一种显著降低蚕豆镉积累并促进其生长的方法

摘要

本发明提供了一种显著降低蚕豆镉积累并促进其生长的方法，其包括如下步骤：将蚕豆种子浸泡于浓度为50～200μmol/L的褪黑素溶液中，浸泡时间为48小时，之后进行催芽并种植。本发明能显著的降低蚕豆中的镉含量；本发明能显著提高蚕豆的抗氧化酶活性和生物量；本发明可有效的缓解镉对于蚕豆生长的抑制作用。

权利要求

1.一种显著降低蚕豆镉积累并促进其生长的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将蚕豆种子浸泡于浓度为50～200μmol/L的褪黑素溶液中，浸泡时间为48小时，之后进行催芽并种植。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述褪黑激素的浓度为50～150μmol·L-1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述褪黑激素的浓度为150μmol·L-1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，催芽温度为26℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，种植时，保持土壤的田间持水量为80％。

说明书

一种显著降低蚕豆镉积累并促进其生长的方法

技术领域

[0001] 本发明属于蔬菜种植技术领域，具体涉及一种显著降低蚕豆镉积累并促进其生长的方法。技术背景

[0002] 近年来，土壤中重金属污染日益严重，土壤被重金属污染后，不仅影响作物产量和品质，而且可能进入食物链影响人体健康。在处理这些污染的同时也要提高作物对这些重金属离子的抵抗能力，保证全球农业正常发展。

[0003] 蚕豆(Vicia faba Linn)又名胡豆、佛豆、川豆、倭豆、罗汉豆，属豆科一年生草本植物，除了是良好的粮、菜兼用作物外,其植株也是很好的肥料,其肥效优于绿肥紫公英,对改良土壤和培肥地力具有良好效果。近年来，由于镉污染问题的日趋加剧，严重影响了我国蚕豆的产量和质量，是蚕豆种植业发展的巨大阻力。因此，如何降低镉毒害及其在蚕豆中的积累是当前亟待解决的问题。

[0004] 目前，在蔬菜作物的降镉含量的研究领域中，施用外源激素是主要的手段之一，不过由于不同作物对于不同激素的敏感性不同，导致合适激素的筛选过程较为复杂，所得研究结论不具有普适性。目前，在蚕豆的降镉方面的研究较少，同时，在降镉的同时还能缓解镉对蚕豆的抑制的研究，更鲜有深入研究。

发明内容

[0005] 针对现有技术的不足和需求，本发明的目的在于提供一种显著降低蚕豆镉积累并促进其生长的方法，其包括如下步骤：

[0006] 将蚕豆种子浸泡于浓度为50～200μmol/L的褪黑素溶液中，浸泡时间为48小时，之后进行催芽并种植。

[0007] 优选的，所述褪黑激素的浓度为50～150μmol·L-1。

[0008] 更优选的，所述褪黑激素的浓度为150μmol·L-1。

[0009] 在催芽时，催芽温度为26℃。

[0010] 种植时，保持土壤的田间持水量为80％。

[0011] 褪黑素是一种吲哚胺类激素，在植物中具有调节光周期、促进植物种子萌发及生根、提高植物抵御外界环境压力如重金属、紫外辐射、温度变化等功能。

[0012] 不过，对于不同作物而言，外源激素(包括褪黑素)是如何提高作物的抗逆性以及对哪些逆境具有缓解作用，目前还未得出统一的结论，常出现效果截然相反的情况，如《水杨酸对镉胁迫下豌豆种子萌发及幼苗生长的影响》报道了水杨酸(SA)对于豌豆而言，具有缓解镉伤害的效果，但是《镉对油菜的毒害效应以及施用外源激素对镉毒害的调控作用》却报道了SA不仅不能缓解反而还会加重镉对油菜的伤害。

[0013] 本发明同样发现，其它常规的外源激素(如吲哚丁酸和赤霉素)对于蚕豆中镉含量并无降低作用，且也无法缓解镉对于蚕豆生长的抑制，在较高浓度下甚至还出现再抑制的情况。

