一种减少玉米植株在镉污染环境中损伤的制剂及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境保护中±壤重金属污染的治理和农产品安全领域，设及一种减少 玉米植株在儒污染环境中损伤的制剂及其使用方法。
【背景技术】
[000引儒（Ca血ium，Cd)是已知的毒性最强和农田受污染最严重的重金属之一。同时，Cd的迁移性较强，易被植物吸收并转移至地上部，超过一定限度不仅对作物生长发育造成伤 害，导致产量和品质下降，更有可能通过食物链威胁人类健康。因此，降低Cd积累不仅能提 高农作物的品质，保护生态平衡，还可降低Cd带给人类的健康风险。据报道，大米儒污染是 日本重金属污染的主要问题；日本、韩国和我国不同地区食用禾谷类巧粒的测定分析表明， 不少试样儒含量明显超过FA0/WH0推荐的最高限额（0.1μg/g) (Watan油e等，1996)。据调 查，我国受儒污染的耕地已超过1。33万hm2,设及11个省25个地区。1955年至上世纪70 年代初，在日本富山市神通川流域曾因大米儒含量超标引起第二公害病一"骨痛病"，先后 导致80多人死亡，政府与民众即使时至今日亦谈虎色变，为此政府对各种食品的儒含量制 订了严格的标准要求。总之，儒污染已对农业生产的可持续发展和人类的生存质量产生了 巨大的威胁值avis, 1984)。控制和降低农作物儒污染亟待解决。
[0003]中国是玉米生产与消费第二大国，玉米在国民经济中占有举足轻重的地位，是保 障中国食物安全供给的重要基础因素，不仅是重要的传统食品，同时也是"饲料之王"。李国 良（2006)研究表明，重金属儒的浓度高于50mg/L时，明显抑制种子萌发和幼苗生长，曹奎 等（2005)研究发现儒胁迫下4子粒的蛋白质，淀粉和脂肪等重要营养品质指标均与对照有 显著差异。同时在玉米生长过程中儒胁迫下，玉米幼苗中叶绿素含量降低、叶绿体和根部的 超微结构被破坏（宇克莉，2010)。核酬糖二憐酸簇化酶（RuBPC)与植物憐酸締醇式丙酬酸 簇化酶（PEPC))是玉米叶片光合作用的关键酶，其活性在儒胁迫下显著降低（周卫，1999)。 汪洪等（2008)实验同样研究表明儒处理降低了叶片光合作用速率，随着儒浓度升高，处理 时间延长，活性氧酶清除系统包括超氧化物歧化酶（SOD)、过氧化物酶（POD)、过氧化氨酶 (CAT)和谷脫甘肤还原酶（GR)等酶活性明显增加，受到儒胁迫诱导，高浓度儒处理该现象 出现更早。可见上壤重金属儒污染已对玉米植株的损伤有光合系统途径和抗氧化酶活性等 综合因素限制了植株的正常生长，从而对玉米的品质和质量安全都构成严重影响。
[0004] 甜菜碱是高等植物重要的渗透调节物质，能够提高细胞的渗透调节能力，降低因 渗透失水造成对细胞膜、酶及蛋白质结构与功能的伤害，在调节植物对环境胁迫的适应性， 提高植物对各种胁迫因子抗性等方面具有重要的生理作用（李新梅，2006)。甜菜碱因为自 身强大的渗透调节作用，广泛应用在盐分，水分和低溫胁迫的植物抗逆性研究中。同时甜 菜碱作为外源物质无论是叶面喷施还是根部浸溃，都易于为植物吸收利用。在开花中期对 大田和和溫室中的番茄叶面喷施甜菜碱，可明显提高盐胁迫下番茄的产量（MakelaP等， 1998)。叶面喷施一定浓度的甜菜碱，能提高桃树水分胁迫前期的光合速率，维持较强的光 合作用（杜栋等，2004)。外源甜菜碱增强植物抗性作用的生理基础，除了调节体内渗透物 质的积累W外，也与抗氧化作用酶类的变化有关。李芸琪等（2005)W黄瓜为材料的研究结 果表明，外源甜菜碱可减少低溫胁迫对超氧化物歧化酶（SOD)、过氧化氨酶（CAT)和过氧化 物酶（POD)活性的抑制、细胞膜的伤害、胞内物质的外渗W及丙二醒（MDA)的产生，从而提 高黄瓜幼苗的抗冷性。甜菜碱是一个具有多种功能的抗逆物质，但一直较少被用于缓解重 金属的逆境研究中，仅有少数研究，如外源甜菜碱降低小麦中铭的含量（Ali等，2015)和棉 花中铅的含量度harwana等，2014)。虽然甜菜碱是缓解重金属积累的机制并不清楚，但其 对缓解其它逆境下损伤与重金属逆境下损伤有着类似的方式，如提高光合作用，减少膜的 损伤，和抗氧化作用酶的变化。
[0005]甜菜碱，便宜易得，无毒安全。同时外源施用时，无论采用叶面喷施抑或根部浸溃 处理，都易于植物吸收利用，提高植物的抗逆境能力，有利植物生长发育，因此在农业生产 上具有比较大的应用价值。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种减少玉米植株在儒污染环境中损伤的制剂，本制剂W叶面喷施的 方式进行，易于配制，同时操作简便，成本低廉，非常适用于农业大田生产。
[0007]本发明还提供上述制剂的使用方法。
[0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0009]一种减少玉米植株在儒污染环境中损伤的制剂，该制剂如下浓度的组分：甜菜碱： 200-600μmol/L。对于儒污染环境，当Cd浓度为50μΜ时，500μΜ的甜菜碱是较佳浓度，其 中200-600ymol/L均为有效浓度。因为甜菜碱的喷施为一种人为外源物质的使用，植物会 产生应激反应，浓度过高也会使植株叶片发黄等现象发生。故可视环境中儒污染程度选择 相应浓度的制剂。
