一种富铬液及其用于生产富含铬(Cr

摘要

本发明公开了一种用于生产富含铬(Cr

说明书

                         技术领域

本发明属于种植业技术领域，涉及一种叶面喷剂，特别涉及一种用于生产富含铬(Cr³⁺)南瓜的富铬液及其该富铬液用于生产富含铬(Cr³⁺)南瓜的应用。

                      技术背景

铬(Cr)是动物和人体必需的一种微量元素，广泛存在于土壤、水中，有多种化学价态：Cr(VI)、Cr(II)、Cr(III)、Cr(IV)等，其中Cr(VI)和Cr(III)价态相对稳定，占总铬比例高。研究表明，Cr(VI)是对人体有害的致癌物质，而Cr(III)是对人体有益的化学物质，主要生物功能表现在和人体中的蛋白质、核酸以及各中、小分子量的配体结合，在糖代谢和脂肪代谢中，与胰岛素协同作用或作为胰岛素的增强剂，从而发挥其生理功能；在核酸代谢中，参与核酸分子股结构完整性的维持和基因表达的调控。人体缺铬，会引起机体糖类和脂肪类代谢的紊乱，而导致相关疾病(糖尿病)的出现。Anderson RA(1985)的研究表明，人体对有机铬的吸收率为10％～25％，对未转化无机铬的吸收率只有0.05％。由于铬在人体内为非重复利用元素、食品精加工过程中的大量流失和精加工食品促进体内铬的大量排泄，人体缺铬普遍存在。

对于人体补铬及其补铬产品的代表研究是中国科学院高能物理研究所等单位的丰伟悦等(1998)和丁文军等(1999)，他们先后研究了酵母菌中铬的化学形态及结合态，筛选出了富铬酵母，可使铬的转化率达到84％，然而由于酵母坚硬的外壳不易消化，影响人体铬的吸收。因此，我国人体中的铬来源目前仍主要通过植物源食物补入。

在我国，植物体内的铬主要来源于土壤。我国土壤的铬含量为30～110mg/kg，平均为72mg/kg，除了极少数岩石风化区和工业污染区外，绝大多数农田土壤中铬含量较低；而植物的根系对于铬的吸收非常有限，由于植物体内运载蛋白的关系，吸收后由地下的根部运输到地上部并贮藏到产品器官的铬更是甚微。一般植物食用器官的铬含量仅为百万分之几(如，面粉中的铬含量为0.23mg/kg，玉米粉为0.11mg/kg，稻米为0.43mg/kg，南瓜为0.07～2.04mg/kg)，申请人培育的富铬南瓜品种可将南瓜中的铬含量提高3～7倍。然而，植物体中的有机铬被人体的吸收利用率仅10～25％，而正常成人日需铬为50μg～100μg。因此，低铬含量的植物源食品不能满足人体对铬的需要。

从植物中萃取有益化合物，进而使其商品化、药物化是现代农业发展的新领域，植物中铬化合物如果能够萃取、分离、纯化，进一步药物化，将会为人类从根本上根治糖尿病提供重要途径(铬能够修复人体胰岛细胞，提高胰岛素在靶细胞表面的识别和进入能力而增加胰岛素的功效)。南瓜是富集铬的植物，加之它适宜加工的特性成为工业萃取铬化合物的首选植物，由于现有南瓜中铬含量偏低，影响该项工作的开展。

生产富铬(Cr³⁺)南瓜产品无论对于民众的日常生活与健康、还是为农产品企业提供富铬原材料，都显得十分重要和紧迫。但目前尚未见富铬南瓜产品或其他富铬植物产品的报道。

                        发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于生产富含铬(Cr³⁺)南瓜的富铬液及其该富铬液用于生产富含铬(Cr³⁺)南瓜的应用，为生产富含铬的南瓜果实开辟一条新的途径。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种用于生产富含铬(Cr³⁺)南瓜的富铬液，其特征在于，制得的该富铬液的由下列原料组成：Cr₂O₃：500mg/kg～3000mg/kg，KH₂(PO₄)：5g/kg～10g/kg，K₂MnO₄：1g/kg～5g/kg，吐温20：2ml/L，余量为水。