[0014] 本发明的有益效果：

[0015] 1、本发明能显著的降低蚕豆中的镉含量；

[0016] 2、本发明能显著提高蚕豆的抗氧化酶活性和生物量；

[0017] 3、本发明可有效的缓解镉对于蚕豆生长的抑制作用。

具体实施方式

[0018] 下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

[0019] 实施例1

[0020] 材料与方法

[0021] 试验材料

[0022] 供试土壤为紫色土，取自成都市温江区农田(103°44′E,30°40′N)，其基本理化性质见参考文献

[0023] 蚕豆种子购于市场

[0024] 试验方法

[0025] 盆栽试验于2015年10-12月在四川农业大学成都校区进行。2015年10月，将土壤风干、压碎、过5mm筛后称重，加入分析纯CdCl2·2.5H2O溶液，使其镉浓度为10mg/kg，并与土壤充分混匀，保持土壤湿润，自然放置平衡4周后，再次混匀。分别称取0.5kg装于直径为8cm的塑料盆内，备用。2015年11月，将蚕豆种子直接浸泡于不同浓度的褪黑素溶液中，褪黑素浓度为0、50、100、150、200μmol/L，分别按每50ml浸泡16粒种子计算，浸种48小时。之后将种子放置于26摄氏度条件下保湿催芽两天，并筛选出芽较好的种子直接种植于盆中，每盆4粒，每个处理重复3次，每天浇水以保持盆中土壤的田间持水量约为80％。

[0026] 300d后，选取每株植株顶部约2cm长的幼嫩叶片进行处理，测定抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性，考马斯亮蓝比色法测定可溶性蛋白含量[14]。采集从上往下的第三或第四片功能叶，采用乙醇-丙酮(体积比为1:1)提取后，分光光度法测定叶绿素含量。之后整株收获，将植物根、茎、叶分别封装，用自来水洗净，用吸水纸将水吸干后称重。称取5.000g植物样品，粉碎，用硝酸-高氯酸(体积比为4:1)消化后定容，用iCAP 6300型ICP光谱仪(Thermo Scientific,USA)测定镉含量。

[0027] 数据处理方法

[0028] 数据采用SPSS系统进行方差分析(Duncan新复极差法进行多重比较)。

[0029] 抗性系数＝处理组总生物量/对照组总生物量，富集系数(BCF)＝根系镉含量(地上部分镉含量)/土壤镉含量，转运系数(TF)＝植物地上部分镉含量/根系镉含量，转运量系数(TAF)＝(地上部镉含量×地上部分生物量)/(根系镉含量×根系生物量)，镉积累量＝各器官镉含量×相应器官生物量，单株镉积累量为各器官个积累量之和。这些计算方法中的-1土壤镉含量均为施入土壤的全镉含量(10mg kg )。

[0030] 结果与分析

[0031] 褪黑素浸种对蚕豆幼苗生物量的影响：

[0032] 表1蚕豆幼苗生物量(鲜重)

[0033]

[0034] 从表1可以看出，在褪黑素浸种条件下，蚕豆根系、茎、叶、地上部分生物量及总生物量均高于空白对照，且在一定浓度范围内，随MT浓度增加而增加，其中施用200μmol/L褪黑素的蚕豆根系生物量、地上部分生物量和总生物量均最大，分别较各自对照提高了15.85％、19.20％、17.83％(P<0.05)。就根冠比而言，其大小顺序为：50μmol/L>0μmol/L>
100μmol/L＝200μmol/L>150μmol/L，褪黑素浓度为50μmol/L时，根冠比增加了1.16％，浓度为150μmol/L、200μmol/L时，根冠比分别降低了3.04％、2.75％。与总生物量相同，褪黑素浸种后蚕豆幼苗的抗性系数均高于对照，且在一定浓度范围内，随MT浓度增加而增加，其中施用200μmol/L褪黑素的蚕豆幼苗抗性系数较对照提高了17.8％。

[0035] 褪黑素浸种对蚕豆幼苗镉含量的影响：

[0036] 表2蚕豆幼苗镉含量(鲜重)

[0037]

