降低水稻、蔬菜重金属含量的阻隔技术

成果编号：32869

价格：面议

完成单位：南京农业大学

单位类别：211系统院所

完成时间：2020年

成熟程度：试生产阶段

服务产业领域：现代农业

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发布人：崔瑾离线

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据报道，目前我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积近12000万公顷，约占总耕地面积的1/5；其中工业'三废'污染耕地1000万公顷，污水灌溉的农田面积已达330多万公顷。另一方面，全国有1300-1600万公顷耕地受到农药的污染。除耕地污染之外，我国的工矿区、城市也还存在土壤（或土地）污染问题。土壤生物污染在我国分布广泛，危害严重。全球农田土壤中有毒有害重金属含量呈急剧增加之势（McLaughlin等1999），蔬菜以及大米是人们日常生活中不可缺少的食品，而种植地大多集中分布在城镇近郊．较易受到工、矿“三废”、交通工具、城市生活废弃物、肥料农药等重金属源的污染，并通过饮食影响人们健康。因此对于低重金属污染的土壤，且在不影响土地使用的前提下，需要找到更有效便捷的措施将蔬菜可食部分重金属含量控制在重金属安全阈值以下。如何解决植物重金属毒害，从而有效利用土壤资源已成为土壤和植物科学家们重视的问题。近年来，重金属生理阻隔剂的研究越来越受研究者的欢迎，即选择在适当的农作物生长期，采取简单的操作方式（根施或叶喷）将无毒且不会对农田以及农作物产生二次污染的试剂施用于生长在重金属污染土壤上的农作物，达到降低农作物对土壤中重金属的吸收或者抑制重金属向农作物可食部分转运的目的。水稻作为我国第一大粮食作物，据统计，全国65%以上人口以稻米为主食，85%以上的稻米是作为口粮消费，因此稻米生产是我国粮食安全的基石（章秀福等，2005）。蔬菜种类繁多，主要分为叶菜类、花菜类、根茎类、茄果类和豆荚类五种类型，其中叶菜类的蔬菜积累重金属的能力显著高于其他蔬菜类型（杨晖等，2012；Gan等，2017）。因此，本实验室长期以水稻和叶菜类蔬菜为实验材料，致力解决重金属对水稻和蔬菜减产，危害稻米和蔬菜安全等问题。我们筛选出对人体无毒无害，能够有效降低小白菜可食部分重金属含量的生理阻隔剂（富氢水，氯化血红素，谷胱甘肽等），为实际应用于生产提供最佳方法。

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成果介绍

科技计划：地市级：

成果形式：新产品

合作方式：技术转让

参与活动： 2022年高校院所走进镇江产学研合作对接活动

专利情况：正在申请 ,其中:发明专利 2 项
已授权专利,其中:发明专利 0 项

成果简介

成果概况

创新要点

H2的生物学机制认知最早就是源自潜水医学。随着医疗及研究手段的发展，近10年，关于H2的临床医学研究的科学论文已超过1000篇，H2在预防人类众多疾病以及在疾病治疗过程中疗效显著。近年来，H2不仅在人类医疗中具有重要作用，还参与调节植物的生长代谢过程。本实验室利用转录组学和拟南芥异源转化探究并发现：富氢水通过抑制BcIRT1和BcZIP2的表达，降低了小白菜（水稻）根部对重金属(Cd)的吸收，从而降低小白菜（水稻）体内重金属(Cd)积累。氯化血红素(Hemin)对重金属胁迫的研究主要集中在有限的植物种类上，例如拟南芥、苜蓿，但在绿叶蔬菜和水稻中的研究尚无报道。小白菜和水稻是我们日常生活中最常食用的蔬菜和谷物，它具有较强的积累重金属的能力（Kuboi等，1986；Yang等，2010）。因此，本实验以小白菜（水稻）为实验材料，围绕hemin提高抗氧化能力、增加细胞壁中重金属(Cd)占比和调节铁离子紊乱等几个方面来阐述氯化血红素增强小白菜（水稻）的重金属耐性。此外，还对hemin降低小白菜（水稻）根系对重金属的吸收方面进行了初探。外源GSH对重金属的缓解作用研究主要集中在几种有限植物上，如番茄（Hasan等，2016）和油菜（Nakamura等，2013）等。外源GSH能否提高小白菜（水稻）对重金属(Cd)的耐受性，减少重金属(Cd)在小白菜（水稻）中的积累，目前尚不清楚。因此，本研究以小白菜（水稻）为实验材料，结合药理学、组织化学、分子生物学等手段，初步明确了外源GSH可以显著提高小白菜（水稻）重金属(Cd)耐性和降低小白菜地上部Cd含量。深入探讨了GSH在降低重金属(Cd)转运中的重要机制，为将来GSH在降低农作物重金属(Cd)积累的实际应用方面提供理论依据。

