水稻根表铁膜的水分管理方法与流程

本公开涉及水稻种植方法
技术领域：
，具体而言，涉及一种水稻根表铁膜的水分管理方法。
背景技术：
：土壤重金属污染问题日趋严重。水稻作为人类重要粮食作物，一旦遭受土壤重金属污染，势必会带来严重后果。水稻根表铁膜能够影响重金属离子在水稻体内的吸收与分布，维持正常生长。同时，在遭受逆境胁迫时，植物体内抗氧化酶系统将会启动保护机制，包括过氧化物酶(pod)等抗氧化酶协同作用抵御侵害，其主要作用是清除植物体内过量的活性氧自由基，提高植物抗逆性，来维持植物正常生理活动进行。然而，针对土壤重金属在水稻植株内吸收积累期与水稻根表铁膜的对应关系及相互作用机理还不是很明确，对于土壤重金属污染导致作物重金属过量问题也一直难以解决。因此，需要提供一种或多种至少能够解决上述问题的技术方案。需要说明的是，在上述
背景技术：
部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。技术实现要素：本公开的目的在于提供一种水稻根表铁膜的水分管理方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。根据本公开的一个方面，提供一种水稻根表铁膜的水分管理方法，包括：在水稻进入抽穗始穗期后,对水稻进行淹水处理,所述淹水处理中淹水水层持续保持2-3厘米水层,淹水周期为18-25天,使水稻根表达到预设根表条件；淹水周期中水稻根表达到预设根表条件后进行排水处理。在本公开的一种示例性实施例中，所述预设根表条件包括:检测水稻根际是否处于氧化状态，以及介质中是否存在大于预设量的fe2+；若是，确定满足预设根表条件。在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：水稻收获时采集水稻根样本，测定水稻根dcb溶液中水稻根表铁膜重金属含量。在本公开的一种示例性实施例中，所述水稻根表铁膜重金属包括cd、fe及mn，所述测定水稻根dcb溶液中水稻根表铁膜重金属含量，包括：通过aaf-7000火焰原子分光光度计测定所述水稻根dcb提取液中fe和mn的含量；通过pe石墨炉原子分光光度计测定所述水稻根dcb提取液中cd的含量。在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：水稻收获时采集水稻根样本，测定水稻根dcb溶液中水稻根表铁膜pod酶活。在本公开的一种示例性实施例中，所述测定水稻根表铁膜pod酶活包括：用紫外可见分光光度计测定预先0至-10℃保存的dcb溶液中所述0至-10水稻根表铁膜pod酶活。在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括:在水稻进入抽穗始穗期前,对水稻进行全生育期淹水处理。在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括:淹水周期中水稻根表达到预设根表条件后进行排水处理，直至水稻收获期。本公开的示例性实施例中的水稻根表铁膜的水分管理方法，在水稻进入抽穗始穗期后,对水稻进行淹水处理,所述淹水处理中淹水水层持续保持2-3厘米水层,淹水周期为18-25天,使水稻根表达到预设根表条件；淹水周期中水稻根表达到预设根表条件后进行排水处理。一方面，可以在重金属进入水稻的关键时期，实施有效的水分管理实现水稻根表铁膜的增强，进而达到控制重金属的积累的目的；另一方面，在淹水关键时期后及时排水，节约了水资源的同时不妨碍机械化收割的实现。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。附图说明通过参照附图来详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。