一种水稻降镉药剂、浸种液及制备方法和浸种方法
阅读说明：本技术 一种水稻降镉药剂、浸种液及制备方法和浸种方法 (Cadmium-reducing agent for rice, seed soaking liquid, preparation method and seed soaking method ) 是由 谢杰 董爱琴 李建国 杨涛 陈院华 徐昌旭 于 2021-01-14 设计创作，主要内容包括：本发明属于水稻生产技术领域,具体涉及一种水稻降镉药剂、浸种液及制备方法和浸种方法。该药剂包括金属盐,金属盐为硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁、氯化锰、硝酸锰、硫酸锰、氯化锌、硝酸锌和硫酸锌中的至少一种。该药剂用于水稻种的浸泡时,可以降低水稻对镉的吸收能力、提高稻种的发芽势。金属盐作为重金属镉的竞争性吸附粒子,在浸种时可以提前进入水稻种子中,提高水稻种子细胞内的竞争性金属离子的浓度,通过与镉离子竞争水稻根系膜转运蛋白中的转运通道,进而降低水稻对土壤中镉的吸收,同时金属盐可以刺激水稻种子中的抗逆基因的表达,加速水稻种子萌发,提高发芽势,缩短水稻的催芽时间。(The invention belongs to the technical field of rice production, and particularly relates to a cadmium reduction agent for rice, a seed soaking liquid, a preparation method and a seed soaking method. The medicament comprises metal salt, wherein the metal salt is at least one of ferrous sulfate, ferric chloride, ferrous chloride, manganese nitrate, manganese sulfate, zinc chloride, zinc nitrate and zinc sulfate. When the agent is used for soaking rice seeds, the absorption capacity of the rice to cadmium can be reduced, and the germination potential of the rice seeds can be improved. The metal salt is used as competitive adsorption particles of heavy metal cadmium, can enter rice seeds in advance during seed soaking, improves the concentration of competitive metal ions in rice seed cells, reduces the absorption of the rice to cadmium in soil through competing with cadmium ions for a transport channel in a rice root system membrane transport protein, can stimulate the expression of stress-resistant genes in the rice seeds, accelerates the germination of the rice seeds, improves the germination vigor and shortens the germination accelerating time of the rice.)
技术领域
本发明属于水稻生产技术领域，具体涉及一种水稻降镉药剂、浸种液及制备方法和浸种方法。
背景技术