[0010] 一种所述的制剂的使用方法，具体是：用喷雾器将该制剂均匀喷施于玉米叶片表 面至均匀挂湿，喷施时间控制在早晨9点W前或傍晚4点W后进行。本发明采用叶面喷施 的方式，操作简单，成本低廉，施用量相对较小。
[0011] 本发明的有益效果是：本发明制剂具有配制简单、使用方便、无毒副作用和成本低 等优点。使用时W叶面喷施的方式进行，与喷洒农药类似，简单易操作，并且该制剂能够同 时提高作物锋、铜和铁等营养元素含量。根据发明人的长期试验，在该制剂作用于玉米植株 时，在苗期时与对照组相比，苗高，根长，鲜重，玉米植株的地上部干重分别提高了 24.6%、 68. 5%、69%和67%，有效减少了丙二醒的积累，增加了净光合速率，同时缓解了叶片和根 部细胞结构损伤。本发明的制剂适合在中轻度Cd污染地区推广应用。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明叶面喷施甜菜碱对Cd胁迫下玉米根长的对比图。
【具体实施方式】
[0013]下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发 明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落 入本发明保护范围。
[0014] 在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等 均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常 规方法。
[001引实施例1
[0016] 一种减少玉米植株在儒污染环境中损伤制剂，其组分和浓度如下：甜菜碱： 500μmol/L。配制方法：将上述溶液，于四叶期叶面喷施至湿润为止，每5天喷一次，共喷2 次；第二次喷施后5天取样，5次重复，每盆种7
[0017] 株。不同处理光合参数的影响和植株生长量分别见表1和表2。
[0018] 表1叶面喷施甜菜碱对Cd胁迫下玉米光合参数的影响
[0019]
[0020] a和b表示0.05水平差异显著性。叶面喷施甜菜碱使玉米净光合速率、气孔导度、 胞间C〇2浓度和蒸腾速率与单独Cd处理相比都有显著差异。
[0021] 表2叶面喷施甜菜碱对Cd胁迫下玉米生长量的影响
[0022]
[0024]a和b表示0. 05水平差异显著性，与单独Cd处理相比，叶面喷施甜菜碱使玉米鲜 重和地上部干重分别显著增加了69%和67%。
[00巧]本发明叶面喷施甜菜碱对Cd胁迫下玉米根长的影响见图1，其中A:对照组，B:处 理组。
[0026] 与对照组相比，玉米植株净光合速率和胞间C〇2浓度分别提高了97%和下降 了 35%。玉米喷施甜菜碱使植株的苗高，根长，鲜重，和地上部干重分别提高了24.6%、68. 5%、69%和67%，有效促进玉米植株的生长。本发明适用于玉米，适合在中轻度Cd污染 地区推广应用。而且与对照相比，玉米叶面喷施甜菜碱后有效减少了丙二醒的积累，缓解了 根和叶片中的细胞损伤，及根部的锋、铜、铁等矿质元素含量有显著提高。因此，该制剂对于 缓解玉米植株在儒污染环境中的损伤，促进植株生长方面具有应用价值。
[0027] 实施例2
[0028] -种减少玉米植株在儒污染环境中损伤制剂，其组分和浓度如下：甜菜碱： 200ymol/L。使用方法同实施例1。
[002引 实施例3
[0030] 一种减少玉米植株在儒污染环境中损伤制剂，其组分和浓度如下：甜菜碱： 400ymol/L。使用方法同实施例1。
[0031] 实施例4
[0032] -种减少玉米植株在儒污染环境中损伤制剂，其组分和浓度如下：甜菜碱： 600ymol/L。使用方法同实施例1。
[0033] W上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的 限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
【主权项】
1. 一种减少玉米植株在镉污染环境中损伤的制剂，其特征在于该制剂包含如下浓度的 组分：甜菜碱200-600μmol/L。2. -种权利要求1所述的制剂的使用方法，其特征在于：用喷雾器将该制剂均匀喷 施于农作物叶片表面至均匀挂湿，喷施时间控制在早晨9点以前或傍晚4点以后进行。
【专利摘要】本发明属于环境保护中土壤重金属污染的治理和农产品安全领域，涉及一种减少玉米植株在镉污染环境中损伤的制剂及其使用方法。一种减少玉米植株在镉污染环境中损伤的制剂，该制剂如下浓度的组分：甜菜碱：200-600μmol/L。对于镉污染环境，当Cd浓度为50μM时，500μM的甜菜碱是较佳浓度，其中200-600μmol/L均为有效浓度。因为甜菜碱的喷施为一种人为外源物质的使用，植物会产生应激反应，浓度过高也会使植株叶片发黄等现象发生。故可视环境中镉污染程度选择相应浓度的制剂。
【IPC分类】A01N37/44, A01P21/00
【公开号】CN105409952
【申请号】CN201510753620
【发明人】李梅, 曹方彬, 黎军英
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月6日