本發明涉及水稻種植技術領域，尤其是涉及一種用于調控水稻重金屬鎘積累的方法。
背景技術：
水稻是我們人類生存不可或缺的作物，也是我們主要在食用的糧食之一，因此水稻的生產安全和食用標準和我們息息相關。有報道稱，現階段在我國大量耕地被重金屬鎘污染，且涉及全國11個省市，引起大量的糧食減產和污染，損失達200億元以上，可謂范圍面積大，損失巨大。同時，水稻重金屬污染也與其他植物不同，水稻植株中積累的鎘則可以通過生態中的食物鏈進入到人體，從而危害人類的身心健康，其具有強大的隱蔽和危險性質。
由于水稻具有在鎘污染土壤中種植后非常容易對鎘元素進行吸收、富集，并且在積累較高鎘元素含量的同時也不影響水稻正常生長特點，近十年來不斷有新聞報道全國各地發生嚴重鎘元素污染水稻事件，如廣東、湖南湘江等地就曾報道鎘元素嚴重超標、污染事件，這些事件已經在生態環境和人類活動中造成巨大影響，同時，利用水稻易于富集鎘元素的特性，進而對鎘污染土壤進行修復的研究也越來越引起人們的重視。
因此，研究開發一種在常規水稻種植的基礎上，采用外源物質的施用，進而對鎘脅迫水稻重金屬鎘積累進行調控的方法，不管是對水稻的安全生產，還是對鎘污染土壤的修復都具有十分有益的現實意義。
有鑒于此，特提出本發明。
技術實現要素：
本發明的第一目的在于提供一種調控水稻重金屬鎘積累的方法，該方法通過在水稻種植過程中將24-表油菜素內脂溶液噴施于鎘脅迫培養的水稻葉面上，進而對鎘脅迫水稻重金屬鎘積累進行調控，該應用方法具有成本低廉、操作簡單、應用過程中不需要特殊的儀器以及應用周期短的優點。
本發明提供的一種調控水稻重金屬鎘積累的方法，包括以下步驟：將24-表油菜素內脂與水配置成濃度為150～300μg/l的24-表油菜素內脂溶液，隨后在水稻種植過程中將24-表油菜素內脂溶液噴施于鎘脅迫培養的水稻葉面上。
進一步的，所述24-表油菜素內脂溶液的濃度梯度為150μg/l、180μg/l、220μg/l、280μg/l和300μg/l。
進一步的，所述水為蒸餾水。
進一步的，所述鎘脅迫培養為在鎘元素濃度為1.2～1.6mg/kg的鎘污染土壤中進行種植。
進一步的，所述鎘污染土壤的ph值為5～6。
進一步的，所述24-表油菜素內脂溶液噴施的時間為水稻苗期、分蘗期、抽穗前期和揚花期后的第1～14天。
進一步的，所述24-表油菜素內脂溶液噴施的噴施量為每畝300～350l/天。
更進一步的，所述24-表油菜素內脂溶液噴施的噴施量為每畝330l/天。
進一步的，所述水稻的品種為甬優9號。
進一步的，所述水稻種植過程中定期對水稻澆水，保持土壤的含水量為60～80％。
與現有技術相比，本發明的有益效果為：
本發明提供了24-表油菜素內脂的一種新應用方法，在水稻種植過程中將濃度為150～300μg/l的24-表油菜素內脂溶液噴施于鎘脅迫培養的水稻葉面上，會對水稻植株的鎘積累產生不同的效果。將研究發現，在本發明濃度范圍內濃度較高的24-表油菜素內脂溶液可以抑制鎘脅迫水稻中的鎘積累，濃度較低的24-表油菜素內脂溶液可以促進鎘脅迫水稻莖部中的鎘積累的同時，還對水稻糙米中的鎘積累有抑制作用，進而在保證水稻糙米達到國家食用標準。通過本發明的研究可以提供一種調控水稻重金屬鎘積累的方法，不管是對水稻的安全生產，還是對鎘污染土壤的修復都具有十分有益的現實意義。同時，水稻作為常規作物，其田間管理均為農業常規方法，降低了該方法進一步應用的操作難度。
