大豆镉高富集品种的筛选方法

摘要

本发明涉及一种大豆镉高富集品种的筛选方法，包括选择土壤、肥料处理、种植大豆、田间管理、镉含量测定和品种筛选等步骤，采用Z值法筛选镉高富集大豆品种。采用本发明的方法，筛选到2个大豆镉高富集品种和一个较高富集品种，为研究调控植物镉吸收转运的基因或者基因网络提供了丰富的信息，也为进一步通过分子生物学手段培育低镉或者无镉大豆以及大豆食品安全有着非常重要的意义。

说明书

技术领域

本发明涉及一种大豆镉高富集品种的筛选方法。

背景技术

镉(Cd)是动植物生长的非必须元素，也是环境中常见的金属污染物之一，当土壤受到镉污染后，便会被植物体吸收，并且因不能降解而在机体内富集，再通过食物链进入人体，影响氨基酸脱酸酶、组氨酸酶、过氧化氢酶等酶系统的活力，影响锌等微量元素的代谢，最终引起一系列疾病，对人类的健康造成威胁。

据农业部统计，我国受镉污染的农田土壤达1.33万公顷，占耕地的10％，每年受镉污染的粮食高达1200万吨，成为我国食品安全的最大隐患。因此，为了生产出营养安全的粮食作物，一方面要努力通过物理、化学和生物的方法对污染的土壤进行治理和修复；另一方面，通过筛选作物对镉的富集、排异品种并进一步研究其吸收转运机理，进而利用分子生物学手段控制作物对镉的吸收。针对我国土地集约化利用程度高的国情，土壤休耕进行治理和修复会对粮食产量和社会稳定造成很大的影响。因此，通过作物品种筛选结合分子生物学方法控制作物中镉含量是我国解决粮食安全问题的重要手段。

大豆(Glycine max(L.)Merr.)是人类重要的粮食作物之一，富含丰富的植物蛋白和各种微量元素，在我国和世界范围内被广泛的种植。目前对大豆的研究大部分集中于产量、营养元素和固氮菌方面，对大豆微量非必需元素的研究较少。大豆是镉敏感作物，对镉的耐受性种间差异很大，因此作为研究植物对镉吸收转运机理是非常好的备选材料。筛选镉高富集的大豆品种，对控制市场上大豆产品中镉含量有重要的作用；而通过不同品种(基因型)大豆镉代谢的表型变异，筛选出镉高效品种并进一步结合镉排异品种，通过基因定位技术，来分离得到与镉转运相关的关键基因，可以为研究调控植物镉吸收转运的基因或者基因网络提供丰富的信息。进而通过分子生物学手段培育低镉或者无镉大豆，对大豆食品安全有着非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在没有镉胁迫的条件下筛选高镉含量大豆品种的方法，通过在施用不同肥料的土壤上种植多个大豆品种，在大豆元素吸收最旺盛时期采取大豆地上部，进行清洗、烘干、粉碎和消煮，最后测定镉含量，并用Z值的方法筛选出镉高效品种。

为实现上述目的本发明采用如下的技术方案：

一种镉高富集大豆品种的筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.1、选择土壤，根据GB15618-1995《土壤环境质量标准》的规定，选择适宜大豆生长的土壤，包括在pH值低于7.5时，土壤中镉含量低于0.3mg/kg，在pH值高于7.5时，土壤中镉含量低于0.6mg/kg；

1.2、肥料处理，对不同的土壤地块分别进行有机肥处理、化肥处理和钾肥处理；

1.3、种植大豆，在经过不同肥料处理的土壤地块种植不同的大豆品种，作为筛选对象：

1.4、田间管理，在大豆生长期进行常规的田间管理；

1.5、镉含量测定，在大豆元素吸收最旺盛的时期采取大豆地上部植株，洗净烘干并磨碎消煮，然后用ICP-MS测定大豆地上部植株中镉的含量；

1.6、品种筛选，采用Z值法筛选镉高富集大豆品种。

步骤1.1所述选择土壤还包括选择轻中质地、排水较好的大田土壤。

步骤1.2所述有机肥处理是每公顷施用牛粪有机肥2吨；所述化肥处理是每公顷施用以硫酸铵、过磷酸钙、硫酸钾为肥源的纯氮20公斤、五氧化二磷150公斤和氧化钾80公斤；所述钾肥处理是每公顷施用钾肥80公斤。

步骤1.3所述大豆品种的数目≥30，并分别种植于经不同肥料处理的土壤地块，每个品种不少于40株。

大豆播种时，控制株距20cm，行距60cm；并在大豆播种50天、80天后分别喷施广谱杀菌剂和杀虫剂。

步骤1.5的具体作法是，在大豆元素吸收最旺盛时期，采取大豆地上部植株，分别用自来水、去离子水认真冲洗各3次，再于烘箱中80°烘干72小时；烘干后进行粉碎，并用色谱级硝酸消煮成无色透明状液体，然后用ICP-MS测定大豆地上部植株中镉的含量。

步骤1.6所述品种筛选的具体作法是，以大豆地上部植株中的镉含量数值作为评价指标，按照公式

$>Z=\frac{\bar{X}-{\mu }_0}{\frac{S}{\sqrt{n}}}$>

求出Z值，Z值大于2.5为镉高富集品种；

式中，代表大豆品种三次重复测试的平均镉含量；μ₀代表n个大豆品种的平均含量；S代表n个品种的标准差；n代表品种数量。

本发明具有以下优点：

1、本发明在施用不同肥料的常规土壤上进行大豆高镉富集品种的筛选，凡适合大豆生长的环境均可应用，无论是无机还是有机种植体系。并且本试验为大田试验，更容易反映实际生产环境中不同基因型大豆对镉的吸收能力，从而更加有效地指导实际应用和进行进一步的试验。

