一种尿苷二磷酸葡萄糖在促进超积累植物吸收重金属镉的应用

本发明涉及环境保护、污染控制和农业生物技术方面领域，具体涉及一种尿苷二磷酸葡萄糖在促进超积累植物吸收重金属镉的应用。

背景技术：

1、重金属分为自然和人为两种来源，自然来源主要包括基岩风化，人为来源主要是采矿、金属冶炼、化肥施用和污水灌溉等。人类活动是导致水体和土壤等环境中重金属不断增加的主要原因。镉是一种生物毒性非常强的重金属，它对水生生物、微生物、农作物都有毒害作用，镉对农业最大的威胁是产生“镉米”、“镉菜”，使人得骨痛病。另外，镉会损伤肾小管，出现糖尿病，还引起血压升高，出现心血管病，甚至致癌、致畸。

2、重金属污染土壤修复目前主要有物理修复、化学修复和生物修复三种方法。植物修复是生物修复方法的一种，是直接利用绿色植物隔离、去除、降解土壤、水体中有机及无机污染物的方法。一般来说，植物可以通过植物提取、植物稳定化、根际修复或植物过滤的方法去除重金属。植物修复技术具有修复成本低、效果好、无二次污染，且复垦后具有较高生态效益和审美价值，可达到对污染土壤永久清洁修复，因而被公认为绿色环保的原位修复技术。

3、目前全世界范围内对重金属污染土壤修复筛查出的超积累植物种质资源有500多种。超积累植物能吸收土壤中的重金属，从根部转运至地上部且不影响正常的生命活动。目前常见的有文献报道的镉超积累植物有东南景天、龙葵、宝山堇菜和天蓝遏蓝菜、钻叶紫菀等。钻叶紫菀(aster subulatus michx.)是一种菊科紫菀属植物，喜潮湿含盐的土壤，在广西地域范围内分布广泛。作为一种新的cd超积累植物，钻叶紫菀生物量大，株高可达160cm，地下主根长可达30-45cm。通过田间和矿区调查发现钻叶紫菀对cd有超积累能力，并表现出较强的耐性。但是目前重金属超积累植物在实际应用过程中存在植物生物量小、生长周期长且重金属通常积累在植物根部，转运至地上部的较少等问题，从而限制了植物对重金属污染土壤的修复效率。如何提高植物地上部分对重金属的积累能力是提升其应用前景的关键问题。

4、为提高超积累植物的修复效率，本领域技术人员开发了农艺措施强化、生物技术强化、化学辅助强化等多种强化技术。重金属污染土壤的植物修复技术的缺陷或不足：需针对不同污染状况的土壤选用不同的生态型植物；植物对重金属的选择作用限制了植物修复技术在多种重金属污染土壤治理方面的应用前景；对土壤肥力、气候、水分、盐度、酸碱度、排水与灌溉系统等条件有一定的要求；超积累植物通常矮小、生物量低、生长缓慢、生长周期长，因而修复效率低；植物器官往往会通过腐烂、落叶等途径使重金属污染重返土壤。

5、尿苷二磷酸葡萄糖(udpg)是植物合成代谢蔗糖、半纤维素、纤维素、胶质、糖蛋白及蛋白多糖等物质的直接前体，在植物的生理功能、细胞壁合成和植物生长方面起到非常关键的作用，而且在类固醇、黄酮、苯丙烷、萜类等一系列次生代谢物的糖基化反应中也发挥重要作用。udpg对蔗糖在细胞内的形成以及外质体中纤维素和胼胝质的合成也至关重要，它还间接参与其他细胞壁多糖的形成，如半纤维素和果胶等。植物细胞壁是植物最先接触到土壤重金属的部位，是重金属进入细胞的第一道屏障。植物细胞壁的主要组成物质有果胶、半纤维素、纤维素和木质素等。细胞壁上富含羧基、醛基、磷酸基和含硫基团等大量带负电荷的官能团，可以有效结合重金属离子，将金属离子吸附在细胞壁中。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明针对现有植物修复技术中，重金属污染阻碍超积累植物生长发育，从而导致超积累植物发育缓慢生物量小富集量少的局限，提供一种尿苷二磷酸葡萄糖在促进超积累植物吸收重金属镉的应用。通过在重金属超积累植物生长期间，在超积累植物叶面喷施尿苷二磷酸葡萄糖(udpg)水溶液，提高超积累植物生物量和cd含量，从而促进超积累植物对重金属cd的吸收，提升重金属富集效率，实现超积累植物对重金属镉污染土壤或水体的高效修复。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一种尿苷二磷酸葡萄糖在促进超积累植物吸收重金属镉的应用，将尿苷二磷酸葡萄糖(udpg)的水溶液喷施在生长阶段的超积累植物叶面，利用udpg对超积累植物的生长和重金属吸收促进作用富集镉，待超积累植物生长后刈割或连根拔起，即得。

4、如上所述应用，更为具体地：将超积累植物种植在需要处理的重金属土地上，常规培养，种植13-18天后，采用尿苷二磷酸葡萄糖(udpg)的水溶液喷施在超积累植物叶面，每2-3天喷施一次，共喷施5-7次；超积累植物种植40-50天后刈割或连根拔起，即得。