具體實施方式
下面將結合實施例對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
根據本發明的一個方面，一種調控水稻重金屬鎘積累的方法，包括以下步驟：將24-表油菜素內脂與水配置成濃度為150～300μg/l的24-表油菜素內脂溶液，隨后在水稻種植過程中將24-表油菜素內脂溶液噴施于鎘脅迫培養的水稻葉面上。
油菜素內酯又名蕓苔素內酯，是繼五大植物的激素(生長素、細胞分裂素、赤霉素、乙烯、脫落酸)后的第六大類天然植物激素，廣泛存在于植物的各器官中，被公認為是活性最高的，具有廣譜、高效生理效應的植物激素。隨著時代的進步和科技的不斷進展，20世紀80年代開始合成人工的高活性油菜素內酯類似物，并稱為表油菜素內酯。24-表油菜素內酯則是通過適當的天然甾體化合物(主要是麥角甾醇)為原料改造而成，具有更好的活性和經濟性。
本發明提供了24-表油菜素內脂的一種新應用方法，在水稻種植過程中將濃度為150～300μg/l的24-表油菜素內脂溶液噴施于鎘脅迫培養的水稻葉面上，會對水稻植株的鎘積累產生不同的效果。將研究得到，在本發明濃度范圍內濃度較高的24-表油菜素內脂溶液可以抑制鎘脅迫水稻中的鎘積累，濃度較低的24-表油菜素內脂溶液可以促進鎘脅迫水稻莖部中的鎘積累的同時，還對水稻糙米中的鎘積累有抑制作用，進而在保證水稻糙米達到國家食用標準。通過本發明的研究可以提供一種調控水稻重金屬鎘積累的方法，不管是對水稻的安全生產，還是對鎘污染土壤的修復都具有十分有益的現實意義。同時，水稻作為常規作物，其田間管理均為農業常規方法，降低了該方法進一步應用的操作難度。
在本發明的一種優選實施方式中，所述24-表油菜素內脂溶液的濃度梯度為150μg/l、180μg/l、220μg/l、280μg/l和300μg/l。
在本發明的一種優選實施方式中，所述水為蒸餾水。蒸餾水是利用蒸餾設備使水蒸汽化，然后使水蒸氣凝成水，制備得到的蒸餾水除去了重金屬離子。本發明應用蒸餾水配制24-表油菜素內脂溶液，可以避免水中的重金屬離子對試驗的影響，使的實驗的結果更為準確。
在本發明的一種優選實施方式中，所述鎘脅迫培養為在鎘元素濃度為1.2～1.6mg/kg的鎘污染土壤中進行種植。鎘在自然土壤中的含量一般是表現較低，不會對人類造成很大的危害，我國的土壤鎘背景值大約為是0.097mg/kg。本發明用于種植水稻的土壤為鎘濃度為1.2～1.6mg/kg，為重金屬鎘嚴重污染的土壤。
在本發明的一種優選實施方式中，所述鎘污染土壤的ph值為5～6。
經研究發現，不同ph值的土壤對鎘脅迫水稻的鎘元素積累具有調節作用，本發明使用ph值為5～6的鎘污染土壤進行水稻種植，可以排除由于ph值的不同而形成的對鎘脅迫水稻的鎘元素積累的影響，進而更好的證明24-表油菜素內脂在降低水稻體內鎘積累中的技術效果。
在本發明的一種優選實施方式中，所述24-表油菜素內脂溶液噴施的時間為水稻苗期、分蘗期、抽穗前期和揚花期后的第1～14天。
作為一種優選的實施方式，本發明在水稻苗期、分蘗期、抽穗前期和揚花期后的第1～14天對水稻葉面進行噴施處理，這樣的噴施時間的選擇可以使水稻的整個生長周期中，均有外源24-表油菜素內脂溶液進行噴施作用。