图1示出了根据本公开一示例性实施例的水稻根表铁膜的水分管理方法的流程图；图2a-2c示出了根据本公开一示例性实施例的水稻根表铁膜的水分管理方法对根表铁膜fe含量的影响的fe元素含量图；图3a-3c示出了根据本公开一示例性实施例的水稻根表铁膜的水分管理方法对根表铁膜mn含量的影响的mn元素含量图。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。在本示例实施例中，首先提供了一种水稻根表铁膜的水分管理方法；参考图1中所示，该水稻根表铁膜的水分管理方法可以包括以下步骤：步骤s110，在水稻进入抽穗始穗期后,对水稻进行淹水处理,所述淹水处理中淹水水层持续保持2-3厘米水层,淹水周期为18-25天,使水稻根表达到预设根表条件；步骤s120，淹水周期中水稻根表达到预设根表条件后进行排水处理。根据本示例实施例中的水稻根表铁膜的水分管理方法一方面，可以在重金属进入水稻的关键时期，实施有效的水分管理实现水稻根表铁膜的增强，进而达到控制重金属的积累的目的；另一方面，在淹水关键时期后及时排水，节约了水资源的同时不妨碍机械化收割的实现。下面，将对本示例实施例中的水稻根表铁膜的水分管理方法进行进一步的说明。在步骤s110中，可以在水稻进入抽穗始穗期后,对水稻进行淹水处理,所述淹水处理中淹水水层持续保持2-3厘米水层,淹水周期为18-25天,使水稻根表达到预设根表条件。水稻作为湿地植物，水稻根表铁膜形成，须具备以下两个条件：1.根际处于氧化状态，2.介质中存在大量的fe2+。在长期淹水条件下，其水稻根系具有向根际释放氧气，能使根际土壤的氧化还原电位高于土壤。水稻的这一性质，可将土壤中的fe2+，mn2+等还原性物质在根表及其根质外体附近氧化而形成铁氧化物胶膜(铁膜)。fe2+是铁膜主要组成元素之一，它的浓度是影响铁膜形成主要因素之一。在水培培养下，增加fe2+的浓度，香蒲根表铁膜含量也随之增加。水稻根表铁膜形成厚度也和介质中fe2+浓度呈正相关关系。除了fe2+浓度能对铁膜中铁的含量有影响外，土壤组成也会对其有影响。土壤中有机质含量和无机碳酸盐对铁膜形成有明显抑制作用，土壤中黏粒含量高，形成铁膜含量会较少。因此，为使水稻根表铁膜形成，可以在水稻进入抽穗始穗期后,对水稻进行淹水处理,所述淹水处理中淹水水层持续保持2-3厘米水层,淹水周期为18-25天,使水稻根表达到预设根表条件，即：水稻根际处于氧化状态，以及介质中存在大于预设量的fe2+。当检测水稻根际处于氧化状态，以及介质中存在大于预设量的fe2+时，可以确定满足预设根表条件，水稻根表铁膜形成。本示例性实施方式中，也可以在水稻进入抽穗始穗期前,对水稻进行全生育期淹水处理。在步骤s120中，可以淹水周期中水稻根表达到预设根表条件后进行排水处理。在水周期中水稻根表达到预设根表条件后可以进行排水处理，直至水稻成熟期。水稻收获时采集水稻根样本，测定水稻根dcb溶液中水稻根表铁膜重金属含量。所述水稻根表铁膜重金属包括cd、fe及mn，所述测定水稻根dcb溶液中水稻根表铁膜重金属含量，包括：通过aaf-7000火焰原子分光光度计测定所述水稻根dcb提取液中fe和mn的含量；通过pe石墨炉原子分光光度计测定所述水稻根dcb提取液中cd的含量。水稻收获时采集水稻根样本，测定水稻根dcb溶液中水稻根表铁膜过氧化物酶pod酶活。所述测定水稻根表铁膜pod酶活包括：用紫外可见分光光度计测定预先0至-10℃保存的dcb溶液中所述0至-10水稻根表铁膜pod酶活。在本示例的实施例中，通过水稻根表铁膜的水分管理实验进行论证，可以采用根际袋土培法，选育五个品种的水稻，研究了所述淹水处理的水分管理对水稻根表铁膜的形成及水稻积累重金属的影响，并以有害重金属镉cd为测定标的，以此来研究水稻累积有害重金属的影响机制。