[发明专利]一种镍离子对土壤中小麦根伸长毒性的预测方法及其应用

权利要求书

1.一种镍离子对土壤中小麦根伸长毒性的预测方法，包括以下步骤：

(1)生物毒性实验设计：

对小麦种子进行育种，选择发芽种子进行生物毒性实验，将发芽种子进行砂培，控制砂培液中的离子浓度，对与镍离子产生竞争效应的阳离子Ca²⁺、Mg²⁺和H⁺采用控制变量法，在只改变某个阳离子的浓度的同时控制其他阳离子的浓度不变的条件下，对小麦发芽种子进行砂培；

(2)确定小麦毒性参数：

毒性实验结束后，测量不同砂培条件下小麦的根伸长，计算生物响应值，计算方程为：

$RE\%=\frac{L_i}{L_{ck}}\×100---\left(1\right)$

其中，RE为生物响应值，L_i表示在镍离子毒性影响下小麦的根伸长，L_ck表示与L_i相对应的没有镍离子毒性影响的小麦的根伸长；

得到RE值后，再计算各阳离子浓度下对应的EC₅₀值，计算方程为：

$RE\%=\frac{100}{1+{\left(\frac{C}{EC50}\right)}^{\mathrm{\β}}}---\left(2\right)$

其中，C表示对应处理组{Ni²⁺}活度，β为方程的形状参数，各阳离子的自由态离子活度通过形态计算软件visual MINTEQ计算得到；根据EC₅₀和各阳离子Ca²⁺、Mg²⁺和H⁺的关系，确定与镍离子存在竞争抑制效应的阳离子，采用方程(3)对生物毒性实验数据进行非线性拟合，获得毒性预测模型参数f₅₀、β和K_XBL；

$RE\%=\frac{100}{1+{\left(\frac{K_{NiBL}\left\{{\mathrm{Ni}}^{2+}\right\}}{f_{50}(1+K_{NiBL}\{{\mathrm{Ni}}^{2+}\}+K_{CaBL}\{{\mathrm{Ca}}^{2+}\}+K_{MgBL}\{{\mathrm{Mg}}^{2+}\}+K_{HBL}\{H^{+}\left\}\right)}\right)}^{\mathrm{\β}}}---\left(3\right)$

相对应的EC₅₀值可由以下方程计算获得：

${\mathrm{EC}}_{50}=\frac{f_{50}}{(1-f_{50})K_{NiBL}}(1+K_{CaBL}\{{\mathrm{Ca}}^{2+}\}+K_{MgBL}\{{\mathrm{Mg}}^{2+}\}+K_{HBL}\{H^{+}\left\}\right)---\left(4\right)$

其中，{Ni²⁺}、{Ca²⁺}、{Mg²⁺}和{H⁺}指各离子的自由态活度，K_XBL是X离子与生物配体的结合常数；针对镍离子而言，主要竞争性离子为Mg²⁺，即方程(3)可以简化为以下方程(5)；

$RE\%=\frac{100}{1+{\left(\frac{K_{NiBL}\left\{{\mathrm{Ni}}^{2+}\right\}}{f_{50}(1+K_{NiBL}\{{\mathrm{Ni}}^{2+}\}+K_{MgBL}\{{\mathrm{Mg}}^{2+}\left\}\right)}\right)}^{\mathrm{\β}}}---\left(5\right)$

(3)渗透压的影响实验：

测量暴露在不同盐浓度下的小麦根长，暴露溶液中不含Ni²⁺，采用以下方程校正溶液中渗透压对小麦根长毒性效应的影响：

$RE\%=\frac{1}{1+{\left(\frac{I}{I_{50}}\right)}^{{\mathrm{\β}}_0}}---\left(6\right)$

其中I为溶液的离子强度，β₀为方程的形状参数；采用渗透压毒性实验结果可拟合出相应的I₅₀和β₀；

(4)构建毒性预测模型：

根据EC₅₀和各阳离子Ca²⁺、Mg²⁺和H⁺的关系，确定与镍离子存在竞争抑制效应的阳离子，并利用渗透压影响实验计算出渗透压对毒性影响后，认为两者之间存在协同作用的毒性关系，即采用方程(6)对方程(5)进行修正，可获得镍离子对不同土壤中小麦根伸长毒性的预测方程为：

$RE\%=\frac{100}{1+{\left(\frac{K_{NiBL}\left\{{\mathrm{Ni}}^{2+}\right\}}{f_{50}(1+K_{NiBL}\{{\mathrm{Ni}}^{2+}\}+K_{MgBL}\{{\mathrm{Mg}}^{2+}\left\}\right)}\right)}^{\mathrm{\β}}}\×\frac{1}{1+{\left(\frac{I}{I_{50}}\right)}^{{\mathrm{\β}}_0}}---\left(7\right).$