高于土壤背景值1-3倍的浓度有毒重金属化合物配置培养液，具体的可以使用3倍的浓度有毒重金属化合物配置培养液，并调节ph为5.5；

营养液配方为：40mg/lnh4no3、10mg/lnah2po4·2h2o、40mg/lk2so4、40mg/lcacl2、40mg/lmgso4·7h2o、0.5mg/lmncl2·4h2o、0.05mg/l(nh4)6mo7o24·2h2o、0.2mg/lh3bo3、0.01mg/lznso4·7h2o、0.01mg/lcuso4·5h2o、2mg/lfecl3·6h2o、300mg/lcrcl3；

所述步骤1中的国际水稻研究院推荐的专用水稻营养液中的有些成分会与实验所用的重金属发生化学反应，影响阴阳离子的作用效果，所以需要根据实际情况进行调整换成具有相同效果的试剂代替，营养液中所添加的重金属浓度根据重金属元素不同所设置的浓度也不同，所设置的浓度以我国食用农产品产地土壤质量评价标准《hj/t332-2006》，结合水稻种植土壤的ph值，设置浓度为土壤重金属有效态含量的1~3倍；

所述添加的重金属为cd、hg、as、pb、cr中的一种或几种，所述cd浓度为0.3~0.9mg/l、hg浓度为0.3~0.9mg/l、as浓度为30~90mg/l、pb浓度为80~240mg/l、cr浓度为150~450mg/l；

步骤2：将待筛选的种子消毒杀菌，将水稻种子用0.5%次氯酸钠浸泡30min；

步骤3：将待筛选的种子进行催芽48h，催芽采用分类式同步催芽器对待筛选的水稻种子进行同步催芽；

参照附图2-3所示，分类式同步催芽器包括托盘架1以及设于所述托盘架1内的若干托盘体2，所述托盘架1为方形托盘架1，若干所述托盘体2上下并列设在所述托盘架1内，在每层所述托盘体2内催芽不同的水稻品种；每个所述托盘体2的高度在所述托盘架1内可上下调节，主要是通过在托盘体2上一体成型导向块25，并在托盘架1的内壁上开调节槽3，调节过程中通过导向块25在调节槽3内的上下滑动来调节，导向块25是卡在调节槽3内的，每个所述托盘体2上还设置多个通风孔21，在所述托盘架1上适配托盘盖体4，所述托盘盖体4上设置加热元件5，加热元件5位于托盘架1内，每个所述托盘体2的顶面上均加工有格挡条23，且每个所述格挡条23两侧边均一体成型有弧形挤压槽24，在每个所述托盘体2的底面上加工有与所述格挡条23配合的倒u形的锁紧齿22，每两个所述格挡条23之间形成催芽室，每个所述催芽室内底部铺设3-4层滤纸，在放入种子前，将滤纸用水润湿，然后将消毒过的水稻种子平铺在滤纸上，接着在种子上铺盖1-2层纯水湿巾，并将上层的一个托盘体2向下移动，上层托盘体2底部的倒u形的锁紧齿22卡紧在下层托盘体2顶面的格挡条23上，且与格挡条23两侧的弧形挤压槽24对应卡紧，然后再在纯水湿巾上撒上一层水；

分类式同步催芽器设置的目的是能够同时将待筛选的水稻种子在同一环境中同步进行催芽，这样催芽过程中就不会存在催芽误差，因为都取自相同的催芽环境，而且采用本发明的分类式同步催芽器在使用过程中保湿的材质是纯水湿巾，也就是不加任何添加剂的湿巾，湿巾的存水性能好，保湿效果更强，而催芽过程中影响催芽效果的一个因素就是水分，本发明为了提高催芽的效果以及缩短催芽的时间，故在托盘体2的底部使用滤纸，在顶部使用纯水湿巾，而且当湿巾铺设在种子表面后为了避免湿巾两侧有孔隙，造成水分快速流失，故本发明设计了锁紧齿22和格挡条23上弧形挤压槽24相配合的结构，当湿巾铺设好后，下移上层托盘体2，将上层托盘体2底面的锁紧齿22卡在下层托盘体2顶面的格挡条23上，锁紧齿22为倒u形结构，其两条侧腿底面也为和弧形挤压槽24配合的弧形面，弧形面与弧形挤压槽24对应，可将纯水湿巾的两条侧边快速卡紧，两边不会存在较大的缝隙；其次，湿巾还具有较好的透气性，不影响种子的呼吸作用；再次，本发明的上下并列式催芽器可以同时放置多层托盘体2，每层托盘体2上催芽一种水稻种子，其方便同时催芽多个品种的水稻；

催芽过程中托盘架内的催芽参数为：在32℃、80%湿度的黑暗条件下催芽48h，每4h浇水，保持水稻种子处于较为湿润的环境，通过托盘盖体上的加热元件控制分类式同步催芽器内的温度；在采用纯水湿巾时，为了避免纯水湿巾的成分对种子的筛选造成一些影响，可以在使用前将纯水湿巾泡在0.5%次氯酸钠溶液中进行消毒杀菌，再使用，确保使用过程中纯水湿巾的作用只是保湿和存水；

步骤4：选择生长一致的幼芽进行移苗，将幼苗移植到带有孔的pvc板上，并将其放入到装有营养液的pvc容器中培养，调节光照培养箱的条件为：白天/黑夜时长14/10h，温度为28/20℃，湿度为70%，将所有的实验样品转移到培养箱中进行培养；

步骤5：水稻幼苗培养48h后取样，先将水稻幼苗的根叶分离，再用去离子水洗净，将根系置于20mm乙二胺四乙酸二钠浸泡30min，除去表面吸附的金属离子，然后用超纯水洗净，吸干根表面的水分，洗净后的根叶放到烘箱里100℃杀青，70℃烘干至恒重；

步骤6：样品烘干后，使用硝酸电热板消解，用原子吸收分光光度计测定消解液中cr的含量；

步骤7：通过gcs模型和能斯特方程计算细胞膜表面电势，根据计算所得的转移系数以及细胞膜表面电势以及溶液中各种阴阳离子的浓度，利用sgcd软件计算出重金属的转移量、各部分的积累量，再经过比较筛选出低积累有毒重金属的水稻品种；

转移系数=地上部分重金属含量/地下部分重金属含量

能斯特方程：ψ=ψ（标准）+（0.0592/n）/lg（[氧化型]/[还原型]）

式中：n—电子转移数

[氧化型]/[还原型]—表示参与电极反应所有物质浓度的乘积与反应物产物浓度乘积之比。

本发明提供的筛选低积累有毒重金属水稻品种的方法，既能同时筛选低积累有毒重金属的水稻品种，也能了解有毒重金属对水稻的毒性。采用水培的方式培养水稻，既能为水稻生长提供足够的营养和水分，在实验水稻生长初期就添加重金属更加符合实际情况，实际种植过程中不会对土壤进行排查，选择没有重金属污染的土壤育种或种植。

如图1所示，每个水稻品种均有三条柱状图，三条柱状图中最左边的柱状图代表的是根部镉含量，中间柱状图代表的是茎叶镉含量，最右边的柱状图为籽粒中镉含量。

表一、表二、表三、表四分别给出了采用本发明筛选方法对四种重金属进行筛选的幼苗中重金属含量表。

表一

表二

表三

表四

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。