[发明专利]一种冷等离子体种子处理方法的应用

说明书

一种冷等离子体种子处理方法的应用，该应用可以在同时促进重金属镉胁迫下作物种子萌发及幼苗生长、提高作物产量、且降低粮食作物可食部位重金属含量。冷等离子体种子处理可使水稻在镉污染浓度为1.66 mg/L土壤中生长收获后，产量增加12.4%~38.9%，糙米中的Cd含量降低4.1%~33.8%；可使小麦在镉污染浓度为0.51mg/L土壤中生长收获后，籽粒中的Cd含量降低5.6%~23.8%。

技术领域

本发明属于冷等离子体种子处理方法的应用，具体涉及一种冷离子体种子处理技术，旨在提高重金属胁迫下粮食作物种子萌发生长及产量，以及降低其可食部位重金属镉含量方面的新用途。

背景技术

镉(Cadmium，Cd)是一种生物毒性极强且高移动性的重金属元素，通过工业废物排放、农业杀虫剂及含Cd肥料施用而进入农业生产系统。镉污染在世界范围内广泛存在，如日本的“镉米事件”就是因为用被镉污染的河水灌溉农田，使稻米中含有大量镉，而引发镉中毒。据2014年环境保护部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国镉污染点位超标率为7.0％，受Cd污染的土地面积已超过1.333万hm²，涉及11个省25个地市。土壤中Cd的含量范围一般在0.01～2mg/kg，作物吸收Cd的量与土壤溶液中Cd浓度密切相关。镉污染不仅会造成农作物减产，还会累积到农产品可食部位。据报道，全国每年仅因重金属污染而减产的粮食达1000多万吨，被重金属污染的粮食也多达1200万吨，合计损失至少200亿人民币。其中，每年生产的Cd含量超标的农产品达730万吨，食用了含Cd的农产品将导致人体骨质疏松、易发癌症、肝肾功能紊乱以及高血压等症，严重威胁人类的生活品质和健康安全。

水稻和小麦是中国主要粮食作物之一。由于种子萌发和幼苗生长期是植物生命周期的重要阶段，也是对外界环境因子最敏感的时期之一，因而，种子萌发和苗期生长状况常作为评价重金属耐性的重要指标。研究表明，水稻品种对Cd的敏感性在不同生育时期具有一致性，水稻萌发时期生长状况直接影响作物以后的生长和产量。农田Cd污染会影响作物生长、产量和品质。不同的作物对Cd的吸收累积能力不一样，禾谷类作物，如水稻、小麦和玉米为Cd污染敏感型作物。虽然对Cd的生理耐受性较强，但其产品(籽实)易累积土壤中对人体有害的Cd而丧失食用价值。我国发布的食品安全国家标准《GB 2762—2017食品中污染物限量》对谷物碾磨加工品和糙米中镉限量指标分别是0.1和0.2mg/kg。当土壤Cd含量为2.21mg/kg时，糙米中Cd含量可达2.64mg/kg,超过食品卫生标准最高限量的12倍。不同水稻品种对Cd的吸收和分配存在明显差异，一般认为生育期较长对高产品种的糙米Cd含量高于生育期较短的中、低产品种的；杂交稻的Cd含量高于常规稻；籼稻品种糙米Cd含量高于粳稻。对于小麦而言，只有在土壤中镉含量较高(1.411mg/kg)时，小麦籽粒才会有明显的镉积累。通常，作物受到Cd胁迫表现为根尖变黑、生长受阻、组织失绿、干物质产量降低等，严重时会导致作物死亡。目前用于促进重金属胁迫下种子萌发的方法有低剂量⁶⁰Co-γ辐照处理技术和外源添加水杨酸，含硫化合物等方法；用于减少土壤中Cd对作物毒害作用及其在作物籽实中含量的方法有加入钝化剂或是通过水肥管理等农艺调控措施，降低土壤中Cd的生物有效性，从而降低作物对其吸收累积，但这些方法在实际应用中都存在一定的局限性，如设备要求高或对环境造成一定的污染等。

利用等离子体处理农作物种子是近几年来的一个新兴的物理农业工程技术，具有成本低、操作简单、无污染等优点。该技术在俄罗斯及独联体国家已有一定的应用规模，中小型工厂化低温等离子体种子处理企业已经出现。在美国、加拿大等国家也有这方面的报道。国外研究证明，低温等离子体处理可以激活种子胚内生命物质，并使种皮相对软化，加快种子萌发和出苗速度，表现出一定的增长效果，同时起到抗旱、抗寒、防病等作用。国内的研究证明水稻种子经过等离子体处理后，种子活力增强，促进萌发、发芽势，发芽率提高，根系发达、还可以促进幼苗生长，提高产量。玉米、小麦、大葱、苜蓿种子经过等离子体处理提高了田间长势，还增强了作物苗期对冻害、水分胁迫和盐胁迫的抗性。

发明内容