近年来，随着工业发展和农业投入品的大量使用，全世界都面临着越来越严重的土壤环境安全问题，以重金属污染受到的关注最多。根据2014年环境保护部、国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤总超标率为19.4％，其中，以重金属为主的无机污染物超标点位占超标总数的82.8％。受制于我国紧张的耕地水平，对于受重金属污染的土壤，采取简单粗暴的抛荒措施显然会给粮食安全带来巨大的隐患。为了在不影响土壤生产力的前提下，降低作物对重金属的吸收、保证食品的安全，常用的技术手段包括降低土壤中重金属的活性和降低作物对重金属的吸收能力。
高效、廉价的降低作物对重金属的吸收是当前的研究热点。以各种材料为原料生产的土壤重金属钝化材料层出不穷，却往往陷入成本高、人力投入大、需反复施用的矛盾中，同时也对土壤结构和环境承载能力带来一定的影响。通过一定的措施降低作物对重金属的吸收能力，在不破坏土壤结构和原有生产力的前提下减少水稻等作物对重金属镉的吸收，逐渐成为当前镉污染农田安全利用新的研究方向。
中国专利CN110066202A公开了一种降低稻米镉含量的叶面喷施剂，由亚硒酸钠和药肥粘渗剂组成，通过对水稻进行三次喷洒，达到降低稻米镉含量的效果。中国专利文献CN105613577A公开了一种叶面喷施剂，包括硅微粉、甲氧基硅烷、硫氰酸盐、助溶剂和表面活性剂等多种组分，该喷施剂对水稻叶面进行多次喷施来达到降镉的效果。中国专利文献CN107759349A公开了一种阻控水稻镉积累的多养分复合叶面肥及制备方法和应用，该叶面肥包括氨基酸等，采用喷施的方式降低水稻对镉的吸收。中国专利文献CN105724428A公开了一种精准调控水稻镉吸收转运相关基因表达的叶面阻隔剂，采用喷施的方式降低水稻镉含量。然而，叶面喷施的方法不能显著降低水稻安全种植成本，在水稻生长的不同时期进行多次喷施还会带来较高的人力成本，并且有的方法的原料复杂昂贵，限定了推广应用。因此发展一种技术简单、成本低廉、安全且高效的降低水稻对镉吸收能力的方法非常重要。
中国专利文献CN110934152A公开了一种降低水稻籽粒中镉砷含量的浸种剂，该浸种剂为含有亚硒酸钠和偏硅酸钠的溶液，在播种前使用该浸种液对水稻种子浸种，但是亚硒酸钠属于剧毒物质，大鼠经口LD50为7mg/kg，存在较大的安全风险，限制了其应用场景，无法在农户中推广使用，并且该方法对降低水稻籽粒的镉含量的效果不高，尚有待进一步提高。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中水稻籽粒浸种液的毒性大、无法推广使用，以及浸种液的降镉效果有待进一步提高等缺陷，从而提供了一种水稻降镉药剂、水稻降镉浸种液及其制备方法，和浸种方法。
为此，本发明提供了以下技术方案。
本发明提供了一种水稻降镉药剂，所述药剂包括金属盐；
所述金属盐为硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁、氯化锰、硝酸锰、硫酸锰、氯化锌、硝酸锌和硫酸锌中的至少一种。
所述药剂包括质量比为(6-8)：(2-4)的硫酸亚铁和氯化锰；或，
所述药剂包括质量比为(2-3)：(1-2)的氯化亚铁和硝酸锌；或，
所述药剂包括质量比为(3-4)：(2-4)的硝酸锰和硫酸锌。
所述药剂为粉剂。
本发明还提供了一种水稻降镉浸种液，包括溶剂和上述药剂。
所述浸种液包括质量比为1：(10-50)的药剂和溶剂。
所述浸种液包括质量比为1：(10-30)的药剂和溶剂。
所述溶剂为水。
本发明还提供了一种上述浸种液的制备方法，包括，药剂与溶剂混合均匀，溶解，得到所述浸种液。
此外，本发明提供了一种浸种方法，使用上述浸种液或上述制备方法制得的浸种液，所述浸种方法包括以下步骤，
将水稻浸泡在浸种液中，浸泡20-30h后捞出，堆放在一起，待水稻发芽。
进一步地，在浸种过程中，浸种的温度为25-30℃。
