一种降低蔬菜镉人体生物有效性的钙生物强化措施

本发明涉及蔬菜培育技术领域，具体是一种降低蔬菜镉人体生物有效性的钙生物强化措施。

背景技术：

种植在镉污染菜地的的蔬菜尤其是绿叶蔬菜容易出现镉含量超标问题，导致长期镉暴露，带来严重负面健康危害。因此，迫切需要采取有效调控措施来降低蔬菜镉的人体健康风险，保障食品安全和大众人体健康。其中，当前最为广泛采用的技术是采取措施来降低蔬菜镉积累含量，比如通过筛选低镉积累蔬菜品种、土壤施加钝化剂降低土壤镉活性等。无疑，降低蔬菜镉积累含量是一个有效的人体镉暴露调控措施。然而，除了上述措施外，是否还存在其它有效调控措施呢？蔬菜摄入胃肠道后，不是全部的镉都能够被人体吸收，只有生物有效部分才能被吸收进入血液循环系统进而在人体组织器官中积累，产生毒害作用。此外，镉在人体胃肠道的吸收会显著受到营养元素如钙铁锌的摄入水平的影响，当营养元素摄入水平高时，会与镉吸收发生拮抗作用，进而达到降低镉吸收的目的。因此，可以设想，通过生物强化措施来提高蔬菜中营养元素含量，激发和提高营养元素在胃肠道内对镉吸收的拮抗作用，可以降低蔬菜摄入后镉在胃肠道的吸收，进而达到控制人体镉暴露的效果。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种降低蔬菜镉人体生物有效性的钙生物强化措施，通过开发蔬菜钙生物强化措施，提高蔬菜钙含量，来降低蔬菜镉的人体生物有效性，达到调控蔬菜镉健康危害的目的。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括如下步骤：

步骤一：对污染土壤进行翻新，翻新深度为30cm，将钝化剂按照每亩10kg施洒在镉污染的土地上，盖上塑料薄膜或干草，控制土壤熟料的湿度不低于60％，保湿持续14天，去除塑料薄膜，完成对土壤的处理；

步骤二：选择应季不同蔬菜品种，将蔬菜种子撒入土壤中，在温室条件下种植蔬菜；

步骤三：等蔬菜发芽和成长2周后，在蔬菜叶面喷施水溶性钙肥处理。

作为本发明进一步的方案：所述水溶性钙肥喷施含量的确定方法如下：

(1)镉污染土壤采集与制备

从镉污染农田或蔬菜基地采集污染土壤，经风干后，去除杂物，过2mm筛网，均匀混合后，分装入塑料盆(60cm长，30cm宽，20cm深)中；

(2)温室种植不同蔬菜品种及叶面喷施钙

选择应季不同蔬菜品种，将蔬菜种子撒入土壤中，在温室条件下种植蔬菜，等蔬菜发芽和成长2周后，设置对照和叶面喷施水溶性钙肥处理；

(3)蔬菜收获及处理

蔬菜种植45天后，收获，取蔬菜可食用部分用于下述处理和分析，收获的蔬菜取可食用部分带回实验室后，分别先后用自来水和纯水洗净后，置于-24℃冰箱冷冻24h后，利用冷冻干燥机进行冷冻干燥；对比干燥前和干燥后蔬菜总量，计算出蔬菜含水率，蔬菜充分干燥后，利用食物研磨机研磨成粉末，达到均匀混合的目的；

(4)蔬菜中镉和钙含量的测定

定量称取蔬菜粉末(0.5g)，加入10ml1:1(v:v)的hno3，放入石墨炉消解仪，在105℃条件下消煮6h；冷却后，加入1mlh2o2，放入墨炉消解仪，继续在105℃条件下消煮，至消解液残余量<1ml；利用纯水，将消解液定容至50ml；然后分别利用电感耦合等离子质谱仪和电感耦合等离子原子发射光谱仪测定消解液中镉和钙的含量，最终计算出蔬菜中镉和钙含量(mgkg^-1干重)，对比对照组和叶面喷钙处理组，分析叶面喷钙对蔬菜中镉和钙积累含量的影响；

