專利名稱:葉用油菜鎘排異品種的篩選方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及污染環(huán)境下農(nóng)作物安全生產(chǎn)技術(shù),具體地說是葉用油菜鎘排異品種的篩選方法。
背景技術(shù):
近年來我國農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染形勢日趨嚴(yán)峻。據(jù)上世紀(jì)90年代統(tǒng)計(jì),我國受重金屬污染的耕地面積達(dá)2000萬hm2,其中受鎘(Cd)污染農(nóng)田達(dá)1.33萬hm2 ;2001年農(nóng)業(yè)部對全國24個(gè)省市320個(gè)重點(diǎn)污染區(qū)農(nóng)田的監(jiān)測結(jié)果表明,重金屬是土壤與農(nóng)產(chǎn)品中的主要污染物,占污染物超標(biāo)農(nóng)產(chǎn)品總面積和總產(chǎn)量的80%以上,而Cd污染農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)面積達(dá)27.86萬hm2。Cd是生物毒性最強(qiáng)的重金屬之一,它在土壤中生物有效性很高,與其它重金屬相比更易在農(nóng)作物中累積,因而在重金屬含量超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品中Cd占重要地位。在所有農(nóng)作物中,蔬菜最易受到土壤Cd污染危害,據(jù)估計(jì),83 %的人體膳食Cd攝入來自蔬菜。我國是世界上的蔬菜生產(chǎn)和消費(fèi)大國,蔬菜種植面積超過1700萬公頃。菜地復(fù)種指數(shù)高,農(nóng)藥和肥料投入大,且多數(shù)分布在城郊,受城市工業(yè)化污染影響大,因而土壤受Cd污染最為嚴(yán)重,有大量的Cd污染菜地土壤亟待治理。目前可用于治理土壤重金屬污染的方法很多,主要包括各種物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)。其中,物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要是指一類基于機(jī)械物理和化學(xué)原理的工程技術(shù),在治理小范圍環(huán)境污染以及處理嚴(yán)重突發(fā)污染事故中作用較大,但一般也存在著技術(shù)難度大、花費(fèi)高、工程量大以及易造成二次污染的問題,很難在大范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。在生物修復(fù)技術(shù)中,近年來應(yīng)用超富集植物的植物提取修復(fù)技術(shù)成為關(guān)注的熱點(diǎn),在超富集植物的篩選以及超富集重金屬的機(jī)理方面均開展了較多的研究,篩選了 500多種重金屬超富集植物,并闡明了天藍(lán)遏藍(lán)菜、東南景天以及蜈蚣草富集重金屬的生理生化和分子機(jī)理。但是大多數(shù)超富集植物的生物量很小,生長也比較緩慢,應(yīng)用這些植物修復(fù)重金屬污染的土壤一般需要十幾年乃至數(shù)十年時(shí)間,在 修復(fù)中輕度污染的農(nóng)田土壤方面更是受到很多條件的局限,目前其實(shí)用化仍存在很多問題。另外,將大面積中輕度污染農(nóng)田停止農(nóng)作,進(jìn)行長時(shí)間的工程或植物修復(fù),這在我國人多地少的現(xiàn)狀下也是不現(xiàn)實(shí)的。因此,有必要探索有效途徑,來解決在中輕度污染土壤上進(jìn)行農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)的問題。重金屬排異植物是指能在重金屬污染土壤上正常生長,植物地上部及根部含量均較低,或根部重金屬含量雖較高但地上部重金屬含量較低的植物。排異植物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的主要應(yīng)用價(jià)值為:通過在中輕度污染土壤上對比多個(gè)種/品種累積重金屬能力的差異,可以從中篩選重金屬排異作物,其可食部位重金屬含量較低且符合食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求,從而可以實(shí)現(xiàn)在污染土壤上的農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)。重金屬排異品種篩選的理論基礎(chǔ)是:植物累積重金屬的能力不僅在種間存在明顯差異,而且在種內(nèi)即品種間也存在顯著差異。