[0038] 褪黑素浸种后，蚕豆幼苗根系、茎秆、叶片及地上部分镉含量、根系富集系数和地上部分富集系数均低于空白对照，且在一定范围内随褪黑素浓度的增加而降低，差异达显著水平(P<0.05)，其中200μmol/L褪黑素浸种的蚕豆幼苗的根、茎、叶及地上部分镉含量较空白对照分别降低了20.96％、9.79％、40.32％、29.29％(P<0.05)。

[0039] 蚕豆幼苗的转运系数大小为：

[0040] 200μmol/L<150μmol/L<0μmol/L<100μmol/L<50μmol/L，说明低浓度褪黑素浸种促进镉从根系向地上部分转运，高浓度褪黑素浸种抑制镉从根系向地上部分转运。

[0041] 褪黑素浸种对蚕豆幼苗镉积累量的影响：

[0042] 表3蚕豆幼苗镉积累量(鲜重)

[0043]

[0044]

[0045] 由表可知，褪黑素浸种后，蚕豆幼苗根系的镉积累量均低于对照，其大小顺序为：

[0046] 100μmol/L<50μmol/L<150μmol/L<200μmol/L<0μmol/L，其中浓度为200μmol/L、100μmol/L时根系镉积累量分别降低了8.40％、12.65％；茎秆的镉积累量表现为低浓度高于对照、高浓度低于对照，大小顺序为：150μmol/L<200μmol/L<0μmol/L<50μmol/L<100μmol/L；叶片和地上部分的镉积累量均低于对照，且在该浓度范围内，随着褪黑素浓度的升高而降低，其中用200μmol/L的褪黑素浸种叶片和地上部分的镉积累量较空白对照分别降低了22.64％、15.77％(P<0.05)；就蚕豆幼苗整株镉积累量而言，褪黑素浸种的幼苗镉积累量均低于空白对照组，其大小顺序为：

[0047] 100μmol/L<150μmol/L<50μmol/L<200μmol/L<0μmol/L，其中用

[0048] 100μmol/L褪黑素浸种的整株镉积累量较空白对照降低了12.11％

[0049] (P<0.05)，可见褪黑素浸种能显著降低蚕豆幼苗的镉积累量，但是褪黑素浓度过高或过低效果均会减弱。转运量系数大小顺序为：

[0050] 200μmol/L<150μmol/L<0μmol/L<50μmol/L<100μmol/L，说明高浓度的褪黑素会抑制镉向地上部分转运，使镉集中在根系积累，降低地上部分的镉积累量。

[0051] 褪黑素浸种对蚕豆幼苗叶片光合色素含量的影响：

[0052] 表4蚕豆幼苗叶片光合色素含量的影响

[0053]

[0054]

[0055] 由表可知，蚕豆幼苗叶片的叶绿素a含量大小顺序为：

[0056] 100μmol/L<200μmol/L<150μmol/L<0μmol/L<50μmol/L，类胡萝卜素含量大小顺序为：

[0057] 100μmol/L<150μmol/L<200μmol/L<0μmol/L<50μmol/L，叶绿素总含量大小顺序为：

[0058] 100μmol/L<150μmol/L<200μmol/L<0μmol/L<50μmol/L，叶绿素a、类胡萝卜素、叶绿素总含量只有50μmol/L褪黑素浸种时高于对照，较对照组分别升高了3.57％、2.48％、3.91％(P<0.05)，其余浓度均低于对照，当褪黑素浓度为100μmol/L时含量最低，较对照分别降低了4.60％、5.97％、5.45％(P<0.05)。蚕豆幼苗叶片的叶绿素b含量大小顺序为：100μmol/L<150μmol/L<50μmol/L<200μmol/L<0μmol/L均低于对照，100μmol/L时含量最低，较对照组降低了12.95％(P<0.05)。可见在该浓度范围内只有50μmol/L褪黑素浸种能增加蚕豆幼苗叶片叶绿素总量，而100μmol/L褪黑素浸种能显著降低叶片光合色素含量。