(5)蔬菜中镉人体生物有效性的测定

开展小鼠活体实验，来测定蔬菜中镉摄入相对于纯物质氯化镉摄入后的相对生物有效性来反应蔬菜中镉的人体生物有效性；

(6)蔬菜摄入导致的人体镉暴露剂量评估

针对不同蔬菜，综合考虑蔬菜中镉的含量和生物有效性，并根据成人或儿童每周摄入的蔬菜量，计算并对比对照组和叶面喷钙处理组蔬菜摄入导致的每周镉暴露剂量，确立能够降低蔬菜镉人体生物有效性和人体镉摄入剂量的钙生物强化措施，用于指导污染区蔬菜安全生产，为保障人体健康提供指导意义。

作为本发明进一步的方案：所述活体实验方法具体为：首先将蔬菜粉末与小鼠基础饲料粉末按照质量比1:1充分混合，然后加入适量的纯水，对饲料进行揉搓做成细棒状后，进行冷冻干燥；此外，定量混合含有氯化镉的水溶液和小鼠基础饲料，来制备含有氯化镉的饲料；制备好后，将蔬菜和氯化镉饲料定量提供给小鼠共10天，小鼠自由进食饲料；小鼠暴露10天后，计算每只小鼠的饲料消耗量，并结合饲料中镉的浓度，计算出镉暴露剂量；之后，采集小鼠的肾脏，分别经冷冻干燥、消解后，利用icp-ms测定消解液中镉的含量，进而计算出肾脏中镉的积累含量；对比同等镉暴露剂量下，蔬菜和氯化镉暴露导致的小鼠肾脏中镉的积累量的百分比值，从而计算出蔬菜中镉的相对生物有效性，对比对照组和叶面喷钙处理组，分析叶面喷钙对蔬菜中镉相对生物有效性的影响。

作为本发明进一步的方案：所述叶面喷钙的频率设置为每周喷施3次100mgcal^–1溶液，每次每盆100ml。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明不同于以往技术是通过降低镉含量，本发明的创新性在于利用营养元素与镉在胃肠道吸收的交互作用，通过开发蔬菜钙生物强化措施来提高蔬菜钙含量，进而降低蔬菜摄入后镉在胃肠内的生物有效性，来降低蔬菜镉健康危害。本发明将确立新的镉暴露健康风险防控措施，对我国食品安全保障能力做出新的贡献。

本发明将为蔬菜镉人体健康危害防控提供一种新的措施和手段，通过开发蔬菜钙生物强化措施，提高蔬菜钙含量，来降低蔬菜镉的人体生物有效性，用以调控蔬菜镉健康危害，对未来推广营养元素生物强化措施来降低蔬菜镉人体暴露提供科学依据，为解决镉人体健康危害提供新策略。

附图说明

图1为本发明的实验流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例中，一种降低蔬菜镉人体生物有效性的钙生物强化措施，本发明采用如下步骤：

步骤一：对污染土壤进行翻新，翻新深度为30cm，将钝化剂按照每亩10kg施洒在镉污染的土地上，盖上塑料薄膜或干草，控制土壤熟料的湿度不低于60％，保湿持续14天，去除塑料薄膜，完成对土壤的处理；

步骤二：选择应季不同蔬菜品种，将蔬菜种子撒入土壤中，在温室条件下种植蔬菜；

步骤三：等蔬菜发芽和成长2周后，在蔬菜叶面喷施水溶性钙肥处理，叶面喷钙的频率设置为每周喷施3次100mgcal^–1溶液，每次每盆100ml。

其中，参阅图1可知，所述水溶性钙肥喷施含量的确定方法如下：

(1)镉污染土壤采集与制备

从镉污染农田或蔬菜基地采集污染土壤，经风干后，去除杂物，过2mm筛网，均匀混合后，分装入塑料盆(60cm长，30cm宽，20cm深)中；

(2)温室种植不同蔬菜品种及叶面喷施钙

选择应季不同蔬菜品种，将蔬菜种子撒入土壤中，在温室条件下种植蔬菜，等蔬菜发芽和成长2周后，设置对照和叶面喷施水溶性钙肥处理；

(3)蔬菜收获及处理

蔬菜种植45天后，收获，取蔬菜可食用部分用于下述处理和分析，收获的蔬菜取可食用部分带回实验室后，分别先后用自来水和纯水洗净后，置于-24℃冰箱冷冻24h后，利用冷冻干燥机进行冷冻干燥；对比干燥前和干燥后蔬菜总量，计算出蔬菜含水率，蔬菜充分干燥后，利用食物研磨机研磨成粉末，达到均匀混合的目的；