在本發明的一種優選實施方式中，所述24-表油菜素內脂溶液噴施的噴施量為每畝300～350l/天。
在上述優選實施方式中，所述24-表油菜素內脂溶液噴施的噴施量為每畝330l/天。
優選的，所述噴施處理的噴施量為噴施至水稻葉面附著滿水珠，液體開始下滴為止。
在本發明的一種優選實施方式中，所述水稻的品種為甬優9號。
作為一種優選的實施方式，甬優9號為粳型三系雜交水稻品種。在長江中下游作單季晚稻種植，其具有株型適中、長勢繁茂，熟期轉色較好的優點，但甬優9號對鎘脅迫的抗逆性不強，屬于鎘高積累水稻品種，本發明使用甬優9號水稻可以更好的證明24-表油菜素內脂在降低水稻體內鎘積累中的技術效果。
在本發明的一種優選實施方式中，所述水稻種植過程中定期對水稻澆水，保持土壤的含水量為60～80％。
作為一種優選的實施方式，在水稻種植過程中定期對水稻澆水，保持土壤的含水量為60～80％可以使水稻更好的進行生長，避免其他因素對本發明調控水稻重金屬鎘積累研究的干擾。
下面將結合實施例對本發明的技術方案進行進一步地說明。
下述各實施例均以浙江省水稻主栽品種甬優9號為試驗品種，在鎘濃度為1.3～1.6mg/kg，土壤的ph值為5～6的鎘污染土壤中種植。
下述各個實施例中，水稻種植模式為：每處理小區占地面積2.35×2.55m＝6m2，品種間間隔0.4m，株行距0.3m×0.2m，為125叢，每小區之間筑埂并加塑料膜防滲，每個處理進行3個重復。如無特殊說明，整地、育苗、移栽、田間管理均為農業常規方法。
實施例1
首先，將24-表油菜素內脂用蒸餾水配置成濃度為150μg/l的水溶液，隨后在鎘污染土壤的水稻種植過程中，使用上述24-表油菜素內脂溶液在水稻苗期、分蘗期、抽穗前期和揚花期后的第1～14天連續對水稻葉面進行噴施處理，噴施處理中24-表油菜素內脂溶液的噴施量為每畝330l/天。水稻的整個種植過程采用常規田間管理方式進行。
實施例2
首先，將24-表油菜素內脂用蒸餾水配置成濃度為180μg/l的水溶液，隨后在鎘污染土壤的水稻種植過程中，使用上述24-表油菜素內脂溶液在水稻苗期、分蘗期、抽穗前期和揚花期后的第1～14天連續對水稻葉面進行噴施處理，噴施處理中24-表油菜素內脂溶液的噴施量為每畝330l/天。水稻的整個種植過程采用常規田間管理方式進行。
實施例3
首先，將24-表油菜素內脂用蒸餾水配置成濃度為220μg/l的水溶液，隨后在鎘污染土壤的水稻種植過程中，使用上述24-表油菜素內脂溶液在水稻苗期、分蘗期、抽穗前期和揚花期后的第1～14天連續對水稻葉面進行噴施處理，噴施處理中24-表油菜素內脂溶液的噴施量為每畝330l/天。水稻的整個種植過程采用常規田間管理方式進行。
實施例4
首先，將24-表油菜素內脂用蒸餾水配置成濃度為280μg/l的水溶液，隨后在鎘污染土壤的水稻種植過程中，使用上述24-表油菜素內脂溶液在水稻苗期、分蘗期、抽穗前期和揚花期后的第1～14天連續對水稻葉面進行噴施處理，噴施處理中24-表油菜素內脂溶液的噴施量為每畝330l/天。水稻的整個種植過程采用常規田間管理方式進行。
實施例5
