专利名称：降低蔷薇科果树砧木地上部重金属镉积累的方法
技术领域：
本发明涉及一种降低植物镉含量的方法，尤其是一种降低蔷薇科果树砧木地上部 重金属镉积累的方法。
背景技术：
镉是一种对动植物都具有高度毒性的环境污染重金属，它主要通过自然进程和人 为活动分布于土壤中。近年来，由于磷酸盐肥料和污泥的不合理施用，以及采矿业和冶炼 业产生的“三废”，造成农业土壤大面积被镉污染(Sanitadi Toppi, L. and Gabbrielli, R. Response to cadmium in higher plants. Environmental&Experimental Botany,1999, 41,105-130)。镉污染在世界范围内广泛存在并日益严重，我国受镉污染的土地面积已超 过1.333万hm2 (陈怀满，等.土壤植物系统中的重金属污染[M].北京科学出版社，1996 71-125)。由于食物是人类除职业暴露外最重要的镉来源，当摄入被镉污染的食物后，镉 就会被人体吸收，进而在体内长时间保留，并诱导慢性疾病(Grant，C. Α.，Buckley, W. Τ.， Bailey, L. D. , Selles, F.Cadmium accumulation in crops. Canadian Journal of Plant Science,1998,78，1-17)。植物吸收镉的数量与土壤溶液中镉浓度密切相关，而土壤溶液中的镉浓度主要受 吸附反应所控制。钙与镉具有相似的化学性质，是土壤中镉吸附位点的主要竞争者，当吸附 体系中钙、镉共存时，钙可明显降低土壤(矿物)对镉的吸附(宋正国，徐明岗，刘平，李菊 梅.钙锌钾共存对赤红壤镉吸附的影响.生态环境，2006，15 (5) :993-996)。如在西班牙 的沙质土壤中，当添加氯化钙的浓度由0. 5mmol/L增加到5mmol/L时，土壤对镉的吸附能力 将下降1/3左右，但是并未测定生长于上的植物镉含量(Escrig，I.and Morel 1, I. Effect of calcium on the soil adsorption of cadmium and zinc in some Spanish sandy soils. Water, Air, & Soil Pollution, 1998,105(3-4) :507_520)。钙对于降低植物对镉的 吸收和转运，以及减轻镉对植物、动物和人体的毒害亦具有重要作用(周卫，汪洪，李春花， 林葆.添加碳酸钙对土壤中镉形态转化与玉米叶片镉组分的影响.土壤学报，2001，38 (2) 219-225 ； Osteras, A. H. and Greger, Μ. Accumulation of, and interactions between, calcium and heavy metals in wood and bark of Picea abies. Journal of Plant Nutrition and Soil Science，2003，166 :246_253)。通过土培和水培试验发现，在镉污 染的情况下，对玉米根部供钙，可以提高玉米根、茎和叶的干物质量和含钙量，植株生长较 好，生物量较高，根冠比相对较小，叶片中叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量明显提高，维管 束鞘细胞基质片层及叶肉细胞基粒和基粒片层排列较好，维管束鞘细胞嗜锇粒大为减少， 叶片二磷酸核酮糖羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、硝酸还原酶和ATP酶活性显著增加， 同时明显减轻了镉对植株ATP酶、超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性，以及丙 二醛含量的诱导效应，即钙对于镉胁迫下玉米叶片正常结构与功能的保持具有十分重要的 意义，在一定程度上缓解了镉的毒害(周卫，汪洪，林葆.