研究水稻根表铁膜中fe、mn、cd含量变化的影响，揭示水分管理对根表铁膜形成及吸收累积cd机制。同时分析铁膜中pod活性，来研究铁膜的氧化性。供试土壤理化性质：ph值为4.21，cd含量为0.89mg·kg-1，fe含量为41.71g·kg-1，mn含量为0.26g·kg-1，有机质含量：20.14g·kg-1，cec含量：20.57cmol·kg-1。供试水稻品种详情可以如表1所示：品种编号品种g广陆矮s苏御糯f天优2168t天优116w五丰优2168表1表1示出了水稻品种详情，盆栽实验自2015年3月上旬至2015年7月下旬在温室中进行。本实验分为两个水分管理方式：淹水(始终保持2-3cm水层)和排水(淹水-排水)。淹水处理选用盆底无孔花盆(外口径22cm×高14cm)，无底托。排水处理选用盆底有孔花盆(外口径22cm×高14cm)，并且带底托，每次浇水后，将渗漏在底托上水重新倒回花盆。供试土壤经人工捣碎后，过筛风干。按照外源添加cd浓度，可分为cd＝0、cd＝5、cd＝20三个处理组，其对应的土壤cd总量分别为0mg·kg-1、5mg·kg-1、20mg·kg-1。则每100kg土壤中分别添加cd(no3)2·4h2o的量为0、1.495g、5.982g，加水搅拌混匀。土壤老化后，将其分装在花盆中，空白组称取干土500g于根际袋中(300目，直径12cm×高17cm)，并放入花盆中称至总重为2.5kg。处理组的土壤先加入根际袋，在依照田间持水量称取湿土，至花盆总重为1.6kg。每个品种4个平行，每盆2株苗，按照3个cd处理梯度，2个水分管理方式，1个时期，共计120盆。水稻种子先用30％过氧化氢溶液浸泡15min，打破种子休眠。选择饱满的水稻种子用去离子水润洗3遍，进行播种。待长成3片叶子时，选择长势好且相近水稻苗将其移栽至不同cd处理梯度土壤的花盆中栽培，并灌溉浇水。生长期间，杀虫、施肥、浇水，保证其自然条件充足适宜，土培90天收获。收获时，先对水稻植株冲洗干净，再用去离子水润洗。用滤纸吸干表面水分，用天平称量水稻茎叶鲜重和根鲜重，并记录在册。每次收获时，一半水稻根用于dcb溶液提取水稻根表铁膜中各重金属含量，另一半水稻根用于测定根表铁膜中pod酶活，取完立马放置-0℃--10℃保存酶液。用于dcb溶液提取铁膜的水稻，提取后，水稻茎叶和根分装在信封中，放置烘箱105℃杀青，90℃烘干至恒重，干样用于消解，测定水稻植物体内重金属cd含量。在本示例的实施例中，采用dcb方法提取水稻根表铁膜，测定其中cd、fe、mn含量。具体操作如下：将完整水稻根洗干净后，滤纸吸干表面水分，放入100ml小烧杯中，加入50ml新配制的dcb溶液(依照每500ml提取溶液，加入20gna2s2o4，8.823g柠檬酸钠，10.5gnahco3配制而成)，使根完全浸没在溶液中，静置6h提取。提取完成后，将提取液过滤至100ml容量瓶，并用去离子水润洗小烧杯3次，一并倒入100ml容量瓶，再定容至100ml，随后将提取液过滤至100ml白色药瓶，密封保存。滤液用于测定dcb提取液中fe、mn、cd含量。用去离子水将提取后水稻根洗净，滤纸吸干表面水分，于90℃烘干至恒重，称量干重。在本示例的实施例中，水稻根表铁膜pod测定方法为：取完整水稻根剪取2g鲜样，放入50ml离心管中。并加入20mlph＝7.0、2.0mol/lpbs缓冲溶液，放置于加入冰块的大烧杯中，超声震荡20min后，将其放入设定温度4℃，转速6000r/min高速冷冻离心机中，离心10min。离心后，将酶液转至10ml离心管，低温保存备用。测定时在光径为1cm的比色皿中，取0.1ml酶提取液于10ml离心管，加入3ml50mmol/l愈创木酚和1mol/l过氧化氢0.2ml，开始计时，充分摇匀，在470nm测定其吸光度，读数2min，每隔15s记录一次吸光度。