(4)蔬菜中镉和钙含量的测定

定量称取蔬菜粉末(0.5g)，加入10ml1:1(v:v)的hno3，放入石墨炉消解仪，在105℃条件下消煮6h；冷却后，加入1mlh2o2，放入墨炉消解仪，继续在105℃条件下消煮，至消解液残余量<1ml；利用纯水，将消解液定容至50ml；然后分别利用电感耦合等离子质谱仪和电感耦合等离子原子发射光谱仪测定消解液中镉和钙的含量，最终计算出蔬菜中镉和钙含量(mgkg^-1干重)，对比对照组和叶面喷钙处理组，分析叶面喷钙对蔬菜中镉和钙积累含量的影响；

(5)蔬菜中镉人体生物有效性的测定

开展小鼠活体实验，来测定蔬菜中镉摄入相对于纯物质氯化镉摄入后的相对生物有效性来反应蔬菜中镉的人体生物有效性；

具体来讲：首先将蔬菜粉末与小鼠基础饲料粉末按照质量比1:1充分混合，然后加入适量的纯水，对饲料进行揉搓做成细棒状后，进行冷冻干燥；此外，定量混合含有氯化镉的水溶液和小鼠基础饲料，来制备含有氯化镉的饲料；制备好后，将蔬菜和氯化镉饲料定量提供给小鼠共10天，小鼠自由进食饲料；小鼠暴露10天后，计算每只小鼠的饲料消耗量，并结合饲料中镉的浓度，计算出镉暴露剂量；之后，采集小鼠的肾脏，分别经冷冻干燥、消解后，利用icp-ms测定消解液中镉的含量，进而计算出肾脏中镉的积累含量；对比同等镉暴露剂量下，蔬菜和氯化镉暴露导致的小鼠肾脏中镉的积累量的百分比值，从而计算出蔬菜中镉的相对生物有效性，对比对照组和叶面喷钙处理组，分析叶面喷钙对蔬菜中镉相对生物有效性的影响。

(6)蔬菜摄入导致的人体镉暴露剂量评估

针对不同蔬菜，综合考虑蔬菜中镉的含量和生物有效性，并根据成人或儿童每周摄入的蔬菜量，计算并对比对照组和叶面喷钙处理组蔬菜摄入导致的每周镉暴露剂量，确立能够降低蔬菜镉人体生物有效性和人体镉摄入剂量的钙生物强化措施，用于指导污染区蔬菜安全生产，为保障人体健康提供指导意义。

根据上述实施例，本发明做了如下实验与推广示范：

2019年8月至12月，本课题组使用该专利的实验方法，以南京市栖霞区铅锌矿区污染菜地土壤为受试土壤，以一种本身钙含量相对较低的空心菜为受试蔬菜，在江苏省农业科学院温室基地种植了蔬菜。

在种植过程中，设置了两个处理，分别为对照和叶面喷施钙肥处理组，蔬菜成熟后，进行收获，在南京大学实验室，首先分析了叶面喷钙对空心菜中镉和钙含量的影响，发现，叶面喷钙将空心菜中钙的含量从11.479mgkg^–1显著提升至14.829mgkg^–1，而空心菜中镉的含量不受叶面喷钙的影响，不喷钙和叶面喷钙时空心菜镉含量分别为1.56和1.65mgkg^–1；开展小鼠实验，测定了蔬菜中镉的相对生物有效性，发现相比于对照组蔬菜中镉的相对生物有效性90.5±12.0％，喷钙处理后空心菜中镉的相对生物有效性显著降低为63.5±5.53％。

结果表明虽然叶面喷钙不会降低蔬菜镉积累含量，但可以通过提高钙积累含量来达到降低蔬菜镉人体生物有效性的目的，从而也能够用于蔬菜镉人体健康风险防控，可以推广应用。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，且本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。