上述用于生产富含铬(Cr³⁺)南瓜的富铬液的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

步骤一：按富铬液的配方，先将KH₂(PO₄)置入水中，搅拌使其完全溶解成磷酸二氢钾溶液；

步骤二：在磷酸二氢钾溶液中加入Cr₂O₃.搅拌使其完全溶解；

步骤三：再加入K₂MnO₄搅拌使其完全溶解后再加入吐温20搅匀后即得。

本发明的富铬液适于即配即用。

上述用于生产富含铬(Cr³⁺)南瓜的富铬液可以用于生产富含铬(Cr³⁺)南瓜的应用。其应用方法是以富铬南瓜品种即永安2号为种子，按照正常的栽培方法进行种植，待初花始期，于晴天傍晚向南瓜叶面喷洒富铬液，喷洒量为50ml/株/次～100ml/株/次，之后每周喷洒一次，连续3次；然后按正常田间管理至南瓜生长成熟即可得到富含铬(Cr³⁺)南瓜，其南瓜果肉中铬含量比对照提高10倍以上。

本发明的用于生产富含铬(Cr³⁺)南瓜的富铬液，在优化栽培条件下，可以将南瓜的铬含量明显增加，同时有机铬的比例也随之增加。可以作为人体补铬天然生物原料，广泛应用于鲜食蔬菜、各种保健食品、饮料以及铬化合物提取的工业原料。

                      具体实施方式

1.富铬液配方确定

(1)铬源确定

富铬液的铬源可用Cr₂O₃或K₂CrO₄，为确定铬源，进行对比试验。步骤如下：

①南瓜样品培育  以农家南瓜品种小磨盘为栽培品种，在初花期的晴天傍晚向南瓜叶面喷洒富铬液，喷洒量为50ml/株/次～100ml/株/次，之后每周喷洒一次，连续3次；然后按正常田间管理至南瓜生长成熟即得南瓜样品。

②样品中Cr含量及化学形态测定

步骤1为避免不锈钢器械中铬的干扰，所有操作均不与不锈钢器械接触。所有玻璃和塑料器械经1∶1HNO₃和1∶1HCl交替浸泡72h，用去离子水冲洗干净、烘干置塑料袋中密封备用。

步骤2将市售的阴离子交换树脂在研钵中研磨至粉末状，过150mm筛，然后用水浸泡4h，再减压过滤，除去气泡，用水洗至澄清，去水后再分别用6倍于树脂体积的2mol/LHCl、2mol/LNaOH浸泡8h，除去酸、碱液，用水洗至中性，再重复一次后，置60℃下烘干，放于广口瓶中密封备用。

步骤3南瓜中总铬(C_rT)测定  将南瓜样品用塑料器械切碎、混匀后在干燥烧杯中称取试样5g±0.1mg，加高纯HNO₃10mL，盖表面皿于电热板上加热消化至溶液为3mL时，加入5mLH₂O₂继续消化至溶液透明并蒸干。加入2mL去离子水溶解残渣，溶液转移到10mL容量瓶中，用去离子水定容到刻度后，用Zeeman石墨炉原子吸收法直接测定Cr含量，即为C_rT。

步骤4南瓜中可溶态总铬(C_rTS)测定  称取上述南瓜样品100g±0.1mg于1000mL容量瓶中，加0.7mol/LHCL溶液400mL，浸72h后置100℃水浴上保温12h，静置后离心，上清液经0.45μm膜过滤，收集滤液用Zeeman石墨炉原子吸收法直接测定Cr含量。即为C_rTS含量。

步骤5南瓜中可溶态三价铬(Cr⁺³)测定  取适量上述0.45μm膜的过滤液，使其以一定流速(1.0mol/min)通过阴离子交换树脂柱，收集柱穿过液并用Zeeman石墨炉原子吸收方法进行测定。即为Cr⁺³含量。

步骤6南瓜中不可溶态总铬(C_rTI)和可溶态六价铬(Cr⁺⁶)的计算

南瓜中不可溶态总铬(C_rTI)＝总铬(C_rT)-中可溶态总铬(C_rTS)