主要技术指标

生长指标利用直尺和万分之一天平进行测定。结果表明：较+重金属(Cd)处理，HRW使得小白菜根长增加47.4%，小白菜地上部和地下部鲜重是单独+Cd处理的1.47和2.16倍。较+重金属(Cd)处理，HRW使得水稻根长增加42.3%，水稻地上部和地下部鲜重是单独+Cd处理的1.6和2.2倍。较+重金属(Cd)处理，外源hemin处理显著性促进小白菜根长伸长44.4%。同样，hemin处理使小白菜的鲜重显著提高60%。较+重金属(Cd)处理，外源hemin处理显著性促进水稻根长伸长42.1%。同样，hemin处理使水稻的鲜重显著提高52.3%。与单独重金属(Cd)处理相比，Cd+GSH处理组的根部和地上部鲜重分别增加了约100%和115%，同时根长增加了23% 与单独重金属(Cd)处理相比，Cd+GSH处理组的根部和地上部鲜重分别增加了约80%和105%，同时根长增加了20.9%。

其他说明

金属含量使用电感耦合等离子发射光谱仪（ICP-OES, Optima 2100DV, San Jose, CA, USA）测定。结果表明：对于小白菜重金属(Cd)含量的测定结果显示，HRW能够显著降低小白菜地上部和地下部Cd含量。与+重金属(Cd)处理组相比，HRW使得小白菜地上部和地下部的重金属(Cd)含量分别降低了24.4%和35.25%。对于水稻重金属(Cd)含量的测定结果显示，HRW能够显著降低水稻地上部，地下部和籽粒中重金属(Cd)含量。与+重金属(Cd)处理组相比，HRW使得水稻地上部，地下部和籽粒的重金属(Cd)含量分别降低了23.2%， 34.16%，29.32%。与单独重金属(Cd)处理相比，hemin共处理显著性降低重金属(Cd)处理1天后的小白菜地上部和根部重金属(Cd)含量，分别降低了29%和31%。与单独重金属(Cd)处理相比，hemin共处理显著性降低重金属(Cd)处理7天后的小白菜地上部和根部重金属(Cd)含量，分别降低了19.3%和29.6%。与单独重金属(Cd)处理相比，hemin共处理显著性降低重金属(Cd)处理1天后的水稻地上部和根部Cd含量，分别降低了25.6%和33.2%。与单独重金属(Cd)处理相比，hemin共处理显著性降低重金属(Cd)处理7天后的水稻地上部和根部重金属(Cd)含量，分别降低了18.9%和31.2%。 GSH降低了重金属(Cd)在小白菜和水稻根部细胞器的比例，增加了重金属(Cd)在细胞壁中的比例。在地上部，GSH降低了重金属(Cd)在小白菜和水稻细胞壁的比例，增加其在可溶性组分中的比例。与单独重金属(Cd)处理相比，重金属(Cd) + GSH处理显著增加根部可溶性、细胞壁和细胞器组分重金属(Cd)含量，显著降低地上部各组分中的重金属(Cd)含量。

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