本发明提供的药剂和浸种液可以适用但不限于中嘉早17、黄花粘、泰优398、粤农丝苗、五丰优华占、中早33、湘早籼45、荃优33等若干个早晚稻品，对绝大多数的水稻品种起到降镉的作用。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的水稻降镉药剂，包括金属盐，金属盐为硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁、氯化锰、硝酸锰、硫酸锰、氯化锌、硝酸锌和硫酸锌中的至少一种。该药剂用于水稻种的浸泡时，可以降低水稻对镉的吸收能力、提高稻种的发芽势。金属盐作为重金属镉的竞争性吸附粒子，在浸种时可以提前进入水稻种子中，提高水稻种子细胞内的竞争性金属离子的浓度，通过与镉离子竞争水稻根系膜转运蛋白中的转运通道，进而降低水稻对土壤中镉的吸收，同时金属盐可以刺激水稻种子中的抗逆基因的表达，加速水稻种子萌发，提高发芽势，缩短水稻的催芽时间。
本发明提供的药剂用于浸泡水稻种子时，可以缩短水稻种子的催芽时间，降低催芽成本，提高农业生产效率，不增加额外的人力成本；本发明提供的药剂中的金属盐为无毒或低毒化合物，不会对人员产生危害，且该金属盐廉价易得，为土壤本身含有的金属组分，不会给土壤带来新的污染，适合在农户中推广应用。本发明提供的药剂对多个水稻品种具有很好的降镉效果，具有很好的适应性。另外，本发明提供的水稻降镉药剂运输方便。
2.本发明提供的水稻降镉药剂，金属盐包括硫酸亚铁和氯化锰的混合物，或氯化亚铁和硝酸锌的混合物，或硝酸锰和硫酸锌的混合物，或硫酸亚铁时，将药剂制成浸种液，对稻种浸种后，得到的糙米的镉含量少，降镉效果尤其显著。
3.本发明提供的水稻降镉浸种液，该浸种液包括本发明提供的药剂和溶剂，该浸种液浸泡水稻种后可以降低水稻对镉的吸收能力、提高稻种的发芽势。金属盐作为重金属镉的竞争性吸附粒子，在浸种时可以提前进入水稻种子中，提高水稻种子细胞内的竞争性金属离子的浓度，通过与镉离子竞争水稻根系膜转运蛋白中的转运通道，进而降低水稻对土壤中镉的吸收，同时通过金属盐可以刺激水稻种子中抗逆基因的表达，加速水稻种子萌发，提高发芽势，缩短水稻的催芽时间。
本发明采用特定浓度的浸种液，通过降低水稻根系对重金属镉的吸收，大幅度降低了水稻种中镉的含量，降镉效果最高可达75％。另外，本发明提供的浸种液浸水稻种后可以达到镉中轻度污染农田中稻米安全生产的目的，与其他浸种剂相比，水稻种子达到适宜播种条件至少减少2天。
4.本发明提供的浸种液的浸种方法，包括将水稻浸泡在浸种液中，浸泡20-30h后捞出，堆放在一起，待水稻发芽。浸种时间过长，抑制了稻种的呼吸作用，严重影响出芽，浸泡时间过短，水稻种没有吸满水分，影响出芽率。此外，该浸种方法简便，操作性强，不增加额外的人力成本，同时还缩短了浸种后水稻种子的催芽时间，提高了农业生产效率，经多次试验后，与其他浸种液相比，水稻种子达到适播条件(根长超过1cm)的时间至少缩短2天。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明试验例4中的稻种的萌发情况；
图2是本发明试验例4中水稻的育秧情况。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供了一种水稻降镉药剂及包含该药剂的浸种液，其中，药剂包括5g硫酸亚铁和3g氯化锰；浸种液包括5g硫酸亚铁、3g氯化锰和200g水。
实施例2
本实施例提供了一种水稻降镉药剂及包含该药剂的浸种液，其中，药剂包括5g硫酸亚铁和3g氯化锰；浸种液包括5g硫酸亚铁、3g氯化锰和88g水。
实施例3
本实施例提供了一种水稻降镉药剂及包含该药剂的浸种液，其中，药剂包括5g氯化铁和3g硫酸锰；浸种液包括5g氯化铁、3g硫酸锰和320g水。
实施例4
本实施例提供了一种水稻降镉药剂及包含该药剂的浸种液，其中，药剂包括5g硫酸亚铁；浸种液包括5g硫酸亚铁和150g水。
实施例5
本实施例提供了一种水稻降镉药剂及包含该药剂的浸种液，其中，药剂包括4g氯化亚铁和2g硝酸锌；浸种液包括4g氯化亚铁、2g硝酸锌和90g水。
实施例6
本实施例提供了一种水稻降镉药剂及包含该药剂的浸种液，其中，药剂包括1g硝酸锰和1g硫酸锌；浸种液包括1g硝酸锰、1g硫酸锌和100g水。
对比例1