近年來,國內(nèi)外學(xué)者對多種作物Cd累積的品種間差異進(jìn)行了研究,并篩選了一批Cd排異作物品種,其中,大田作物包括水稻、玉米、小麥、大麥、大豆,蔬菜包括番茄、長豇豆、蕹菜、菜心、芹菜、大白菜、土豆。在此基礎(chǔ)上,科學(xué)家成功培育和應(yīng)用了多個(gè)Cd排異作物品種。加拿大研究人員于1991年開始進(jìn)行硬粒小麥Cd排異品種的選育工作,經(jīng)過十幾年的不懈努力,于2004年成功培育出一個(gè)目標(biāo)性狀穩(wěn)定、具有商業(yè)推廣價(jià)值的Cd排異品種“Strongfield”,目前該品種在加拿大的種植面積已超過加拿大硬粒小麥種植面積的25%。而美國科學(xué)家通過選育和推廣Cd排異向日葵品種,成功解決了美國向日葵籽出口歐洲的國際貿(mào)易問題。然而,目前對于重金屬排異作物的篩選研究,國內(nèi)外還沒有形成一套公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)和方法,尚且存在爭議。某些學(xué)者借鑒重金屬超富集植物的篩選標(biāo)準(zhǔn),提出了重金屬排異作物的篩選標(biāo)準(zhǔn),即可食部位低含量、地上部低富集、體內(nèi)低轉(zhuǎn)運(yùn)及高耐性;而多數(shù)研究則通過盆栽實(shí)驗(yàn)、小區(qū)實(shí)驗(yàn)或水培實(shí)驗(yàn),將不同品種可食部位重金屬含量和國內(nèi)/國際食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)做比較,挑選低富集品種,或者將多個(gè)品種依據(jù)可食部位重金屬含量進(jìn)行排序,挑選含量低的品種。這些篩選方法都具有可操作性,但是考慮到篩選排異品種主要是為了能應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中去,能夠體現(xiàn)高安全性的可食部位重金屬含量指標(biāo)和高產(chǎn)量的耐性指標(biāo)才是應(yīng)該重點(diǎn)考察的方向。另外,作物對重金屬的吸收不僅受品種因素的控制,而且還和土壤污染程度以及生長環(huán)境密切相關(guān)。很多研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)土壤重金屬含量超過中度污染水平,所有試驗(yàn)品種可食部位重金屬含量都無法滿足食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求;而且在不同地域污染水平相近的土壤上,同一排異品種的重金屬累積能力也表現(xiàn)出較大差異。因此任何排異品種的應(yīng)用都會(huì)受到土壤重金屬污染濃度的嚴(yán)格限制,同時(shí)還具有很強(qiáng)的地域性。這就要求在篩選重金屬排異品種時(shí)最好能夠給出適用的污染范圍以及適用地域,以指導(dǎo)其實(shí)際應(yīng)用,而這恰恰是現(xiàn)在的研究所忽視的。因而,提供一種技術(shù)成熟的重金屬排異品種篩選方法,既包括合適的篩選標(biāo)準(zhǔn),又能夠給出排異品種的適用范圍,是本技術(shù)領(lǐng)域中一個(gè)亟待解決的問題。葉用油菜是大眾化速生綠葉蔬菜,在我國蔬菜周年供應(yīng)中起著重要作用。據(jù)2006年統(tǒng)計(jì),其栽培面積占全國蔬菜總種植面積的3.0 %,年產(chǎn)量占全國蔬菜總產(chǎn)量的2.3 %。作為一種十字花科蕓薹屬蔬菜,葉用油菜體內(nèi)極易累積Cd。例如,南京城郊18個(gè)地點(diǎn)油菜樣品分析表明,葉片Cd含量全部超過食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),最高超出17倍。因此,篩選和應(yīng)用葉用油菜Cd排異品種對于降低鎘污染危害和保障蔬菜安全生產(chǎn)都具有重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種準(zhǔn)確可靠、簡潔實(shí)用、費(fèi)用低廉、適用性廣且可操作性強(qiáng)的葉用油菜鎘排異品種的篩選方法,利用該方法不僅能夠篩選到安全、高產(chǎn)的葉用油菜鎘排異品種,還能得到篩選品種的具體應(yīng)用范圍,從而可以更加有效地用于農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
葉用油菜鎘排異品種的篩選方法,該方法包括如下步驟:
1)試驗(yàn)條件:室外露天栽培,以盆栽方式進(jìn)行;
2)篩選對象的確定:以葉用油菜為篩選對象,不同品種的種子從市場上購買或由農(nóng)業(yè)科研部門提供,要求適合當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境,栽培廣泛;
