[发明专利]一种富含花青素的水稻降镉叶面阻控剂及其施用方法

说明书

本发明公开了一种富含花青素的水稻降镉叶面阻控剂及其施用方法，是通过对蓝莓进行超声浸提，获得富含花青素的蓝莓提取物，用作水稻降镉叶面阻控剂。本发明通过一种工艺简单、成本低、效率高的方式提取富含花青素的蓝莓提取物作为水稻降镉叶面阻控剂，通过叶面喷施即可有效调节水稻叶片抗氧化系统并抑制镉的吸收和转运，达到降低低镉污染土壤环境下水稻籽粒镉含量的效果，实现安全生产；且本发明的叶面阻控剂直接兑水即可叶面喷施，操作方便、易于接受、便于推广。

技术领域

本发明涉及降低水稻籽粒Cd含量的方法，尤其涉及一种富含花青素的水稻降镉叶面阻控剂及其施用方法。

背景技术

镉(Cd)是土壤中流动性强、生物利用度高的重金属元素，它可以被植物吸收进入食物链中，进而危害食品安全和人体健康。对中国长江三角洲土壤-植物-人类系统重金属污染的研究表明，土壤中Cd的含量明显高于其他重金属。水稻作为世界上主要的谷类作物，对Cd的生物积累因子较高。在对湖南省四个典型的水稻生产乡镇的研究表明，所有的水稻籽粒样品Cd含量均高于国家水稻籽粒Cd含量标准(GB 2762-2017，Cd0.2mg/kg)。近些年，“镉大米”得到了社会广泛关注，如何降低水稻籽粒Cd含量是农田土壤重金属污染领域一直有待解决的技术难题。

Cd作为植物生长非必需元素，会导致水稻体内活性氧累积和脂质过氧化的产生，高活性自由基(O^2-、·OH)和过氧化氢(H₂O₂)与细胞损伤具有显著相关性。为了减轻过量活性氧累积造成的氧化损伤，植物的抗性机制一般涉及到的主要抗氧化物有：超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)以及非酶抗氧化物，如黄酮类、花青素、谷胱甘肽(GSH)和抗坏血酸(AsA)。在植物抗氧化系统中，SOD首先将O^2-转化为H₂O₂，而POD、CAT和APX具有将H₂O₂转化为H₂O的能力。此外，APX和POD能够催化H₂O₂直接氧化酚类或胺类化合物，这些化合物参与了GSH-AsA循环。对于植物而言，GSH-AsA系统在调节细胞氧化还原平衡方面起着重要作用。AsA还能通过APX的活性参与到H₂O₂转化为H₂O的过程；GSH与抗氢坏血酸还原酶(DHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)具有清除H₂O₂、·OH和¹O₂的能力。另外，植物地上部Cd主要分布于细胞壁和可溶性部分，Cd对植物亚细胞定位的毒性作用会扰乱植物的正常生理代谢，最终导致植物生长缓慢。地上部植物主要通过细胞壁固定和细胞可溶性部分螯合等作用降低Cd在植物体内的转移进而缓解Cd毒害。研究表明，硫醇化合物在螯合和固定Cd方面具有重要的作用，如非蛋白硫醇(NPT)和螯合素(PCs)。NPT是合成PCs的必要物质，而PCs可以通过在液泡中与重金属形成配体复合物来降低Cd在植物体内的移动性。

花青素作为一种植物自身产生的黄酮类化合物，是目前已知的缓解植物重金属毒害的主要色素物质。自然界存在的花青素主要有矢车菊色素、飞燕草色素、矮牵牛色素、天竺葵色素、芍药色素、锦葵色素，化学结构式见图1。已有研究表明，富含花青素的水果或蔬菜提取物具有一定的抗氧化潜力，如金银花、甘蓝、蓝莓、蔓越莓等；并通过谷胱甘肽S转移酶或囊泡运输网络在亚细胞中实现转移。另外，重金属胁迫会刺激植物产生更多的花青素且易被吸收转移到液泡中。蓝莓(Vaccinium Spp.)是现在已知的花青素含量最高的水果，所含的花青素主要为矢车菊色素。已有研究表明，在外源花青素处理下，Cd和Mn胁迫下Brazilian elodea体内CAT、APX及非酶抗氧化物含量有所提升、呼吸作用增强。外源花青素对洋葱根尖细胞的研究表明，花青素不会改变根组织细胞的有丝分裂，而是将Cd转运固定到液泡。基于外源花青素对洋葱根尖细胞的研究，外源花青素对洋葱Pb吸收的研究表明，花青素能与重金属形成强配体配合物。花青素作为一黄酮类化合物，能够将Pb螯合于液泡中，降低Pb对洋葱的毒性。