镉胁迫下钙对镉在玉米细胞中分 布及对叶绿体结构与酶活性的影响.植物营养与肥料学报，1999，5 (4) :335-340;汪洪，周卫，林葆.钙对镉胁迫下玉米生长及生理特性的影响.植物营养与肥料学报，2001，7(1) 78-87 ；周卫，汪洪，李春花，林葆.添加碳酸钙对土壤中镉形态转化与玉米叶片镉组分的影 响.土壤学报，2001，38 (2) :219-225)。根施0. 5mmol/L氯化钙处理显著抑制由氯化镉引起 的葡萄叶片丙二醛、过氧化氢以及电解质渗漏率的升高，减轻氯化镉对叶片过氧化氢酶活 性、呼吸速率以及质膜H+-ATP酶和Ca2+-ATP酶活性的抑制，从而缓解氯化镉对葡萄叶片造 成的伤害(张鑫荣，杨洪强，隋静，乔海涛，姜倩倩，冉昆，由淑贞，张龙.葡萄根系钙处理对 叶片镉伤害的保护作用.园艺学报，2008，35 (10) :1405-1410)。镉处理浓度彡450 μ mol/L 时，5mmol/L钙能明显缓解芥菜型油菜生长和生理所受胁迫，即外源钙可作为减轻镉胁迫对 油菜毒害的保护剂(刘丽莉，冯涛，向言词，肖璐，严明理.外源钙对镉胁迫下芥菜型油菜幼 苗生长和生理特性的影响.农业环境科学学报，2009，28 (5) :978-983)。土壤溶液中钙/镉(质量比)值与小油菜体内镉浓度均呈显著正相关，施加钙后 可以影响土壤镉的有效性，进而减少小油菜对镉的吸收，当镉含量为0. 6mg/kg和1. Omg/kg 时，施用100mg/kg钙(钙用量为土壤镉含量的100倍以上)能够使小油菜体内镉浓度较对 照分别降低4. 5%和13. (宋正国，徐明岗，李菊梅，居学海，唐世荣.钙对土壤镉有效性 的影响及其机理.应用生态学报，2009，20 (7) :1705-1710)。当土壤含镉量为20mg/kg时， 加入2g/kg碳酸钙(碳酸钙用量为土壤镉含量的近100倍)处理，能够使玉米茎和叶片中镉 含量分别下降48. 68%和49. 30% (周卫，汪洪，李春花，林葆.添加碳酸钙对土壤中镉形态 转化与玉米叶片镉组分的影响.土壤学报，2001，38 (2) :219-225)，而营养液含镉量为5mg/ L时，加入40mg/L硝酸钙(硝酸钙用量为营养液含镉量的8倍)进行水培试验，能够使玉米 叶片中镉含量下降36. 60% (周卫，汪洪，林葆.镉胁迫下钙对镉在玉米细胞中分布及对叶 绿体结构与酶活性的影响.植物营养与肥料学报，1999，5 (4) :335-340)。蔷薇科果树包括苹果亚科中的山楂、枇杷、梨、苹果等果树，以及李亚科中的李、 桃、杏、樱桃等果树，蔷薇科果树生产多采用砧木嫁接品种的方式，由于植物体内绝大部分 镉来自于根系从土壤中的吸收和积累，因此砧木吸收、积累和运输重金属的能力可直接决 定地上部果实重金属含量。砧木吸收过量重金属镉后，不仅植株的生长发育受到抑制，而且 在根部没有得到螯合的多余活性重金属镉离子，通过嫁接口向接穗转运后，会影响果品中 的镉含量，从而对果品安全生产造成威胁。因此如何降低砧木地上部重金属镉的积累，减少 果品中镉含量一直是本领域特别关注和急于解决的首要问题。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前在土壤或营养液中添加数倍乃至数十倍的含钙物来 减少植物体内镉含量，存在用钙量大的缺点，在降低蔷薇科果树砧木地上部重金属镉积累 时，提供一种新的降低蔷薇科果树砧木地上部重金属镉积累的方法。