3)供試土壤的確定:供試土壤為清潔土壤,要求和擬開展排異品種應(yīng)用的污染土壤種類相同,根據(jù)GB15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,要求供試土壤在pH值低于7.5時(shí)CM含量低于0.3 mg/kg,在pH值高于7.5時(shí)低于0.6 mg/kg ;
4)盆栽污染土壤的 配制:以典型污染地區(qū)的鎘含量和《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的二級標(biāo)準(zhǔn)值為參考依據(jù),在考慮供試土壤鎘含量的基礎(chǔ)上,通過添加水溶性鎘鹽的水溶液,使盆栽污染土壤在pH值低于7.5時(shí)鎘含量為:原含量、0.3,0.6,0.9、1.2、1.5 mg/kg,在pH值高于7.5時(shí)為:原含量、0.6、0.9、1.2、1.5、2.0 mg/kg,然后澆水陳化,放置3個(gè)月備用;
5)盆栽試驗(yàn):將步驟2搜集的種子直接播種到裝有步驟4配制土壤的盆中,待幼苗生長至4片真葉時(shí),每盆間苗至相同苗數(shù),常規(guī)管理下培養(yǎng)30-45天,收獲油菜莖葉部分,分析其鮮重、干重以及鎘含量;
6)油菜鎘排異品種的篩選標(biāo)準(zhǔn)為:
A.根據(jù)GB2762-2005《食品中污染物限量》規(guī)定,油菜莖葉Cd含量以鮮重計(jì),低于葉菜類蔬菜鎘含量限值0.2 mg/kg ;
B.與清潔土壤上相比,污染土壤上種植的油菜莖葉產(chǎn)量沒有顯著降低。鎘排異品種確定及其適用條件:根據(jù)鎘排異品種的篩選標(biāo)準(zhǔn),從0.3或0.6 mg/kg處理到最高濃度處理依次分析不同品種的莖葉產(chǎn)量和鎘含量,能夠符合這兩條標(biāo)準(zhǔn)的即為該污染水平下的鎘排異油菜品種,這些品種可以在開展試驗(yàn)地區(qū)鎘含量低于該水平的污染土壤上安全應(yīng)用,生產(chǎn)的油菜莖葉鎘含量不超標(biāo),且產(chǎn)量沒有顯著降低。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
(I)應(yīng)用前景好。本發(fā)明通過盆栽實(shí)驗(yàn)的方法篩選出重金屬鎘排異油菜品種,能從源頭上降低蔬菜中重金屬鎘含量,可以直接應(yīng)用于土壤鎘含量超標(biāo)的中輕度污染菜地,通過栽種篩選出的鎘排異品種,既保障了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全,同時(shí)又充分利用了現(xiàn)有的土地資源。(2)方法簡便,可操作性強(qiáng)。本發(fā)明對試驗(yàn)條件要求不高,凡適于植物生長的環(huán)境一般均可應(yīng)用,而且試驗(yàn)在室外進(jìn)行,使得盆栽作物的生長環(huán)境與大田中作物的生長環(huán)境相近,從而更容易反映作物在污染條件下的真實(shí)狀況;另外,通過多濃度的梯度實(shí)驗(yàn),本發(fā)明不僅能篩選出多個(gè)污染水平下的`鎘排異品種,而且還能給出其適用的土壤污染范圍,從而更加有效地指導(dǎo)其實(shí)際應(yīng)用,這也正是本發(fā)明的關(guān)鍵之處。(3)經(jīng)濟(jì)高效。本發(fā)明在應(yīng)用過程中不需要昂貴的設(shè)備,采用常規(guī)的原子吸收法檢測鎘含量即可;盆栽所用的土壤和供試品種就地取材,試驗(yàn)之后可以集中處理而不對周圍環(huán)境造成二次污染;篩選出的鎘排異油菜品種在保證蔬菜衛(wèi)生品質(zhì)的前提下,為充分利用現(xiàn)有土地資源,發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益起到了很好的作用。
圖1為實(shí)施例1中不同鋪污染水平下不同品種莖葉鋪含量不意 圖2為實(shí)施例2中不同鋪污染水平下不同品種莖葉鋪含量不意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:在天津進(jìn)行的葉用油菜鎘排異品種篩選實(shí)驗(yàn)
盆栽實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在農(nóng)業(yè)部環(huán)保所實(shí)驗(yàn)網(wǎng)室內(nèi),該場地周圍沒有污染源。供試土壤采自天津市東麗區(qū)未污染的菜地,土壤類型為潮土,基本理化性質(zhì)為:PH 8.01,陽離子交換容量CEC 17.8 cmol/kg,有機(jī)質(zhì)含量 3.55 %,總 Cd 含量 0.34 mg/kg,總 Pb 含量 27.96 mg/kg,根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,供試土壤為清潔土壤。供試油菜品種由天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供,共計(jì)35個(gè)品種,在天津及其周邊地區(qū)廣泛種植。