以每分钟吸光度的变化值为一个酶活单位，pod酶活性单位δod470·min-1·g-1。植物体和dcb提取液的重金属cd的含量用pe石墨炉原子分光光度计测定，dcb提取液中fe和mn的含量用aaf-7000火焰原子分光光度计测定，土壤溶液中cd、mn、fe含量用icp-oes测定，pod活性用紫外可见分光光度计测定。数据处理采用excel，分析统计和数据相关性分析采用spss软件，双侧检验：差异性分析通过单因素lsd检验方差分析，数据分析结果利用origin作图。所有重金属元素测定含量均通过含水率换算成鲜重计算。在本示例的实施例中，为了研究水分管理对水稻根表铁膜吸收fe、mn、cd的影响，用dcb溶液提取水稻根表铁膜，并测定提取液中fe、mn和cd的含量。发现水分管理显著地影响水稻根表铁膜的形成，显著地影响根表铁膜对cd的富集。淹水处理下，如图2a-2c所示，水稻根表铁膜中fe的含量明显高于排水处理中水稻根表铁膜fe含量。其中，不同大写字母代表同一品种水分管理间差异(p<0.05)，不同小写字母代表同一水分管理下不同品种之间差异(p<0.05)，g-广陆矮、s-苏御糯、f-天优2168、t-天优116、w-五丰优2168。图2a：cd＝0，水分管理对根表铁膜中fe含量的影响；图2b：cd＝5，水分管理对根表铁膜中fe含量的影响；图2c：cd＝20，水分管理对根表铁膜中fe含量的影响。当cd处理浓度为0mg·kg-1、5mg·kg-1、20mg·kg-1时，g品种在淹水处理下根表铁膜中fe含量分别高出排水处理下1.073g·kg-1、0.178g·kg-1、1.310g·kg-1。如图3a-3c所示，水分管理下根表铁膜中mn的含量，部分品种具有显著性差异。其中，不同大写字母代表同一品种水分管理间差异(p<0.05)，不同小写字母代表同一水分管理下不同品种之间差异(p<0.05)，g-广陆矮、s-苏御糯、f-天优2168、t-天优116、w-五丰优2168。图3a：cd＝0，水分管理对根表铁膜中mn含量的影响；图3b：cd＝5，水分管理对根表铁膜中mn含量的影响；图3c：cd＝20，水分管理对根表铁膜中mn含量的影响。当cd处理梯度为20mg·kg-1，s、f品种差异性显著，其排水均低于淹水处理，其他品种间差异性并不明显。随着受cd处理程度加深，每一个品种内，其根表铁膜mn的含量变化并不明显，各品种均在cd处理浓度为5mg·kg-1时，根表铁膜中mn的含量达到最大，这可能在该cd浓度下，能显著促进根表铁膜对mn的累积。随后mn含量都出现不同程度的降低。可见淹水处理能显著增加水稻根表铁膜厚度。同时，对比根表铁膜中fe、mn的含量，铁膜中fe含量明显高于mn的含量，铁膜中fe的含量占主要成分。在本示例的实施例中，以有害重金属镉cd为测定标的，淹水处理对水稻植株中有害重金属离子的富集如表2所示：表2表2示出了水分管理对根表铁膜cd含量的影响(fw，mg·kg-1)，淹水处理下根表铁膜中cd的累积量显著高于排水处理。研究表明，植物根表铁膜对重金属元素的吸收和运输起阻碍作用。根表的铁膜对cd富集，随着根表铁膜量的增加，根表铁膜富集的cd含量也增加。由表3可知，相比cd处理为0时，cd为5mg·kg-1根表铁膜cd富集量也随之上升，同时随着cd浓度进一步加深，根表铁膜cd富集量上升明显。这说明高cd处理浓度下水稻根表铁膜对cd富集更显著，阻碍水稻根系对cd累积。在本示例的实施例中，水稻根表铁膜能富集大量的阳离子，能影响水稻对这些离子的吸附和解吸，根表铁膜的厚度以铁膜中fe离子含量来表示，它的厚度是影响水稻吸收累积cd的重要指标。由于在排水和淹水处理下土壤中氧化还原状况不同，就会影响水稻根表铁膜的形成及其铁膜厚度，这就导致水稻对cd累积存在着差异。