本发明的目的是这样实现的一种降低蔷薇科果树砧木地上部重金属镉积累的方 法，包括土施含钙物，其特征在于，在土施含钙物的前提下，还对叶面喷施含钙物，所述的含 钙物为氯化钙；具体方法是a)果树种植前，先在苗圃或盆钵的土壤中施入氯化钙，使氯化钙与土壤充分混 勻；b)所述果树出苗后25 35天，喷施一次氯化钙水溶液，每株喷施的氯化钙含量为1 3mg ；C)所述果树出苗后40 50天，再喷施一次氯化钙水溶液，每株喷施的氯化钙含量 为1 3mg ο在本发明中所述的蔷薇科果树为苹果亚科或李亚科果树。在本发明中所述的苹果亚科果树为山楂树，或枇杷树，或梨树，或苹果树，所述的 李亚科果树为李树，或桃树，或杏树，或樱桃树。在本发明中在土壤中施入氯化钙前，应该先对土壤中的含镉量进行测试，氯化钙 的用量应该满足以植物根际范围内的土壤中镉含量与氯化钙的质量比为1 1;或盆钵的 土壤中镉含量与氯化钙的质量比为1 1。在本发明中所述的植物根际范围定义为苗圃地表层30 35cm。在本发明中氯化钙在苗圃的施入量为330 1260mg/m2，盆钵的基质土壤中的施 入量为1 3mg/kg。在本发明中所述氯化钙水溶液中的氯化钙含量为100 300mg/L。本发明的优点在于本发明通过钙离子与镉离子的竞争，减少植株对镉离子的吸 收，从而抑制蔷薇科果树砧木中镉吸收和转运的代谢机制，降低和控制蔷薇科果树砧木地 上部重金属镉积累；由于采用土施和叶面喷施氯化钙相结合的方法，改善蔷薇科果树砧木 地上部因重金属镉积累而产生的植株生长抑制，缓解叶片膜质过氧化(丙二醛含量增加) 以及抗氧化酶活性改变等生理胁迫现象；本发明与单独根施含钙物相比，用钙量少，果树砧 木地上部重金属镉积累减少明显，且操作方便。
具体实施例方式1材料与方法1.1试验设计以我国南方梨产区广泛应用的梨砧木豆梨(Pyrus calleryana Dcne.)为研究材 料。豆梨成熟种子用流水冲洗干净，阴干后湿砂拌种贮藏在4°C冷藏柜中进行层积处理。4 个月后将种子取出，播种于黄棕壤基质盆钵内(每盆含黄棕壤1kg，土壤主要理化性状pH 值6. 21，有机质含量20. 43g/kg，全氮1.53g/kg，全磷1.05g/kg，全钾19. 21g/kg，镉以氯化 镉水溶液形式加入，搅拌混勻，阴干粉碎，一个月后装盆)，种植前加入氯化钙，充分混勻，出 苗30天和45天喷施氯化钙水溶液，出苗90天后取样测定。1.2钙、镉组合处理方案A 方案本试验为钙、镉组合处理其中钙处理分为4种情况①不施钙；②土壤施入氯化 钙1. Omg/kg ；③土壤施入氯化钙2. Omg/kg ；④土壤施入氯化钙3. Omg/kg。镉处理后使土壤 中的含镉量为3个浓度水平1. Omg/kg,2. Omg/kg,3. Omg/kg,以CdCl2作为镉源；不同浓度 钙、镉处理相互组合，以不施钙、镉为对照，共13组处理。肥水管理同常规栽培方式。B 方案本试验为钙、镉组合处理其中钙处理分为4种情况①不施钙；②土壤施入氯化 钙1. Omg/kg+喷施氯化钙溶液(100mg/L)，其中，喷施氯化钙的时机为出苗后30天和45天， 每次每株施氯化钙溶液IOmL ；③土壤施入氯化钙2. Omg/kg+喷施氯化钙溶液(200mg/L)，其中，喷施氯化钙的时机为出苗后30天和45天，每次每株施氯化钙溶液IOmL ；④土壤施入 氯化钙3. Omg/kg+喷施氯化钙溶液(300mg/L)，其中，喷施氯化钙的时机为出苗后30天和 45天，每次每株施氯化钙溶液10mL。镉处理后使土壤中的含镉量为3个浓度水平1. Omg/ kg、2. Omg/kg,3. Omg/kg,以CdCl2作为镉源；不同浓度钙、镉处理相互组合，以不施钙、镉为 对照，共13组处理。肥水管理同常规栽培方式。1. 3测定项目于植株出苗90天后进行取样测定分析。植株样品分别测量株高、根长和生物量。