本对比例提供了一种药剂及包含该药剂的浸种液，其中，药剂包括5g硫酸亚铁和3g氯化锰；浸种液包括5g硫酸亚铁、3g氯化锰和40g水。
对比例2
本对比例提供了一种药剂及包含该药剂的浸种液，其中，药剂包括8g氯化钙；浸种液包括8g氯化钙和200g水。
对比例3
本对比例提供了一种药剂及包含该药剂的浸种液，其中，药剂包括8g硅酸钠；浸种液包括8g硅酸钠和200g水。
对比例4
本对比例提供了一种药剂及包含该药剂的浸种液，其中，药剂包括8g硫酸钾；浸种液包括8g硫酸钾和200g水。
对比例5
本对比例使用清水作为浸种液。
试验例1
本试验例提供了实施例1-6和对比例1-5的浸种液的浸种方法，包括以下步骤，
将水稻种子分别浸泡在实施例1-6和对比例1-5的浸种液中浸种24h，浸种的温度为29±1℃，然后捞出至空地上自然催芽，在催芽过程中保持环境温度在20±1℃，根据实际环境进行适当翻动，避免烧包烂芽，在催芽过程的第3天和第5天分别记录稻种的出芽率和平均根长；其中，试验例1-4的水稻品种为中嘉早17。
稻种根长超过1cm后，将水稻种子播入秧田，正常育秧，待达到宜栽条件后，移栽秧苗到镉污染田块中，所有试验处理均采用同样的农艺管理措施和水分管理条件。水稻成熟后收集稻谷样品，去壳取其糙米部分，粉碎，采用三酸消解-石墨炉原子吸收法，参照《GB5009.15-2014食品安全国家标准食品中镉的测定》方法测定糙米中镉含量，并评估降镉效果。水稻发芽率及根长记录结果见表1，糙米中镉含量测试结果见表2。实施例1-6和对比例1-5分别记为A-K。
表1试验例1中稻种的浸种发芽情况统计
编号
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
3d平均根长(mm)
9
14
10
9
10
9
3
5
6
7
7
5d平均根长(mm)
14
19
17
15
18
15
5
9
11
10
11
3d发芽率(％)
51
56
39
42
53
40
11
42
35
40
45
5d发芽率(％)
72
78
61
64
73
62
19
59
51
49
57
表2试验例1得到的糙米中镉含量测试结果
注：“-”代表无降镉效果，同表4和表6中的“-”。
从表1可知，稻种经过实施例1-6和对比例1-5的浸种液浸种24h后，催芽3天后种子均达到了适播条件，且出芽率在39％-56％间。催芽5天后实施例1-6浸种后的稻种的胚根长度远超适播条件，对比例2-5浸种液浸种后的稻种刚刚达到适播条件。实施例1-6得到的浸种液有助于提高稻种的出芽率和根系的生长。
表2可知，实施例1-6得到的浸种液浸泡稻种后得到的糙米中的镉含量较低，与水作为浸种液相比，实施例1-6得到的浸种液的降镉率为45.7％-74.6％；此外，对比例1-5得到的浸种液的降镉率均为40％以下，镉含量均超过食品安全标准(＜0.2mg/kg)。
试验例2
本试验例提供了实施例1-6和对比例1-5的浸种液的浸种方法，包括以下步骤：
将水稻种子分别浸泡在实施例1-6和对比例1-5的浸种液中浸种48h，浸种的温度为29±1℃，然后捞出至空地上自然催芽，在催芽过程中保持环境温度在20±1℃，根据实际环境进行适当翻动，避免烧包烂芽，在催芽过程的第3天和第5天分别记录稻种的出芽率和平均根长。
稻种根长超过1cm后，将水稻种子播入秧田，正常育秧，待达到宜栽条件后，移栽秧苗到镉污染田块中，所有试验处理均采用同样的农艺管理措施和水分管理条件。水稻成熟后收集稻谷样品，去壳取其糙米部分，粉碎，采用三酸消解-石墨炉原子吸收法，参照《GB5009.15-2014食品安全国家标准食品中镉的测定》方法测定糙米中镉含量，并评估降镉效果。水稻发芽率及根长记录结果见表3，糙米中镉含量测试结果见表4。
表3试验例2中稻种的浸种发芽情况统计
编号
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
3d平均根长(mm)
7
3
6
4
3
7
3
6
6
6
7
5d平均根长(mm)
12
7
10
8
7
12
7
10
10
9
11
3d发芽率(％)
12
7
31
15
20