2、本发明的筛选方法具有很好的应用前景。通过大田试验方法筛选出镉高效的大豆品种，进而指导从源头上控制大豆产品中镉的含量，在存在潜在镉污染风险区域禁止种植镉高效品种大豆，对保障大豆产品的质量安全有非常重要的意义。

3、本发明的筛选方法科学合理，适应范围广，对控制大豆作物中镉含量，并进一步研究镉相关转运蛋白，通过基因修饰的手段培育低镉或者无镉大豆具有极大的应用价值。

附图说明

图1为第一年在试验点A，44个大豆品种在不同肥料处理下地上部植株中镉(Cd)含量的Z值图；每个空心圆圈表示一个大豆品种，筛选出的高镉品种分别以实心圆、实心菱形和实心三角表示。横坐标为三列不同的施肥处理，纵坐标为镉含量的Z值。

图2为第二年在试验点B，30个大豆品种在不同肥料处理下地上部镉(Cd)含量的Z值图；图例与坐标表示与图1一致。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

选择轻中质地、排水较好并适宜大豆生长的土壤；采取土样并进行基本理化性质和镉含量的测试。测试结果为，pH值5.8，总氮量2.7g/kg,可交换态P₂O₅28mg/kg,可交换态钾0.21g/kg，镉浓度为0.13mg/kg。

在供试土壤上分别进行有机肥处理、化肥处理和钾肥处理，有机肥处理使用牛粪有机肥2t/ha；化肥处理按照每公顷施用硫酸铵、过磷酸钙、硫酸钾为肥源的纯氮20公斤、五氧化二磷150公斤、氧化钾80公斤；钾肥处理为只施用每公顷80公斤的钾肥。

选择44个大豆品种，并分别种植于施用不同肥料的土壤上，重复三次，且每个品种不少于40株。

常规田间管理：大豆播种控制株距20cm，行距60cm；大豆花期进行人工除草，并在大豆播种50天、80天后喷施广谱杀菌剂和杀虫剂。

镉高富集大豆品种的筛选的方法：在大豆元素吸收最旺盛时期(花期)，采取大豆地上部植株，分别用自来水、去离子水认真冲洗各3次，再于烘箱中80°烘干72小时。烘干后进行粉碎，并用色谱级硝酸消煮成无色透明状液体，并使用ICP-MS测得大豆地上部植株中镉的含量。最后以44个大豆品种地上部植株中的Z值，进行镉高效品种的筛选。以三种处理下大豆地上部植株中镉含量均高，且Z值均大于3的大豆品种为镉高富集大豆品种。

根据Z值的计算结果，如图1所示，每个空心圆代表一个品种，横坐标为不同的肥料处理，纵坐标为44个大豆品种中地上部镉含量的Z值。实心图标为筛选出的镉高效和较高效品种。结果表明，44个品种中Harosoy、Labrador和Tokei952三个品种的Z值在三种处理下分别达4.0、3.7、3.8；4.0、3.6、3.5和2.0、2.7、2.9。因此Harosoy和Labrador两个品种被认为是镉高富集品种；而Tokei952为较高富集品种。

实施例二

大田选择与基础土壤测试：选择轻中质地、排水较好并适宜大豆生长的土壤；根据五点法采取土样并进行基本理化性质测试。测试结果为，pH值6.0，总氮量3.5g/kg,可交换态P₂O₅67mg/kg,可交换态钾0.65g/kg；镉浓度为0.15mg/kg。

试验设计与实例一一致，以验证第一年的试验结果。在供试土壤上分别设置有机肥、化肥和钾肥三个处理，有机肥处理使用牛粪有机肥2t/ha；化肥处理按照每公顷施用硫酸铵、过磷酸钙、硫酸钾为肥源的纯氮20公斤、五氧化二磷150公斤、氧化钾80公斤；钾肥处理为只施用每公顷80公斤的钾肥。

选择30个大豆品种，并分别种植于施用不同肥料的土壤上，重复三次，且每个品种不少于40株。

常规田间管理：大豆播种控制株距20cm，行距60cm；大豆花期进行人工除草，并在大豆播种50天、80天后喷施广谱杀菌剂和杀虫剂。

镉高富集大豆品种的筛选的方法与实例一一致，镉含量测试完毕后，以30个大豆品种镉含量的Z值，进行镉高效品种的筛选。以三种处理下大豆地上部植株中镉含量均高，且Z值均大于3的大豆品种为镉高富集品种，Z值在2-3之间的为较高富集品种。

根据Z值的计算结果，如图2所示，每个空心圆代表一个品种，横坐标为不同的肥料处理，纵坐标为30个大豆品种中地上部植株中镉含量的Z值。实心图标为筛选出的镉高富集和较高富集品种。结果表明，30个品种中Harosoy、Labrador和Tokei952三个品种的Z值在三种处理下分别达3.1、3.4、3.3；2.8、2.9、3.1和2.3、2.5、2.7。因此Harosoy和Labrador两个品种被认为是镉高富集品种；而Tokei952为较高富集品种，重复试验再次证明通过本方法筛选出的镉高富集大豆品种具有很强的稳定性和可靠性，可以作为农业生产中指导和进一步试验的材料。