南瓜中可溶态六价铬(Cr⁺⁶)＝可溶态总铬(C_rTS)-可溶态三价铬(Cr⁺³)

步骤7南瓜中可溶态有机铬(Cr_o)测定  取适量上述0.45μm膜的过滤液于150mL分液漏斗中，用60mL CHCl₃分3次萃取，收集有机相并用Ar气吹干，湿法消化后用Zeeman石墨炉原子吸收方法测定，即为Cr_o含量。

经上述方法，得测定结果(表1)

表1                      南瓜中铬的化学形态测定结果

  铬的形态  Cr₂O₃  Crμg/kg  (鲜重)  占Cr_T/％  K₂CrO₄  Crμg/kg  (鲜重)  占Cr_T/％  总铬Total(Cr_T)  可溶态总铬(Cr_TS)  三价铬Cr⁺³  六价铬Cr⁺⁶  有机态铬(Cr_O)  不可溶态总铬(Cr_TI)  96.46  87.86  80.17  7.69  3.54  8.60   91.08  83.11  7.97  7.32  8.92  95.87  86.43  67.25  12.49  6.69  9.44   90.15  70.15  13.02  6.92  9.84

从表1看出，Cr₂O₃所致南瓜果肉中的可溶态总Cr和Cr(III)含量高，而对人体有益，K₂CrO₄所致南瓜果肉中除有Cr(III)外，不可溶态总Cr和Cr(VI)含量偏高，而Cr(VI)对人体有害。因此，只选用Cr₂O₃作为富铬液的铬源。

(2)铬浓度的确定

通过100mg/kg～10000mg/kg共8个浓度级对比试验，用GFAAS法测定南瓜果肉中总Cr含量(具体操作同前述)，结果表明，南瓜果肉中的铬含量随着富铬液中铬浓度的增加而提高，在浓度500mg/kg～3000mg/kg时，果肉中的铬含量高而稳定，南瓜叶面未表现出不良反应，当浓度大于3000mg/kg时，果肉中的铬含量没有相应提高，而叶面出现铬害症状。因此确定铬的适宜浓度为500～3000mg/kg。

(3)铬吸收助剂KH₂PO₄、K₂MnO₄的确定

众所周知，K、P、Mn均为植物生长必须元素，K有利于植物体内营养物质的运输，P为植物生命物质的构成元素，Mn能促进植物生长，通过上述元素的有、无及浓度对比试验，根据果肉中铬含量的变化，确定KH₂PO₄适宜浓度为(5～10)g/kg，K₂MnO₄浓度为(1～5)g/kg。

