[發明專利]一種植物鎘螯合物原位檢測方法及系統

有效

• 申請號: 202010754907.2
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111781159B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 趙穎雷;何勇;聶鵬程;藺磊;馮旭萍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586;G01N21/3577
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 程江濤

本發明涉及一種植物鎘螯合物原位檢測方法及系統。該方法包括：獲取不同濃度的氯化鎘樣本和植物螯合肽2樣本；根據氯化鎘樣本和植物螯合肽2樣本，利用太赫茲時域光譜技術，確定氯化鎘樣本的太赫茲反射成像圖和植物螯合肽2樣本的太赫茲反射成像圖；根據第一光譜數據構建氯化鎘的含量檢測模型；根據第二光譜數據構建植物螯合肽2的含量檢測模型；根據氯化鎘的含量檢測模型和植物螯合肽2的含量檢測模型確定最優混合樣本；根據最優混合樣本構建Cd?PC₂含量檢測模型；利用Cd?PC₂含量檢測模型確定待檢測植物中植物鎘螯合物的含量。本發明能夠快速原位檢測植物的重金屬富集量，進而能夠對該品種的植物修復性能進行準確、快速地評價。

技術領域

本發明涉及鎘螯合物檢測領域，特別是涉及一種植物鎘螯合物原位檢測方法及系統。

背景技術

隨著人們的活動，大量的重金屬元素進入了土壤系統產生重金屬污染。鎘是較為普遍的一種土壤重金屬污染類型，其通過在土壤-植物-食物鏈系統中的遷移，成為危及人類健康的主要環境問題。

傳統的物理與化學重金屬污染治理方法(如填土、淋洗及電化學法等)雖然治理效果較好，但存在成本高，管理難，易造成二次污染，對環境擾動大等缺點。Chaney于上世紀末首次提出了通過種植能夠大量吸附重金屬的植物來降低土壤重金屬含量的植物修復法(Phytoremediation)。植物修復對土壤環境擾動小，成本低，無二次污染，具有過程原位性與效果永久性的特點，目前已成為土壤修復技術的研究熱點。一些公認的富集植物(Accumulator)如印度芥菜(Brassicajunica)，其生長快，生物量大，能夠將吸收的88％以上的重金屬轉運到地上部分，達到極高的土壤的凈化率。

但在實際應用中，植物修復也存在一些缺陷，如某些生長環境導致品種的生物量低，長勢緩慢，根系不發達，低重金屬濃度下不能有效富集，而高重金屬濃度下生長受抑制，從而降低了植物修復的效率和環境適用性?？梢?，決定植物修復效能的關鍵在于富集植物品種對應用環境的適應能力及對土壤中重金屬的富集與耐受能力。利用馴化與雜交等技術將生長快、生物量大、適應性強的品種相融合，培育具有實用價值的超富集植物(Hyperaccumulator)品種是植物修復技術研究的新方向。

超富集植物是重金屬富集能力達到普通植物品種100倍的品種。目前至少有45個科的400種植物被鑒定為超富集植物，主要集中于十字花科植物的蕓苔屬(Brassica)、庭芥屬(Alyssuns)和遏藍菜屬(Thlaspi)，且絕大多數種質分布于國外。青菜是中國主要的十字花科農作物之一，其中的一些品種也具有很強的Cd富集能力。研究、培育及提升我國自有知識產權的重金屬超富集青菜品種及其Cd富集能力，對我國土壤重金屬植物修復領域的技術、超富集植物種質資源與新品種開發技術的積累具有重要的意義。

傳統衡量植物重金屬富集能力的眾多指標(轉運系數、富集系數等)的計算均基于植物體各部分的重金屬含量，而耐受能力僅能通過植物表型或質量被抑制的程度(如根冠比)間接反映。但有些植物的重金屬耐受能力表現為通過排泄或衰老等機制將重金屬排出體外，如分泌一些脫落酸促進受毒害的葉片脫落。因此，重金屬耐受性較強的植物并不一定同時具有較強的重金屬富集能力，未必具備植物修復的功能。另一方面，植物通過自身合成幾種小分子化合物配體，與重金屬離子螯合形成毒性較低的復合物，并轉運固定至細胞特定的區域隔離。這類小分子包括金屬硫蛋白(Metallothionein，MTs)、有機酸、氨基酸等。其中，植物螯合肽(Phytochelatins，PCs，(γ-Glu-Cys)n-X，n＝2～11，X可缺失或為Gly、β-Ala、Ser和Glu等)是一類富含半胱氨酸的多肽，屬于植物體中普遍存在的、對抗重金屬最主要的Class III MTs。其通過半胱氨酸上的巰基與重金屬離子螯合形成無毒的重金屬-S螯合物。因此，重金屬-S鍵可用于區分游離態與絡合態重金屬，其含量可作為同時表征植物重金屬富集與耐受能力的重要指標。能夠合成更多螯合物的超富集個體，可被視為兼具更高的重金屬吸附能力與重金屬耐受性，鑒定識別該類個體進行品種選育，可獲得植物修復性能進一步強化的新品種。