一种降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法与流程

本发明属于环境分析
技术领域：
，尤其涉及一种降低水稻幼苗中纳米二氧化铈吸收和累积的方法。
背景技术：
：目前，业内常用的现有技术是这样的：纳米二氧化铈(ceo2)在生产实践中得到了广泛的应用，包括抛光材料、玻璃添加剂、柴油催化剂、日常生活中的个人护理产品和汽车工业中的固态燃料电池等。随着其广泛应用，大部分纳米二氧化铈最终将作为废弃物被排放，造成环境介质中纳米二氧化铈污染。由于植物是整个食物链的基础，尤其是农作物体内积累的纳米材料不仅会影响其自身生长，而且还会通过食物链对环境和人类健康构成威胁。当纳米材料释放到环境中，纳米二氧化铈能够被植物吸收、转运和积累，然后被转移到营养链的最高端，产生生物放大的作用。研究者们已经发现了纳米二氧化铈在农产品水稻等中的吸收和累积(maetal.,2017；spielman-sunetal.,2017；ricoetal.,2013)，而且高浓度的累积还能对农作物-产生生态毒理效应，也对农产品品质产生不良影响。结果显示，纳米二氧化铈的环境暴露不仅仅对农作物产生不良影响，其高累积性也将对人类健康产生不利影响。然而，至今还未建立有效控制农作物吸收累积纳米二氧化铈的有效阻控措施和方法，阻控技术的研究仍处于空白状态。尤其是幼苗期的阻控最为关键，因为未成熟的农作物幼苗更容易受到污染物质的影响，其阻控将有效避免纳米二氧化铈对农作物的毒害作用，对于保障农作物的后续正常生长和降低铈累积起到至关重要的作用，也为提升农产品质量，降低纳米二氧化铈对人类健康的影响具有重要的实际参考价值和意义。综上所述，现有技术存在的问题是：大部分纳米二氧化铈最终将作为废弃物被排放，造成环境介质中纳米二氧化铈污染。相应地，农作物能够吸收和累积环境介质中的纳米二氧化铈，进而对农作物产生毒害效应，并对农产品质量产生影响，同时通过食物链对人类产生健康影响。然而，到目前为止，并未建立有效地降低农作物吸收累积纳米二氧化铈的技术和方法。解决上述技术问题的难度和意义：如何防止和控制纳米二氧化铈在农作物体内的累积，是涉及植物生理学和纳米二氧化铈环境行为的复杂科学问题。环境介质中的纳米二氧化铈作为纳米级污染物，能够通过细胞壁孔隙进入植物根系组织，并进一步向植物地上组织部位进行传输和转移。因此，根际微界面的阻控技术是控制纳米二氧化铈进入农产品的关键。在富铁条件下，湿生植物-水稻在根表能够形成铁膜，其介于环境介质和水稻根系之间，如果能够通过根表铁膜阻隔纳米二氧化铈由环境向根系的传输，将从根本上解决了纳米二氧化铈的植物吸收和累积问题。铁膜的数量以及纳米二氧化铈的粒径大小均影响铁膜的作用，因此，在不影响水稻生长的条件下，需要设计不同铁膜数量和不同粒径纳米二氧化铈处理，综合分析根表铁膜的影响效果，为后续其实际大面积推广利用奠定可靠的数据基础和参考。同时，也为能够形成根表铁膜的植物如何阻控纳米二氧化铈的吸收和累积提供了借鉴。利用湿生植物能够形成根表铁膜的性质有效地降低纳米二氧化铈在其体内的累积技术是一种绿色、环保、长期有效的控制措施，填补了阻控纳米二氧化铈进入农作物体内研究的空白。技术实现要素：针对现有技术中还尚缺乏有效控制农作物水稻对纳米二氧化铈累积的问题，本发明提供了一种降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法。本发明是这样实现的，一种降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法，所述降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法通过外源加入二价铁在水稻根表诱导生成铁膜，铁膜形成将降低纳米二氧化铈与根表相互作用力，同时也增加了纳米二氧化铈在溶液中的团聚性，进而减少了其向水稻根表的累积，最终有效地阻控纳米二氧化铈在水稻体内的累积。