植株地上部用去离子水洗净，于105°C的高温下杀青2h，并于80°C烘干至恒重，称 取地上部干物质重。干样经粉碎至粉末，称取0.5g并用浓硝酸和高氯酸按照1 3比例混 合液消煮，完全消化后用重蒸水定容至25mL，利用全谱直读电感耦合等离子体原子发射光 谱仪(ICP-AES)测定镉含量。植株生理生化指标测定方法如下①丙二醛(MDA)含量叶片1. Og放入研钵中， 加2mL浓度10%的三氯乙酸和少量石英砂，研磨至勻浆后转移至离心管中，定容到IOmL经 4000r/min离心lOmin，取上清液2mL再加入2mL 0.6%的硫代巴比妥(TBA)显色，放入水浴 中煮沸IOmin后，迅速冷却，再经4000r/min离心15min，测定532、600和450nm波长下的光 密度，计算出丙二醛含量。②超氧化物歧化酶(SOD)活性根据其抑制氮蓝四唑(NBT)在光 下的还原作用来确定酶活性的大小，以抑制NBT还原的50%为一个酶活性单位。1.4数据处理本试验A、B方案中的每个处理设3个重复，取平均值做分析用，数据以平均值士 标准误的形式表示。2结果与分析2. 1钙-镉处理对豆梨生长的影响表1和表2分别是采用A方案和B方案处理时，豆梨株高、根长和生物量受镉处理 水平和钙处理水平的影响。表1钙-镉处理A方案对豆梨生长的影响
权利要求
一种降低蔷薇科果树砧木地上部重金属镉积累的方法，包括土施含钙物，其特征在于，在土施含钙物的前提下，还对叶面喷施含钙物，所述的含钙物为氯化钙；具体方法是a)果树种植前，先在苗圃或盆钵的土壤中施入氯化钙，使氯化钙与土壤充分混匀；b)所述果树出苗后25～35天，喷施一次氯化钙水溶液，每株喷施的氯化钙含量为1～3mg；c)所述果树出苗后40～50天，再喷施一次氯化钙水溶液，每株喷施的氯化钙含量为1～3mg。
2.根据权利要求1所述的降低蔷薇科果树砧木地上部重金属镉积累的方法，其特征在 于所述的蔷薇科果树为苹果亚科或李亚科果树。
3.根据权利要求2所述的降低蔷薇科果树砧木地上部重金属镉积累的方法，其特征 在于所述的苹果亚科果树为山楂树，或枇杷树，或梨树，或苹果树，所述的李亚科果树为李 树，或桃树，或杏树，或樱桃树。
4.根据权利要求1所述的降低蔷薇科果树砧木地上部重金属镉积累的方法，其特征在 于在土壤中施入氯化钙前，应该先对土壤中的含镉量进行测试，氯化钙的用量应该满足以 植物根际范围内的土壤中镉含量与氯化钙的质量比为1 1 ；或盆钵的土壤中镉含量与氯 化钙的质量比为1 1。
5.根据权利要求4所述的降低蔷薇科果树砧木地上部重金属镉积累的方法，其特征在 于所述的植物根际范围定义为苗圃地表层30 35cm。
6.根据权利要求1所述的降低蔷薇科果树砧木地上部重金属镉积累的方法，其特征在 于氯化钙在苗圃的施入量为330 1260mg/m2，盆钵的基质土壤中的施入量为1 3mg/kg。
7.根据权利要求1 6之一所述的降低蔷薇科果树砧木地上部重金属镉积累的方法， 其特征在于所述氯化钙水溶液中的氯化钙含量为100 300mg/L。
全文摘要
本发明涉及一种降低蔷薇科果树砧木地上部重金属镉积累的方法，包括土施含钙物，其特征在于，在土施含钙物的前提下，还对叶面喷施含钙物，所述的含钙物为氯化钙；具体方法是果树种植前，先在苗圃或盆钵的土壤中施入氯化钙，使氯化钙与土壤充分混匀；所述果树出苗后25～35天，喷施一次氯化钙水溶液，每株喷施的氯化钙含量为1～3mg；所述果树出苗后40～50天，再喷施一次氯化钙水溶液，每株喷施的氯化钙含量为1～3mg。
文档编号A01G17/00GK101946666SQ20101024839
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者丛郁, 常有宏, 李慧, 蔺经 申请人:江苏省农业科学院