[发明专利]一种降低水稻幼苗地上部镉含量的培养液及其方法

说明书

本发明涉及一种降低水稻幼苗地上部镉含量的方法及水稻幼苗营养液配方，水稻品种为“中早39号”；水稻种子表面经过30％的H₂O₂消毒后的种子置于湿润的纱布上发芽，置于人工气候室培养2周；选取水稻幼苗移栽至水稻营养液中，水培用营养液为国际水稻研究所推荐的配方；培养4周后，选取生长一致的水稻幼苗，置于去离子水培养1d以清除营养液残留离子的影响；通过改良水稻营养液配方，外源添加50mg/L Fe²⁺和2.15mmol/L SO₄^2‑，每3d更换一次营养液，培养1周，可使水稻根表铁膜含量显著增加211.92％，地上部镉浓度降低地上部镉含量降低30.0％，幼苗生物量增加39.7％，为镉污染稻田土壤的安全利用提供理论指导。

技术领域

本发明属于农田土壤重金属污染修复领域，涉及一种降低水稻幼苗地上部镉含量的方法及水稻幼苗培养液。

技术背景

镉(Cadmium，Cd)是对植物和动物毒性最强的痕量重金属元素之一，位于联合国环境规划署1984年提出的12种具有全球意义的危害物质之首。2014年《全国土壤调查公报》显示我国土壤镉的点位超标率为7.0％，位于8大超标金属元素之首。农田土壤镉污染导致作物可食部镉累积，人体的镉90％来源于日常饮食，与其他痕量元素相比，土壤中镉的移动性较强，因而镉更易被作物根系吸收、转移到作物的可食部，进而通过食物链进入人体。水稻是我国主要粮产作物，因而稻米是我国人民镉摄入的主要途径之一，通过物理、化学和生物等方法调控水稻镉的吸收，实现镉污染农田土壤“边生产边修复”是当前土壤污染控制与修复领域的研究热点之一。

水稻长期生长于淹水条件下，为适应淹水环境，其根系发育成特殊的通气组织将O₂从叶片运输到根系，使得根系具有泌氧功能，根系泌氧可将淹水条件下的Fe²⁺、Mn²⁺氧化，从而使得根系形成一层棕红色的铁氧化物膜，研究表明铁膜主要由水铁矿、针铁矿及纤铁矿等组成，因而铁膜的形成使得水稻根表负载的一层羟基(-OH)官能团，-OH的负载使得水稻根表对重金属及营养元素等无机离子产生较强的吸附性，从而影响水稻根系对这些元素的吸收，作为土壤与植物的接触界面，根表铁膜是湿地植物根系吸收养分和污染物的关键门户，已有的很多研究表明，根表铁膜的形成对土壤中重金属离子如As(III)、Cd²⁺、Pb²⁺、Hg²⁺、Zn²⁺有较强烈的吸附作用，并改变这些元素在固液两相的分配比例，从而影响其在土壤和植物体系中的有效性和迁移性。

硫是植物六大营养元素之一，土壤硫以硫酸盐的形态被作物根系吸收，随后导入木质部进而通过蒸腾流作用转移至地上部。进入到植株细胞中的硫酸盐被还原为硫化物，硫化物进一步合成为有机化合物，半胱氨酸是硫酸盐的最终产物，同时也是谷胱甘肽、甲硫氨酸及其他含硫代谢产物的合成的初始引物。植物中含硫有机化合物如植物螯合素和甲硫氨酸等与镉具有较高的亲和性，从而影响镉在不同植株组织中的分布。

发明内容

本发明利用水稻根表铁膜对重金属镉的阻隔作用，考虑植株硫对重金属镉的亲和效应，通过提供一种水稻营养液，通过外源添加Fe可显著促进水稻根表铁膜的形成，外源增加SO₄^2-可降低镉在水稻植株由根部向地上部的转移系数。

本发明实现目的的技术方案是：

一种降低水稻幼苗地上部镉含量的培养液，该营养液的组成为在国际水稻研究所推荐的水稻营养液配方基础上添加外源Fe²⁺离子及外源SO₄^2-。

本发明中，所述的国际水稻研究所推荐的水稻营养液配方如下：

所用溶剂为水，优选为蒸馏水。