[发明专利]一种用于重金属低积累型生态修复植物/农作物高效筛选的方法

说明书

本发明公开了一种用于重金属低积累型生态修复植物/农作物高效筛选的方法，该方法为：在符合规范的外植体组培平台上，建立反应物种/品种茎叶中积累重金属的特征性曲线；依据目标种植区域土壤环境，具有针对性地设置负向选择压，定向获取基于特定条件下的重金属吸收曲线，选择综合表现最优的低富集生态修复植物/农作物材料，向特定区域推荐营养体具有环境友好特性的，低富集型生态修复植物/农作物物种或农作物品种。本方法大幅降低科研成本，高效筛选高积累和低积累型生态修复植物/农作物品种，能与高效的基因编辑和理化诱变等方法自由组合开展研究，提供与高效育种体系接合端口，大幅减少筛选期间对农田和盆栽土壤、地下水及周围环境的污染。

技术领域

本发明属于重金属富集类型筛选技术领域，涉及一种用于重金属低积累型生态修复植物/农作物高效筛选的方法。

背景技术

据报道，植物对重金属的主要作用包括萃取作用( Phytoextraction) ，挥发作用( Phytovolatilization)，滤除作用( Rhizofilization) ，以及植物钝化作用(Phytostabilization)。相应地，两者间的关系也是多元的：第一、植物能够通过根系分沁酸性物质，活化金属元素（包括重金属）从不可溶态，转化为可溶态，从而促进微量元素的吸收和富集。能力大小与可植物的基因型有关。所以，有选择地种植植物能减少植物酸化引起的土壤重金属活化；第二、植物能够促进一些土壤中的重金属离子转化为气态，挥发到空气中，影响空气质量和人类呼吸系统健康；第三、植物能通过生成根孔，促进根际重金属借助水力发生转移，进而深度污染当地生态系统和下游水系统安全；第四、植物也可能促进重金属离子发生价态转换，进而造成无毒态与有毒的加剧转换。

因此，不必要的植物活化作用，对高背景区域或污染区域土壤重金属的潜在影响是很大的，其风险远不止威胁产品安全，还可能威胁生态系统及其所在的社会系统长远安全。尽管显而易见，植物间接影响周边环境重金属安全，是通过营养体（根茎叶）实现的。但过去大众关注焦点主要在农产品安全和食品安全上，以及鲜有关于重金属通过营养体进入生物圈，对生态系统和未来农产品安全产生威胁的研究和报道。

实践中，对低富集型物种/品种的需求，也主要反映在了对可食用植物的产品部位或农作物/药用草本可食部位低富集能力的研究和运用上。较少关注农作物营养体通过饲料功能使有机态重金属进入食物链的作用、植物叶片的重金属挥发作用，以及秸秆/凋落物等营养体返回土壤进入腐生链，并二次释放有机态重金属的作用。以上常被忽略的植物营养体作用，其实对生态系统的重金属风险，甚至对产地整个社会-生态系统都存在多重影响。

因而，营养体低富集型物种/品种的价值被严重低估了。事实上，关注营养体重金属富集类型，不仅与产品部位安全具有极高的相关性，也可以减少高富集类型植物生长中，通过根系与土壤互作，对残渣态重金属分子不必要的活化，从而减少具有生物有效性的重金属离子的生成；减少植物通过气孔向空气释放不必要的气态重金属；减少可溶有害金属离子通过水土流失向水系统、土壤系统中释放和转移；减少有机化的重金属离子进入食物量链或土壤腐生链；减少有毒或毒性更强的有机态重金属离子进入生物圈，进而影响人类社会和生态系统的安全性的问题。

过去对低富集型物种或品种的选择一般基于污染场地原位选择、污染农田大田实验或盆栽实验表现。基于污染场地进行选种，很难克服污染场地本身重金属分布不均、影响因子过于繁复等问题。比选材料虽然邻近生长，彼此经受的环境胁迫条件却千差万别，使得基于富集系数的传统比选方式面临不具可比性的尴尬境地。因而很难正确区分环境饰变和真实的基因表现或突变。盆栽选择体系又无法回避单株选种不具代表性问题，如果不经多轮随机观察实验，也不能选择真正具有遗传特性的材料。同时，盆栽土壤的重金属施放剂量较大，外溢后果严重。整个系统控制要求严格，稍有不慎，就可能造成较严重的环境污染。同时，人为加入的污染物在盆栽土壤中，也未必能做到均匀分布，实验效果仍然很有局限。