[發明專利]鑭作為作物減鎘劑和鎘轉運蛋白基因表達抑制劑以及增產劑的應用

有效

• 申請號: 201811339222.0
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109287659B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 熊治廷;楊華
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: A01N59/16
• 分類號: A01N59/16;A01P21/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

本發明涉及一種鑭作為作物減鎘劑和鎘轉運蛋白基因表達抑制劑以及增產劑的應用。在小麥生長至拔節期時，向土壤中施加鑭；再在小麥生長至抽穗期時，進行葉面噴施鑭。通過兩次追施鑭，能夠減少小麥對鎘的吸收和轉運，阻控小麥地上部分鎘向籽粒轉運；同時能夠增加小麥產量。另外，鑭還可作為一種下調作物對鎘吸收和轉運有關轉運蛋白基因表達的抑制劑，在小麥拔節期從根部施入，能夠抑制小麥吸收和轉運鎘相關轉運蛋白基因的表達。

技術領域

本發明屬于農業環境技術領域，尤其涉及鑭作為作物減鎘劑和鎘轉運蛋白基因表達抑制劑以及增產劑的應用。

背景技術

隨著社會生產生活水平的快速提高，工業“三廢”、城市垃圾排放總量逐年上升，農藥、化肥長期濫用，以及城市污泥的大量使用，使得部分地區農業土壤中的重金屬污染日益劇增，嚴重威脅著生態環境安全、糧食安全、國民健康及經濟社會的可持續發展。鎘(Cd)是最常見、毒性最強的重金屬之一。其移動性強，易被作物吸收，可在生物體中大量富集，對人類健康威脅巨大，臨床上常表現為骨質疏松、癌變、肝腎功能紊亂以及高血壓等疾病。

國際食品法典委員會就主要糧食作物可食部分Cd含量設定了安全閾值，如在小麥籽粒為0.2mg/kg、水稻籽粒為0.4mg/kg。然而，大部分生長在Cd污染土壤的主要糧食作物可食部分Cd的含量卻超過了安全標準。針對這一現狀，研發一套快速有效的綜合防治技術，有效降低主要糧食作物如小麥籽粒中鎘含量，對確保我國乃至世界糧食安全與生態環境安全，緩解當前人口與耕地資源矛盾有著重要的現實意義。

研究表明適宜濃度的稀土具有提高作物產量、改善作物品質以及增強作物對不良環境抗逆性的生物學效應，稀土在農業上的推廣應用也取得了顯著的社會效益和經濟效益。鑭(La)是稀土金屬中最活潑的金屬之一，能夠有效調節植物根器官形成、促進種子萌發和提高植物光合作用，提高作物的抗逆性能和作物產量。其主要的應用方式為根施和葉面噴施兩種。La³⁺(116pm)與Cd²⁺(109pm)有相近的離子半徑，且鑭離子的電荷高于Cd離子。由于離子勢等于離子電荷與離子半徑之比，所以鑭離子的離子勢大于Cd離子，這可能使鑭離子更容易被吸附到植物根系表面，通過競爭的方式阻止Cd被植物吸收。另外，植物吸收Cd主要通過質膜上特異性轉運蛋白進入細胞。Nramp5(natural resistance-associatedmacrophage protein)位于植物根質膜上，在水稻和大麥子中，Nramp5基因沉默或敲除，其地上部和地下部Cd含量均顯著降低。HMA4(heavy metal ATPase4)位于植物根部中柱鞘細胞質膜上，將Cd從細胞中泵出來，通過木質部的加載轉運到地上部。HMA4基因沉默或敲除能夠有效的降低植物根部Cd向地上部轉運。La作為減鎘劑減少作物對Cd累積的同時，能有效促進作物增產。因此，應用鑭將是解決目前農業Cd污染土壤糧食安全隱患的有效方法之一。這也將為研發重金屬污染土壤治理的新理念新技術提供參考。

發明內容

為了減少作物對Cd的吸收和轉運，降低作物籽粒中Cd的含量，本發明提供一種鑭作為作物減鎘劑和鎘轉運蛋白基因表達抑制劑以及增產劑的應用。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種降低作物籽粒中鎘含量的方法，該作物為小麥，在小麥生長至拔節期時，向鎘污染土壤中施加含鑭離子的試劑；再在小麥生長至抽穗期時，進行葉面噴施含鑭離子的試劑。

上述的一種降低作物籽粒中鎘含量的方法，待小麥生長至拔節期時，對小麥進行根部施入鑭，施入量為1.8-2.2mg/kg鑭(按本實施例中1.13g/cm³土壤容重，每畝土壤質量約為15.1萬公斤計算，即向土壤中施入鑭272-332g/畝)。再在小麥生長至抽穗期時，對小麥進行葉面噴施鑭，濃度為15-25mg/L，每畝噴施45-75L。

上述的一種降低作物籽粒中鎘含量的方法，所述鑭離子以硝酸鑭的形式被施用。其中272-332g鑭為硝酸鑭中鑭元素的量而非硝酸鑭的量。