30
11
31
31
33
41
5d发芽率(％)
15
20
21
45
24
48
19
47
47
45
55
表4试验例2得到的糙米中镉含量测试结果
表3可知，浸种时间改为48h后，会严重影响水稻的出芽率，且浸种液浓度越高，平均根长和发芽率降低越显著，本试验例中，实施例1-6与试验例1的出芽率和平均根长相比，严重下降。浸种时间过长，抑制了稻种的呼吸作用，高浓度浸种剂对稻种萌发表现出抑制作用。
表4中，稻种在实施例1-6的浸种液中浸种后，糙米的降镉率为41％-67.3％，大部分稻种的镉含量不符合国家食品标准，对比例1-5的镉含量均很高。浸种时间不能提高降镉效果。
试验例3
本试验例提供了实施例1-6和对比例1-5的浸种液的浸种方法，包括以下步骤：
将水稻种子分别浸泡在实施例1-6和对比例1-5的浸种液中浸种12h，浸种的温度为29±1℃，然后捞出至空地上自然催芽，在催芽过程中保持环境温度在20±1℃，根据实际环境进行适当翻动，避免烧包烂芽，在催芽过程的第3天和第5天分别记录稻种的出芽率和平均根长。
稻种根长超过1cm后，将水稻种子播入秧田，正常育秧，待达到宜栽条件后，移栽秧苗到镉污染田块中，所有试验处理均采用同样的农艺管理措施和水分管理条件。水稻成熟后收集稻谷样品，去壳取其糙米部分，粉碎，使用三酸消解-石墨炉原子吸收法，参照《GB5009.15-2014食品安全国家标准食品中镉的测定》方法测定糙米中镉含量，并评估降镉效果。水稻发芽率及根长记录结果见表5，糙米中镉含量测试结果见表6。
表5试验例3中稻种的浸种发芽情况统计
编号
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
3d平均根长(mm)
5
8
6
6
6
5
2
3
3
3
3
5d平均根长(mm)
10
11
10
12
11
10
7
9
10
9
10
3d发芽率(％)
39
40
37
38
42
38
12
33
29
32
35
5d发芽率(％)
55
61
47
49
62
48
15
53
42
41
45
表6试验例3得到的糙米镉含量测试结果
表5可知，浸种时间12h，稻种的出芽率和平均根长明显低于试验例1，催芽5天后，实施例1-6达到了适播条件，出芽率为47％-62％。与试验例1综合对比，试验例3的平均根长和发芽率低于试验例1，说明浸种时间为12h，浸种不充分，影响了稻种的萌发。
表6可知，稻种在实施例1-6的浸种液浸种后，降镉率在40.9％-67.3％间，降镉效果略低于试验例1，且大部分糙米镉含量不符合国家食品标准，对比例1-5的镉含量均很高，缩短浸种时间会导致降镉效果在一定程度上有所降低。
综合所述，本发明提供的药剂、浸种液有助于提高稻种的出芽率和出芽势，降低糙米中的镉含量；并且该浸种液的最佳浸种时间为20-30h，糙米的平均降镉率在50％-75％左右。
试验例4
本试验例考察了药剂与溶剂的质量比例对稻种发芽的影响，药剂包括5g硫酸亚铁和3g氯化锰，按照药剂与溶剂质量比为1:50，1:45，1:40，1:35，1:30，1:25，1:20，1:10的比例分别制备浸种液，将水稻种子分别浸泡在上述不同比例的浸种液中浸种24h，浸种的温度为29±1℃，然后捞出至空地上自然催芽，在催芽过程中保持环境温度在20±1℃以上，根据实际环境进行适当翻动，避免烧包烂芽，在催芽过程的第3天分别记录稻种的出芽率和平均根长，稻种萌发情况见图1，可以看出，随着浸种液中药剂浓度的增加，稻种萌发速度明显加快，其中药剂与溶剂质量比为1:(10-40)的种子已经达到了适播条件(根系长度＞1cm)，以清水作为对照组，清水浸泡的稻种达不到播种要求。
然后将萌发的种子统一转移到光照培养箱中，恒温光照培养7天，育秧的情况见图2，浸种液中药剂的质量分数大，水稻秧苗的高度高，说明特定配方的浸种剂可以促进水稻种子的萌发，加速水稻育秧过程。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
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