[发明专利]镧作为作物减镉剂和镉转运蛋白基因表达抑制剂以及增产剂的应用

说明书

本发明涉及一种镧作为作物减镉剂和镉转运蛋白基因表达抑制剂以及增产剂的应用。在小麦生长至拔节期时，向土壤中施加镧；再在小麦生长至抽穗期时，进行叶面喷施镧。通过两次追施镧，能够减少小麦对镉的吸收和转运，阻控小麦地上部分镉向籽粒转运；同时能够增加小麦产量。另外，镧还可作为一种下调作物对镉吸收和转运有关转运蛋白基因表达的抑制剂，在小麦拔节期从根部施入，能够抑制小麦吸收和转运镉相关转运蛋白基因的表达。

技术领域

本发明属于农业环境技术领域，尤其涉及镧作为作物减镉剂和镉转运蛋白基因表达抑制剂以及增产剂的应用。

背景技术

随着社会生产生活水平的快速提高，工业“三废”、城市垃圾排放总量逐年上升，农药、化肥长期滥用，以及城市污泥的大量使用，使得部分地区农业土壤中的重金属污染日益剧增，严重威胁着生态环境安全、粮食安全、国民健康及经济社会的可持续发展。镉(Cd)是最常见、毒性最强的重金属之一。其移动性强，易被作物吸收，可在生物体中大量富集，对人类健康威胁巨大，临床上常表现为骨质疏松、癌变、肝肾功能紊乱以及高血压等疾病。

国际食品法典委员会就主要粮食作物可食部分Cd含量设定了安全阈值，如在小麦籽粒为0.2mg/kg、水稻籽粒为0.4mg/kg。然而，大部分生长在Cd污染土壤的主要粮食作物可食部分Cd的含量却超过了安全标准。针对这一现状，研发一套快速有效的综合防治技术，有效降低主要粮食作物如小麦籽粒中镉含量，对确保我国乃至世界粮食安全与生态环境安全，缓解当前人口与耕地资源矛盾有着重要的现实意义。

研究表明适宜浓度的稀土具有提高作物产量、改善作物品质以及增强作物对不良环境抗逆性的生物学效应，稀土在农业上的推广应用也取得了显著的社会效益和经济效益。镧(La)是稀土金属中最活泼的金属之一，能够有效调节植物根器官形成、促进种子萌发和提高植物光合作用，提高作物的抗逆性能和作物产量。其主要的应用方式为根施和叶面喷施两种。La³⁺(116pm)与Cd²⁺(109pm)有相近的离子半径，且镧离子的电荷高于Cd离子。由于离子势等于离子电荷与离子半径之比，所以镧离子的离子势大于Cd离子，这可能使镧离子更容易被吸附到植物根系表面，通过竞争的方式阻止Cd被植物吸收。另外，植物吸收Cd主要通过质膜上特异性转运蛋白进入细胞。Nramp5(natural resistance-associatedmacrophage protein)位于植物根质膜上，在水稻和大麦子中，Nramp5基因沉默或敲除，其地上部和地下部Cd含量均显著降低。HMA4(heavy metal ATPase4)位于植物根部中柱鞘细胞质膜上，将Cd从细胞中泵出来，通过木质部的加载转运到地上部。HMA4基因沉默或敲除能够有效的降低植物根部Cd向地上部转运。La作为减镉剂减少作物对Cd累积的同时，能有效促进作物增产。因此，应用镧将是解决目前农业Cd污染土壤粮食安全隐患的有效方法之一。这也将为研发重金属污染土壤治理的新理念新技术提供参考。

发明内容

为了减少作物对Cd的吸收和转运，降低作物籽粒中Cd的含量，本发明提供一种镧作为作物减镉剂和镉转运蛋白基因表达抑制剂以及增产剂的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种降低作物籽粒中镉含量的方法，该作物为小麦，在小麦生长至拔节期时，向镉污染土壤中施加含镧离子的试剂；再在小麦生长至抽穗期时，进行叶面喷施含镧离子的试剂。

上述的一种降低作物籽粒中镉含量的方法，待小麦生长至拔节期时，对小麦进行根部施入镧，施入量为1.8-2.2mg/kg镧(按本实施例中1.13g/cm³土壤容重，每亩土壤质量约为15.1万公斤计算，即向土壤中施入镧272-332g/亩)。再在小麦生长至抽穗期时，对小麦进行叶面喷施镧，浓度为15-25mg/L，每亩喷施45-75L。

上述的一种降低作物籽粒中镉含量的方法，所述镧离子以硝酸镧的形式被施用。其中272-332g镧为硝酸镧中镧元素的量而非硝酸镧的量。