首先，將24-表油菜素內脂用蒸餾水配置成濃度為300mg/l的水溶液，隨后在鎘污染土壤的水稻種植過程中，使用上述24-表油菜素內脂溶液在水稻苗期、分蘗期、抽穗前期和揚花期后的第1～14天連續對水稻葉面進行噴施處理，噴施處理中24-表油菜素內脂溶液的噴施量為每畝330l/天。水稻的整個種植過程采用常規田間管理方式進行。
對比例1
在鎘污染土壤的水稻種植過程中，使用蒸餾水在水稻苗期、分蘗期、抽穗前期和揚花期后的第1～14天連續對水稻葉面進行噴施處理，噴施處理中蒸餾水的噴施量為每畝330l/天。水稻的整個種植過程采用常規田間管理方式進行。
對比例2
首先，將24-表油菜素內脂用蒸餾水配置成濃度為100mg/l的水溶液，隨后在鎘污染土壤的水稻種植過程中，使用上述24-表油菜素內脂溶液在水稻苗期、分蘗期、抽穗前期和揚花期后的第1～14天連續對水稻葉面進行噴施處理，噴施處理中24-表油菜素內脂溶液的噴施量為每畝330l/天。水稻的整個種植過程采用常規田間管理方式進行。
對比例3
首先，將24-表油菜素內脂用蒸餾水配置成濃度為350mg/l的水溶液，隨后在鎘污染土壤的水稻種植過程中，使用上述24-表油菜素內脂溶液在水稻苗期、分蘗期、抽穗前期和揚花期后的第1～14天連續對水稻葉面進行噴施處理，噴施處理中24-表油菜素內脂溶液的噴施量為每畝330l/天。水稻的整個種植過程采用常規田間管理方式進行。
效果例1水稻農藝性狀分析
將實施例1～5和對比例1～3種植的水稻在割前采集植株樣品，并分別考察不同處理條件下水稻的株高、穗數、穗粒數、千粒重和結實率等農藝形狀，其結果如下表所示：
由上表所示，使用濃度為150～300μg/l的24-表油菜素內脂溶液對水稻葉面進行噴施處理，對水稻成熟期整體農藝性狀影響不大。與對比例1使用蒸餾水進行噴灑的對照組相比，在本發明實施例1～5和對比例2以及對比例3的24-表油菜素內脂溶液處理下，水稻株高、穗數、穗粒數、千粒重和結實率都無顯著變化，水稻結穗，生長態勢良好，未受到很大影響。因此，濃度為150～300μg/l的24-表油菜素內脂溶液對水稻植株整體農藝性狀并沒有很大影響，即濃度為150～300μg/l的24-表油菜素內脂溶液對水稻植株沒有不良的影響，24-表油菜素內脂調控水稻積累重金屬鎘的效果并不是由于調節水稻植株的生長而得到的。
效果例2對鎘脅迫種植水稻得到的糙米的重金屬鎘積累的調控
將實施例1～5和對比例1～3種植的水稻成熟收割后于60～70℃烘干至恒重，將水稻籽粒用脫殼機去殼，得到糙米；隨后應用常規試驗方法對得到的糙米的鎘含量進行測定，其測定結果如下表所示：
由上表可知，本發明實施例1～5使用濃度為150～300μg/l的24-表油菜素內脂溶液對水稻葉面進行噴施處理后水稻糙米中的鎘含量均低于我國規定糙米中重金屬鎘含量的最高限制標準為0.2mg/kg；與對比例1使用蒸餾水進行噴灑的對照組相比，本發明實施例1～5水稻糙米中的鎘含量明顯低于對照組。
同時，由上述數據可知，在本發明實施例4和實施例5使用本發明濃度范圍內濃度較高的24-表油菜素內脂溶液可以明顯抑制鎘脅迫水稻的糙米中的鎘積累，使在鎘污染土地中種植的糙米的鎘含量均降低至0.13mg/kg以下，遠低于我國規定糙米中重金屬鎘含量的最高限制標準為0.2mg/kg。而本發明實施例1～3隨著24-表油菜素內脂溶液濃度的降低，其處理后的水稻糙米中的鎘含量也相應的增高，因此可知，隨著本發明24-表油菜素內脂溶液濃度范圍內濃度的降低，本發明對水稻的糙米中的鎘積累的抑制效果依次遞減。