根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》要求,土壤pH高于7.5時(shí),土壤中Cd含量限定值(二級標(biāo)準(zhǔn)值,適用于菜地)為0.6 mg/kg。據(jù)此本實(shí)驗(yàn)設(shè)定6個(gè)處理,其土壤Cd含量分別為:0.34、0.6、0.9、1.2、1.5 以及 2.0 mg/kg,每個(gè)處理重復(fù) 3 次。盆栽時(shí)選用容積為3 L的盆,每盆裝土 2.5 kg。在投加鎘時(shí),根據(jù)上述處理的目標(biāo)鎘含量,扣除原土鎘含量0.34 mg/kg,得到每個(gè)處理需要添加鎘的量分別為:0、0.26,0.56、0.86、1.16以及1.66 mg/kg,再乘以每盆土重2.5kg,得到每個(gè)處理中每盆加鎘量分別為:0、0.65、1.4、2.15、2.9 以及 4.15 mg ;稱取 1.32 g 分析純 CdCl2.2.5H20 溶于 1000 ml 蒸餾水中,配置成母液,該溶液每ml含Cd量為0.65mg,因此需要在每個(gè)處理的盆中分別添加0、1、2.2、3.3、4.5、6.4 ml母液,然后拌勻,燒水穩(wěn)定,沉化3個(gè)月后即可。將沉化好的土壤和底肥混勻后,裝入塑料盆中,每盆裝土 2.5kg,底肥用量為:1.25 g CO(NH2)2和0.70 gK2HPO4。將油菜種籽直接播種于盆中。待種子發(fā)芽7-15d后,根據(jù)油菜幼苗的大小和長勢情況間苗2-3次,每盆最終定苗為4株。露天栽培,有遮雨設(shè)施,據(jù)盆中水份狀況,不定期澆自來水(水中未檢出Cd),使土壤含水量保持在田間持水量的65 75 %。油菜生長45d后收獲。莖葉經(jīng)自來水和去離子水洗凈后,稱量鮮重,75°C烘干后稱量干重,然后采用硝酸-高氯酸法消解,原子吸收分光光度法測定植物樣品中的Cd含量,采用鹽酸-氫氟酸-硝酸-高氯酸法消解測定 土壤中總Cd含量。為了驗(yàn)證盆栽實(shí)驗(yàn)的篩選結(jié)果,進(jìn)行了大田實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在天津市東麗區(qū)金鐘街污灌菜地,該點(diǎn)位于天津北排河污灌區(qū),農(nóng)田長期使用污水進(jìn)行灌溉。示范點(diǎn)土壤基本理化性質(zhì)如下:pH值7.9,陽離子交換容量CEC 18.3 cmol/kg,有機(jī)質(zhì)含量4.25 %,總鎘含量平均值為1.2 mg/kg,總鉛含量平均值為102.2 mg/kg。根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn),供試土壤為鎘輕度污染土壤。供試品種為2個(gè)典型的鎘排異品種和一個(gè)傳統(tǒng)品種。種子直接撒播在土壤中,播種量為1.5 g/m2。根據(jù)土壤水分狀況,不定期采用井水(水中未檢出Cd)灌溉,使土壤中含水量經(jīng)常保持在田間持水量的50-80%,并在蔬菜生長中期按50 kg/畝施用尿素,以促進(jìn)蔬菜生長。待生長40天后收獲油菜,樣品處理同盆栽實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:
盆栽實(shí)驗(yàn)6個(gè)處理下35個(gè)油菜品種莖葉Cd含量(以鮮重計(jì))范圍分別為:0.017 0.073,0.093" 0.301,0.157" 0.581,0.194" 0.672,0.258" 0.785,0.335" 1.051 mg/kg。在清潔土壤中,所有供試品種莖葉Cd含量均未超標(biāo);在土壤Cd含量0.6 mg/kg的處理中,有22個(gè)品種莖葉Cd含量低于0.2 mg/kg ;在土壤Cd含量為0.9 mg/kg的處理中,僅有2個(gè)品種(華綠二號和華駿青梗菜)莖葉Cd含量符合食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求;在土壤Cd含量為1.2mg/kg的處理中,僅有I個(gè)品種(華綠二號) 葉Cd含量低于0.2 mg/kg ;而當(dāng)土壤Cd含量超過1.5 mg/kg時(shí),所有品種莖葉Cd含量均超過國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值。所有供試品種中,四季王Cd含量始終處于較高水平,顯著高于其他品種。圖1給出了四季王、華綠二號和華駿青梗菜3個(gè)代表性品種在不同處理下莖葉Cd含量。通過比較對照處理和鎘污染處理下油菜莖葉產(chǎn)量可以分析供試品種對Cd耐性的強(qiáng)弱,若隨著土壤Cd濃度升高,油菜莖葉產(chǎn)量顯著降低,則該品種Cd耐性較弱,反之則說明其Cd耐性較強(qiáng)。由表I可知,隨著土壤Cd含量升高,華綠二號和華駿青梗菜兩個(gè)品種的莖葉產(chǎn)量沒有顯著降低,表明這2種油菜具有較好的Cd耐性,這也是它們作為鎘排異品種的必要條件。