(4)吐温20的选择

为提高富铬液在南瓜叶面的粘着性，延长在叶面的滞留时间，增加叶面吸收的机会，加入2ml/L的吐温20。

依据上述研究，形成富铬液的配方：

Cr₂O₃         (500～3000)mg/kg

KH₂(PO₄)      (5～10)g/kg

K₂MnO₄        (1～5)g/kg

吐温20           2ml/L

其余             水

2、富铬液制备

(1)按富铬液的配方，先将KH₂(PO₄)置入水中，搅拌使其完全溶解成磷酸二氢钾溶液；

(2)在磷酸二氢钾溶液中加入Cr₂O₃，搅拌使其完全溶解；

(3)再加入K₂MnO₄搅拌使其完全溶解，最后加入吐温20搅匀后即得；

(4)富铬液即配即用。

3、富铬液的应用

(1)按照正常的栽培方法进行南瓜种植

在研究了铬在南瓜中的代谢过程及环境因素对南瓜吸收铬的影响的基础上研究富铬液的应用方法。以K₂CrO₄为载体，用⁵¹Cr同位素标记，放射强度为200μCi/株，在消化样中加闪烁液，用液体闪烁仪测量⁵¹Cr的放射性，对处于不同生长时期(幼苗期、抽蔓期、花期、结果期)的南瓜进行标记，采用叶片涂抹、根部施入的方法研究Cr在南瓜体内的分布及南瓜对Cr的吸收动力学。后陆续对标记物进行测定。初步探明：苗期根部标记⁵¹Cr，吸收转运10天后，离根部较近的叶片中⁵¹Cr累积量最高，随着与根部距离的增加，叶片中⁵¹Cr含量依次递减；花期根部标记⁵¹Cr，在叶片和果实中都含有⁵¹Cr，其中蔓中部功能叶片中⁵¹Cr含量高于其它叶片；叶片涂抹标记⁵¹Cr，距标记位置近的叶片及果实中⁵¹Cr含量相对较高；涂抹标记与根部施入标记方法相比，南瓜各器官Cr含量普遍偏低；动力学研究结果表明，⁵¹Cr⁶⁺在南瓜中24小时内可以吸收转运到地上部其它器官。幼苗期南瓜体内对⁵¹Cr的吸收分布与扯蔓期、初花期及结果期相似。由此初步认为：根部是吸收Cr的主要器官，Cr在南瓜体内的运输方向是从根部向植株的花、果实、及生长端运输，很少逆向运输，Cr在南瓜体内分布依次为，根部Cr含量＞茎、叶＞花＞果实。另外，从植株地上部的分布看，Cr含量与器官光合作用强弱有一定关系。

(2)使用方式的确定

根据上述研究结果，南瓜对铬的吸收根部大于叶部，但由于根部吸收的铬仅有很少量运输到地上部，运输累积到南瓜果实中铬则更少；施入土壤的铬仅有部分被吸收，遗留部分会对土壤产生污染。因此，采用地上施入的方式～叶部喷洒。

(3)使用时期的确定

根据铬在南瓜中的运输方向及在体内转化的时间，通过苗期～果实成熟期6个施期处理的对比试验，依据果实中铬含量，确定最佳施入时期为初花期后的2周内，分次施入效果更好。

(4)使用时间的确定

在喷洒时间上，分别在晴天早晨、中午、下午、傍晚和阴天、小雨天等不同气候、不同时间喷洒，测定观察南瓜果实中的铬含量及植株反应，晴天中午喷洒极易导致药害，因、雨天喷洒吸收效果最差，晴天傍晚效果最好。

(5)使用量的确定

通过施入量(10、50、100、150、200ml/株/次)、施入次数及间隔时间(3、7、14、21、28、35、40天)的多因子多水平比较试验，以初花期为初施期，每7天一次，连续3次，每次50～100ml/株的处理效果最好。

根据上述研究，形成富铬液应用方法如下：

待初花始期，于晴天傍晚向南瓜叶面喷洒富铬液。喷洒量为50ml～100ml/株/次。之后每周一次，连续3次。

田间正常管理下，生理成熟(花后40天左右)的南瓜果肉中铬含量比对照提高10倍以上。

2004年，申请人在陕西杨凌地区应用本发明进行验证。以J121-12-55等4个南瓜材料为栽培品种，栽培土壤中的铬含量57.9mg/kg，灌溉水中的铬含量0.009mg/kg。于初花始期的晴天傍晚向南瓜叶面喷洒富铬液。喷洒量为50ml～100ml/株/次。之后每周一次，连续3次。田间正常管理下，测定生理成熟(花后40天左右)南瓜果肉中的铬含量(测定方法同前述)，结果见表2(参见附件1)。

表2                     富铬液富集铬效果比较

  供试品种  未喷富铬液的  铬含量mg/kg  喷洒富铬液的铬  含量mg/kg  提高的倍数  J121-12-58  0.034  0.450  13.23  日-P2-55  0.039  0.410  10.51  永安2号  0.0125  0.480  38.40  035×永2  0.009  0.130  14.4

从表2中看出，使用该富铬液并按照标准方法使用，可使南瓜果肉中铬的含量提高10倍以上，最高可提高38.4倍，达到显著提高南瓜中铬含量的目的，由于样品中未检出六价铬，说明样品中几乎全为三价铬，同时土壤中的铬含量未有明显的变化(增加1.69％，小于5％测定误差)，说明本发明的富铬液在生产富含铬(Cr³⁺)南瓜的使用过程不会对土壤环境造成污染。证明了该富铬液可以用于富铬南瓜的生产。