通過與對比例2和對比例3使用本發明濃度范圍以外的24-表油菜素內脂溶液對水稻葉面進行噴施處理后得到的結果相比，由上表可知，對比例2種植的糙米的鎘含量為0.22mg/kg，對比例3種植的糙米的鎘含量為0.20mg/kg，其效果與對比例1使用蒸餾水進行噴灑的對照組相比差距并不明顯。因此，使用本發明濃度范圍外的24-表油菜素內脂溶液對水稻葉面進行噴施處理不能達到本發明調控水稻植株中糙米的鎘含量的技術效果。
效果例3對鎘脅迫種植水稻的植株莖部的重金屬鎘積累的調控
將實施例1～5和對比例1～3種植的水稻成熟收割后于60～70℃烘干至恒重，將水稻植株的莖部進行收割；隨后應用常規試驗方法對得到的水稻植株的莖部的鎘含量進行測定，其測定結果如下表所示：
由上表可知，與對比例1使用蒸餾水進行噴灑的對照組相比，本發明實施例5使用濃度為300mg/l的24-表油菜素內脂溶液對水稻葉面進行噴施處理后水稻莖部的鎘含量僅為0.102mg/kg；本發明實施例4使用濃度為280μg/l的24-表油菜素內脂溶液對水稻葉面進行噴施處理后水稻莖部的鎘含量為0.115mg/kg，由此可知，在本發明濃度范圍內濃度較高的24-表油菜素內脂溶液可以明顯抑制鎘脅迫水稻的水稻莖部的鎘積累。
通過與本發明實施例2使用濃度為180μg/l的24-表油菜素內脂溶液對水稻葉面進行噴施處理后水稻莖部的鎘含量高達1.75mg/kg；實施例5使用濃度為150μg/l的24-表油菜素內脂溶液對水稻葉面進行噴施處理后水稻莖部的鎘含量高達1.86mg/kg，上述實施例1和2與對比例1使用蒸餾水進行噴灑的對照組相比，可知在本發明濃度范圍內濃度較低的24-表油菜素內脂溶液可以明顯促進鎘脅迫水稻莖部的鎘積累。
通過與對比例2和對比例3使用本發明濃度范圍以外的24-表油菜素內脂溶液對水稻葉面進行噴施處理后得到的結果相比，由上表可知，對比例2種植的糙米的鎘含量為1.21mg/kg，對比例3種植的糙米的鎘含量為1.23mg/kg，其效果與對比例1使用蒸餾水進行噴灑的對照組相比差距并不明顯。因此，使用本發明濃度范圍外的24-表油菜素內脂溶液對水稻葉面進行噴施處理不能達到本發明調控水稻植株中水稻莖部鎘含量的技術效果。
綜上可知，本發明在水稻種植過程中將濃度為100～200mg/l的24-表油菜素內脂溶液噴施于鎘脅迫培養的水稻葉面上，會對水稻植株的鎘積累產生不同的效果。經上述效果例2和效果例3可知，在本發明濃度范圍內濃度較高的24-表油菜素內脂溶液可以抑制鎘脅迫水稻中的鎘積累，濃度較低的24-表油菜素內脂溶液可以促進鎘脅迫水稻莖部中的鎘積累的同時，還對水稻糙米中的鎘積累有抑制作用，進而在保證水稻糙米達到國家食用標準。通過本發明的研究可以提供一種調控水稻重金屬鎘積累的方法，不管是對水稻的安全生產，還是對鎘污染土壤的修復都具有十分有益的現實意義。同時，水稻作為常規作物，其田間管理均為農業常規方法，降低了該方法進一步應用的操作難度。
最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。