權(quán)利要求
1.葉用油菜鎘排異品種的篩選方法,其特征在于,包括如下步驟: 1)試驗(yàn)條件:室外露天栽培,以盆栽方式進(jìn)行; 2)篩選對象的確定:以葉用油菜為篩選對象,不同品種的種子從市場上購買或由農(nóng)業(yè)科研部門提供,要求適合當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境,栽培廣泛; 3)供試土壤的確定:供試土壤為清潔土壤,要求和擬開展排異品種應(yīng)用的污染土壤種類相同,根據(jù)GB15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,要求供試土壤在pH值低于7.5時(shí)CM含量低于0.3 mg/kg,在pH值高于7.5時(shí)低于0.6 mg/kg ; 4)盆栽污染土壤的配制:以典型污染地區(qū)的鎘含量和《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的二級標(biāo)準(zhǔn)值為參考依據(jù),在考慮供試土壤鎘含量的基礎(chǔ)上,通過添加水溶性鎘鹽的水溶液,使盆栽污染土壤在pH值低于7.5時(shí)鎘含量為:原含量、0.3,0.6,0.9、1.2、1.5 mg/kg,在pH值高于7.5時(shí)為:原含量、0.6、0.9、1.2、1.5、2.0 mg/kg,然后澆水陳化,放置3個(gè)月備用; 5)盆栽試驗(yàn):將步驟2搜集的種子直接播種到裝有步驟4配制土壤的盆中,待幼苗生長至4片真葉時(shí),每盆間苗至相同苗數(shù),常規(guī)管理下培養(yǎng)30-45天,收獲油菜莖葉部分,分析其鮮重、干重以及鎘含量; 6)油菜鎘排異品種的篩選標(biāo)準(zhǔn)為: A.根據(jù)GB2762-2005《食品中污染物限量》規(guī)定,油菜莖葉Cd含量以鮮重計(jì),低于葉菜類蔬菜鎘含量限值0.2 mg/kg ; B.與清潔土壤上相比,污染土壤上種植的油菜莖葉產(chǎn)量沒有顯著降低。
2.如權(quán)利要求1所述的葉用油菜鎘排異品種的篩選方法,其特征在于所述的添加至盆栽土壤的水溶性鎘鹽為 分析純的CdCl2.2.5H20。
3.如權(quán)利要求1所述的葉用油菜鎘排異品種的篩選方法,其特征在于:根據(jù)鎘排異品種的篩選標(biāo)準(zhǔn),從0.3或0.6 mg/kg處理到最高濃度處理依次分析不同品種的莖葉產(chǎn)量和鎘含量,能夠符合兩條標(biāo)準(zhǔn)的即為該污染水平下的鎘排異油菜品種,這些品種可以在開展試驗(yàn)地區(qū)鎘含量低于該水平的污染土壤上安全應(yīng)用,生產(chǎn)的油菜莖葉鎘含量不超標(biāo),且產(chǎn)量沒有顯著降低。
全文摘要
本發(fā)明涉及葉用油菜鎘排異品種篩選的方法,包括1)室外露天栽培,以盆栽方式進(jìn)行;2)選擇多個(gè)葉用油菜品種;3)選擇未污染土壤添加鎘鹽溶液,使土壤鎘含量在pH值低于7.5時(shí)為原含量、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5mg/kg,在pH大于7.5時(shí)為原含量、0.6、0.9、1.2、1.5、2.0mg/kg;4)油菜播種與生長管理;5)收獲莖葉部分,分析其鮮重、干重以及鎘含量;6)從0.3或0.6mg/kg處理到最高濃度處理依次分析不同品種的莖葉產(chǎn)量和鎘含量,凡是莖葉Cd含量低于食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值0.2mg/kg,且污染處理下莖葉產(chǎn)量比對照沒有顯著降低的,則為該污染水平下的鎘排異油菜品種,利用本方法不僅能夠篩選到安全、高產(chǎn)的葉用油菜鎘排異品種,還能得到其應(yīng)用范圍,從而可更加有效地用于農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)。
文檔編號A01G1/00GK103238439SQ20131018152
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月16日
發(fā)明者王林, 徐應(yīng)明, 梁學(xué)峰, 孫約兵, 林大松, 孫揚(yáng), 秦旭 申請人:農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所