5、如上所述应用的操作方法为在生长阶段的超积累植物叶面喷施浓度为0.1mg/l～0.4mg/l的尿苷二磷酸葡萄糖的水溶液，喷施方式为完全覆盖叶，喷施量为叶尖滴水为止。

6、优选地，所述0.1mg/l～0.4mg/l尿苷二磷酸葡萄糖的水溶液为尿苷二磷酸葡萄溶于去离子水所得。

7、优选地，采用尿苷二磷酸葡萄糖(udpg)的水溶液喷施在超积累植物叶面，每3天喷施一次，共喷施6次。

8、优选地，所述尿苷二磷酸葡萄糖的水溶液的浓度为0.1mg/l或0.4mg/l。

9、优选地，所述的常规培养为12小时光照周期，25℃光周期/20℃暗周期，相对湿度70％，光照强度为300μmol/(m2·s)，保持24小时连续通气，每4天补充一次霍格兰德营养液。

10、优选地，所述霍格兰德营养液每次补充量为100ml，一直补充至刈割或连根拔起。

11、优选地，所述的超积累植物为超积累植物种子培育15-20天后所得。

12、优选地，所述的超积累植物为钻叶紫菀。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果：

14、本发明通过在超积累植物叶面喷施udpg水溶液，利用udpg对植物生长发育和重金属吸收的促进作用提高超积累植物的镉积累量，进而提升重金属富集效率，有效促进超积累植物对重金属镉污染土壤或水体的高效修复。

技术特征：

1.一种尿苷二磷酸葡萄糖在促进超积累植物吸收重金属镉的应用，其特征在于：将尿苷二磷酸葡萄糖的水溶液喷施在生长阶段的超积累植物叶面，利用尿苷二磷酸葡萄糖对超积累植物的生长和重金属吸收促进作用富集镉，待超积累植物生长后刈割或连根拔起，即得。

2.根据权利要求1所述尿苷二磷酸葡萄糖在促进超积累植物吸收重金属镉的应用，其特征在于：更为具体地：将超积累植物种植在需要处理的重金属土地上，常规培养，种植13-18天后，采用尿苷二磷酸葡萄糖的水溶液喷施在超积累植物叶面，每2-3天喷施一次，共喷施5-7次；超积累植物种植40-50天后刈割或连根拔起，即得。

3.根据权利要求1或2所述尿苷二磷酸葡萄糖在促进超积累植物吸收重金属镉的应用，其特征在于：所述的超积累植物为超积累植物种子培育15-20天后所得。

4.根据权利要求1或2所述尿苷二磷酸葡萄糖在促进超积累植物吸收重金属镉的应用，其特征在于：所述的超积累植物为钻叶紫菀。

5.根据权利要求1所述尿苷二磷酸葡萄糖在促进超积累植物吸收重金属镉的应用，其特征在于：所述应用的操作方法为在生长阶段的超积累植物叶面喷施浓度为0.1mg/l～0.4mg/l的尿苷二磷酸葡萄糖的水溶液，喷施方式为完全覆盖叶，喷施量为叶尖滴水为止。

6.根据权利要求2所述尿苷二磷酸葡萄糖在促进超积累植物吸收重金属镉的应用，其特征在于：采用尿苷二磷酸葡萄糖的水溶液喷施在超积累植物叶面，每3天喷施一次，共喷施6次。

7.根据权利要求2所述尿苷二磷酸葡萄糖在促进超积累植物吸收重金属镉的应用，其特征在于：所述的常规培养为12小时光照周期，25℃光周期/20℃暗周期，相对湿度70％，光照强度为300μmol/(m2·s)，保持24小时连续通气，每4天补充一次霍格兰德营养液。

8.根据权利要求7所述尿苷二磷酸葡萄糖在促进超积累植物吸收重金属镉的应用，其特征在于：所述霍格兰德营养液每次补充量为100ml，一直补充至刈割或连根拔起。

9.根据权利要求5所述尿苷二磷酸葡萄糖在促进超积累植物吸收重金属镉的应用，其特征在于：所述0.1mg/l～0.4mg/l尿苷二磷酸葡萄糖的水溶液为尿苷二磷酸葡萄溶于去离子水所得。

10.根据权利要求5所述尿苷二磷酸葡萄糖在促进超积累植物吸收重金属镉的应用，其特征在于：所述尿苷二磷酸葡萄糖的水溶液的浓度为0.1mg/l或0.4mg/l。

技术总结
本发明公开了一种尿苷二磷酸葡萄糖在促进超积累植物吸收重金属镉的应用，其特征在于：将尿苷二磷酸葡萄糖的水溶液喷施在生长阶段的超积累植物叶面，利用尿苷二磷酸葡萄糖对超积累植物的生长和重金属吸收促进作用富集镉，待超积累植物生长后刈割或连根拔起，即得。本发明通过在超积累植物叶面喷施UDPG水溶液，利用UDPG对植物生长发育和重金属吸收的促进作用提高超积累植物的镉积累量，进而提升重金属富集效率，有效促进超积累植物对重金属镉污染土壤或水体的高效修复。

技术研发人员：蒋文艳,梁雪莲,陈伟,王天顺,邢钇浩,陆玮璠,廖洁,卢铁东,王海军,李慧玲,何洁,韦宇宁,唐莉
受保护的技术使用者：广西壮族自治区农业科学院
技术研发日：
技术公布日：2024/10/28