[0059] 褪黑素浸种对蚕豆幼苗叶片抗氧化酶活性的影响：

[0060] 表5蚕豆幼苗叶片抗氧化酶活性

[0061]

[0062]

[0063] 由表可知，褪黑素浸种后，除150μmol/L外，其余浓度浸种的蚕豆幼苗叶片SOD活性均高于对照，其活性大小顺序为：

[0064] 150μmol/L<0μmol/L<50μmol/L<100μmol/L<200μmol/L，其中

[0065] 200μmol/L的褪黑素浸种后蚕豆幼苗叶片SOD活性较对照提高了

[0066] 50.71％。POD活性均低于对照，其活性大小顺序为：

[0067] 200μmol/L<100μmol/L<150μmol/L<50μmol/L<0μmol/L，其中

[0068] 200μmol/L的蚕豆幼苗叶片POD活性较对照降低了21.65％。CAT活性大小顺序为：

[0069] 50μmol/L<150μmol/L<0μmol/L<100μmol/L<200μmol/L，其中

[0070] 200μmol/L的褪黑素浸种后蚕豆幼苗叶片CAT活性较对照提高了

[0071] 35.82％。除150μmol/L外，其余浓度浸种的蚕豆幼苗叶片可溶性蛋白含量均低于对照，其大小顺序为：

[0072] 100μmol/L<200μmol/L<50μmol/L<0μmol/L<150μmol/L，其中褪黑素浓度为150μmol/L时，可溶性蛋白含量较对照增加了5.99％，而

[0073] 100μmol/L褪黑素使可溶性蛋白含量降低了9.92％。

[0074] 讨论：

[0075] 本实验研究发现，在镉胁迫条件下，对蚕豆进行褪黑素浸种能增加蚕豆的幼苗的生物量和抗性系数，且在一定浓度范围内，褪黑素浓度越高效果越显著，其中施用200μmol/L褪黑素的蚕豆地上部分生物量、总生物量、抗性系数较对照分别提高了19.20％、17.83％、17.80％(P<0.05)。由此说明了在镉胁迫条件下，褪黑素浸种能促进蚕豆幼苗的生长，提高蚕豆幼苗地上部分所占比重，增强对镉胁迫的抗性。

[0076] 褪黑素浸种后，能显著降低蚕豆幼苗地上部分的镉含量、镉积累量，降低根系富集系数和地上部分富集系数，且一定浓度范围内均与褪黑素浓度呈负相关。200μmol/L时根系的镉积累量降低不明显，镉含量明显下降，这可能与外源褪黑素影响蚕豆根部不同Cd化学形态分布有关。转运系数和转运量系数在褪黑素浓度低时大于对照，浓度高时小于对照。说明褪黑素会降低根系对镉的富集，抑制镉向地上部分转运，从而降低幼苗各部分的镉含量和镉积累量，且在一定范围内高浓度褪黑素效果更显著。

[0077] 蚕豆褪黑素浸种能促进蚕豆幼苗根茎叶的生长，提高蚕豆幼苗地上部分所占比重，增强对镉胁迫的抗性，且与褪黑素浓度呈正相关。高浓度褪黑素浸种抑制镉从根系向地上部分转运从而显著降低蚕豆幼苗各部分的镉含量，减少对镉的富集。用褪黑素浸种均能降低幼苗POD活性。200μmol/L的褪黑素浸种能够显著提高蚕豆幼苗叶片抗氧化酶活性，抑制蚕豆幼苗组织老化。150μmol/L的褪黑素浸种会提高蚕豆幼苗抵抗镉毒害的能力，褪黑素浓度过低或过高都会起到相反的作用。

[0078] 对比实施例1

[0079] 将实施例1中的褪黑素替换为浓度为1～200μmol·L-1的吲哚丁酸，其余与实施例1一致。

[0080] 检测结果为：

[0081] 对于镉含量的降低，最高仅为2.2％。

[0082] 对比实施例2

[0083] 将实施例1中的褪黑素替换为浓度为1～200μmol·L-1的赤霉素，其余与实施例1一致。

[0084] 对于镉含量的降低，最高仅为1.6％。