进一步，所述降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法包括以下步骤：步骤一，水稻种子浸泡在30％h2o2中消毒半小时后，用蒸馏水反复冲洗直到没有泡沫为止，之后将水稻浸泡于蒸馏水中并避光保存一晚，播撒于铺有润湿的双层纱布的托盘中，25℃培养箱育苗7天，每天添加适量的蒸馏水保持湿度；步骤二，配制大量和微量元素储备液，得到全水稻营养液；将水稻转移至1/4强度的国际水稻所水稻营养液中培养7天后，开始加入硫酸亚铁，分别将25.0mg/l和150mg/l二价铁离子加入到没有fecl3的国际水稻培养液，经过10天的生长，在水稻的根表诱导形成不同数量的铁膜；步骤三，将带有铁膜以及不带有铁膜的水稻幼苗，加入1/4强度的国际水稻所水稻营养液，加入14nm和25nm粒径的纳米二氧化铈进行暴露，然后培养4天后收获，期间不更换营养液。对水稻根表、根内和地上组织部位中铈累积量进行测定。步骤四，水稻土中加入30mg/kg的二价铁离子，然后加入纳米二氧化铈，将水稻幼苗移栽到土壤中，水稻生长至成熟后，测定水稻根、茎、叶中铈含量。所述步骤二配制大量和微量元素储备液，使用时每1l蒸馏水加入20ml大量元素储备液和2.5ml微量元素储备液，得到全水稻营养液。步骤二和步骤三实验均在25℃光照培养箱中进行，调节12h光照/12小时黑暗来模拟实际自然环境。步骤四实验是在温室中进行，温室条件为25℃，光照为自然光照射，定期添加水分，保持水稻土淹水状态。本发明的优点及积极效果为：到目前为止，还未见有效控制纳米二氧化铈在水稻体内吸收累积的技术和方法。本发明利用水稻在富铁环境下形成根表铁膜的生理学特征，随着铁膜的形成进而排斥纳米二氧化铈在水稻根表、根内和地上组织部位吸收累积，进而达到阻控纳米二氧化铈累积的目的，具有很好的创新性。实验数据显示，铁膜形成降低了水稻根内25.4％-70.6％的铈累积，降低了水稻地上组织中74.3％-83.7％的铈累积，也降低了水稻根表22.6％-78.0％的铈累积。实验还发现，铁膜数量和纳米二氧化铈粒径均影响铁膜对铈的阻控作用。随着根表铁膜数量的增加，铁膜阻控效果增强，低铁膜处理，根内、地上组织、根表的铈累积分别降低了25.4％-61.9％、74.3％-79.9％、22.6％-62.5％；而高铁膜处理中，根内、地上组织、根表的铈累积分别降低了38.4％-70.6％、80.60％-83.7％、41.8％-78.0％。并且铁膜对大粒径纳米二氧化铈(25nm)的阻控效果优于小粒径纳米颗粒物(14nm)，尤其是对根内和根表的阻控效果在2种粒径的纳米材料中表现更为明显，14nm纳米二氧化铈暴露条件下，铁膜降低了根内和根表铈累积量的25.4％-38.4％和22.6％-41.8％；25nm纳米二氧化铈暴露条件下，铁膜降低了根内和根表铈累积量的61.9％-70.6％和62.5％-78.0％。铁膜的阻控效果也在土培实验中得到了验证，结果显示，铁膜分别降低了水稻根、茎、籽实中18.0％、33.0％、34.1％的铈累积。本发明将为后续在实际农业生产中降低纳米二氧化铈的作物吸收累积提供科学有效的技术，进而降低了纳米二氧化铈环境暴露给人类健康带来的风险性。本阻控方法利用了水稻自身生理特性，具有绿色环保的特点，易于大面积在推广应用。附图说明图1是本发明实施例提供的降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法流程图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。现有的大部分纳米二氧化铈最终将作为废弃物被排放，造成环境介质中纳米二氧化铈污染；本发明有效降低农作物-水稻幼苗体内纳米二氧化铈累积的阻控方法，通过外源加入二价铁在水稻根表诱导生成铁膜，进而阻控纳米二氧化铈在水稻体内的累积的技术方法。下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。