在本示例的实施例中，植物体内的过氧化物酶(pod)作为植物体内重要保护酶系统之一，可以清除植物体内的活性氧，从而保护植物免受膜脂过氧化。当植物体遭受外界逆环境影响下，可激发植物体pod活性，从而保护植物免受不良环境侵害，维持植物自身生理活动正常进行。水分管理的不同，土壤水分条件存在差异，土壤溶液cd含量会改变，会改变土壤所处环境，即在不同水分管理下，水稻遭受胁迫程度存在不同，因此在不同水分管理下，水稻做出的生理生化的反应也有所差别。表3表3示出了水分管理对根表铁膜pod活性的影响(δod470·min-1·g-1)，淹水处理下根表铁膜pod活性均显著低于排水处理铁膜pod活性。由于在淹水处理下能促进铁膜的形成，增加铁膜对cd的吸附，使得水稻受到的cd胁迫降低。同时相比排水处理下，淹水处理根表受到毒害减弱，使得根表分泌pod就会下降，铁膜厚度的增加进一步阻碍pod在铁膜中扩散，使得根表铁膜中pod活性随之降低。随着cd处理程度的不断加重，水稻铁膜中pod活性均出现不同程度的下降。这可能由于在cd胁迫加重下，水稻的生长状况受到抑制，超出了水稻本身的抗逆保护机制，使得体内分泌的pod减少，同时铁膜的厚度增加，使得进入铁膜中pod减少，降低了铁膜中pod活性。在同等cd处理下，大多数的品种间pod活性没有显著性差异，说明pod活性的强弱主要与水稻受cd胁迫程度有关。在本示例的实施例中，在水分管理方式下，研究根表铁膜中fe、mn、cd吸收差异性，同时测定水稻根表铁膜中pod活性，来研究根表铁膜的氧化性，可以得知：由于在淹水条件下，根表铁膜形成的量相比排水处理更丰富，这主要是由于在淹水处理下，土壤与氧气交换受阻，使得根际处于厌氧或者兼性厌氧环境，导致eh降低，增加土壤溶液中fe2+的移动性，使其更多地聚集在根表附近，而被氧化成fe3+形成铁膜。所以在淹水处理下更有利于水稻根表铁膜的形成。在本示例的实施例中，水稻根表铁膜中主要组成成分为水铁矿，占比为81％～100％，水铁矿作为无定形氧化铁，其具有比表面积大、羟基释放量高，具有很好活性，这一特征决定根表铁膜具有明显的化学吸附特征，具有一定氧化还原作用，可与其他阴阳离子发生反应。研究表明，根表铁膜对阻碍重金属元素的吸收与运输有重要作用。水稻根表铁膜能对cd、pb产生富集，而且随着铁膜厚度的增加，其富集cd、pb的量也随之增加，同时还能进一步阻挡cd、pb向水稻植株移动，本研究中根表铁膜cd含量及水稻各部分cd累积量结果与其一致。所以淹水条件下，铁膜厚度的增加，能增加对cd富集量，减轻cd的毒害作用。同时，根表铁膜也是植物的营养库，能为植物生长提供必需营养元素，促进生长，而且铁膜生成量与营养元素含量成正比。这也可能导致在淹水条件下水稻茎叶和根鲜重、株高、分蘖数要高于排水处理的原因。在本示例的实施例中，在淹水处理下，水稻体内各器官累积cd含量明显降低，根表铁膜中cd含量明显升高，它们共同作用结果就是减轻水稻遭受cd胁迫。淹水处理水稻体内的pod活性明显要低于排水处理，这是由于根表铁膜的厚度增加，从而阻挡pod向铁膜中扩散，导致铁膜中pod活性降低。这说明水分管理对水稻根表铁膜氧化能力有着明显的影响。随着cd处理程度加重时，酶活出现不同程度降低。这可能由于水稻受到cd毒害对其正常生理生化活动产生了抑制，导致根表分泌pod降低，从而降低铁膜中pod含量，导致铁膜中pod活性下降。需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。此外，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本
技术领域：
中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。当前第1页12