如图1所示，本发明实施例提供的降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法包括以下步骤：s101：水稻种子浸泡在30％h2o2中消毒半小时后，用蒸馏水反复冲洗直到没有泡沫为止，之后将水稻浸泡于蒸馏水中并避光保存一晚，播撒于铺有润湿的双层纱布的托盘中育苗7天；s102：分别配制大量和微量元素储备液，使用时每1l蒸馏水加入20ml大量元素储备液和2.5ml微量元素储备液，得到全水稻营养液；将上述水稻幼苗放入1/4强度的国际水稻所水稻营养液中培养7天后，开始加入硫酸亚铁，分别将25mg/l和150mg/l二价铁离子加入到没有fecl3的国际水稻培养液，经过10天的生长在水稻根表形成不同数量的铁膜；s103：将带有铁膜以及不带有铁膜的水稻幼苗，加入1/4强度水稻营养液，然后加入纳米二氧化铈，培养4天后收获，期间不更换营养液；然后对水稻根表、根内和地上组织部位中铈含量进行icp-ms测定；s104：水稻土中加入30mg/kg的二价铁离子，然后加入纳米二氧化铈，将水稻幼苗移栽到土壤中，水稻成熟后，对水稻根、茎、叶中铈含量进行测定。下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。实施例1：(一)水稻育苗实验中选取颗粒饱满、大小一致、状态相似的水稻种子，将种子浸泡在30％h2o2中消毒半小时后，用蒸馏水反复冲洗直到没有泡沫为止，之后将水稻浸泡于蒸馏水中并避光保存一晚，在25℃培养箱中，播撒于铺有润湿的双层纱布的托盘中育苗。期间每天补充水分，定期除去发霉的种子，水稻苗长出7天后，挑选生长一致的水稻移入150ml的三角瓶中(三角瓶用铝箔纸包着以达到避光的作用)，每个锥形瓶中插入6株幼苗。每个瓶中供应体积为140ml的1/4强度的国际水稻所水稻营养液，ph值调至5.0，每3d更换一次营养液在，在25℃光照培养箱中进行培养。注：水稻营养液的配制表1国际水稻所水稻营养液使用前，分别配制大量和微量元素储备液，使用时每1l蒸馏水加入20ml大量元素储备液和2.5ml微量元素储备液，得到全水稻营养液。(二)根表铁膜的形成让植物生长7天后，将其移到三角瓶中，加入1/4强度的国际水稻培养液，开始加入硫酸亚铁，将25mg/l和150mg/l二价铁离子加入到没有fecl3的国际水稻培养液，三角瓶用铝箔纸包着以达到避光的作用，在25℃光照培养箱中经过10天的生长，分别在水稻的根表诱导形成了4.39mg/g和7.88mg/g的铁膜，作为低铁膜和高铁膜处理，同时设置未外源添加硫酸亚铁处理，作为无铁膜对照处理。(三)纳米二氧化铈暴露处理将带有铁膜以及不带有铁膜的水稻幼苗，加入1/4强度的国际水稻所水稻营养液，分别加入25mg/l的14nm和25nm纳米二氧化铈，然后25℃光照培养箱培养4天后收获，期间不更换营养液。然后对水稻根表、根内以及地上部铈含量进行icp-ms测定。上述各处理均进行3次的重复。(四)土壤中纳米二氧化铈的暴露处理水稻土中加入30mg/kg的硫酸亚铁，然后加入25mg/kg纳米二氧化铈，将水稻幼苗移栽到土壤中，加入足够的水分，使土壤上的水面深度保持0.5cm左右，每天加水保持原来的液面水平，将其放入25℃温室中培养，光照为自然光照射。待水稻生长至成熟(生长期为100天左右)，对水稻根、茎、叶中铈含量采用icp-ms定量。实施例的实验结果：1)根表铁膜数量形成数量表2不同feso4用量以及相应根表铁膜的形成feso4用量根表铁膜形成量0mg/l1.52mg/g25mg/l4.39mg/g150mg/l7.88mg/g2)根表铁膜对纳米二氧化铈在水稻体内累积的阻控效果在1)形成铁膜的基础上，选择14nm和25nm的纳米二氧化铈进行暴露，铈在水稻根表、根内和地上部分累积结果如表3所示。无论是低铁膜量还是高铁膜量均能有效降低铈在水稻各组织部位的累积，尤其是对大粒径即25nm的纳米二氧化铈降低效果更显著。表3根表铁膜对铈在水稻不同部位中累积的影响4)土壤中加入30mg/kg的二价铁，进行25nm的纳米二氧化铈暴露，结果发现，如标4所示，外源二价铁的加入诱导铁膜的生成，有效地降低了铈在水稻根、茎、籽实中的累积。表4根表铁膜对成熟水稻体内铈累积的影响以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12