[发明专利]一种植物镉螯合物原位检测方法及系统

说明书

本发明涉及一种植物镉螯合物原位检测方法及系统。该方法包括：获取不同浓度的氯化镉样本和植物螯合肽2样本；根据氯化镉样本和植物螯合肽2样本，利用太赫兹时域光谱技术，确定氯化镉样本的太赫兹反射成像图和植物螯合肽2样本的太赫兹反射成像图；根据第一光谱数据构建氯化镉的含量检测模型；根据第二光谱数据构建植物螯合肽2的含量检测模型；根据氯化镉的含量检测模型和植物螯合肽2的含量检测模型确定最优混合样本；根据最优混合样本构建Cd‑PC₂含量检测模型；利用Cd‑PC₂含量检测模型确定待检测植物中植物镉螯合物的含量。本发明能够快速原位检测植物的重金属富集量，进而能够对该品种的植物修复性能进行准确、快速地评价。

技术领域

本发明涉及镉螯合物检测领域，特别是涉及一种植物镉螯合物原位检测方法及系统。

背景技术

随着人们的活动，大量的重金属元素进入了土壤系统产生重金属污染。镉是较为普遍的一种土壤重金属污染类型，其通过在土壤-植物-食物链系统中的迁移，成为危及人类健康的主要环境问题。

传统的物理与化学重金属污染治理方法(如填土、淋洗及电化学法等)虽然治理效果较好，但存在成本高，管理难，易造成二次污染，对环境扰动大等缺点。Chaney于上世纪末首次提出了通过种植能够大量吸附重金属的植物来降低土壤重金属含量的植物修复法(Phytoremediation)。植物修复对土壤环境扰动小，成本低，无二次污染，具有过程原位性与效果永久性的特点，目前已成为土壤修复技术的研究热点。一些公认的富集植物(Accumulator)如印度芥菜(Brassicajunica)，其生长快，生物量大，能够将吸收的88％以上的重金属转运到地上部分，达到极高的土壤的净化率。

但在实际应用中，植物修复也存在一些缺陷，如某些生长环境导致品种的生物量低，长势缓慢，根系不发达，低重金属浓度下不能有效富集，而高重金属浓度下生长受抑制，从而降低了植物修复的效率和环境适用性。可见，决定植物修复效能的关键在于富集植物品种对应用环境的适应能力及对土壤中重金属的富集与耐受能力。利用驯化与杂交等技术将生长快、生物量大、适应性强的品种相融合，培育具有实用价值的超富集植物(Hyperaccumulator)品种是植物修复技术研究的新方向。

超富集植物是重金属富集能力达到普通植物品种100倍的品种。目前至少有45个科的400种植物被鉴定为超富集植物，主要集中于十字花科植物的芸苔属(Brassica)、庭芥属(Alyssuns)和遏蓝菜属(Thlaspi)，且绝大多数种质分布于国外。青菜是中国主要的十字花科农作物之一，其中的一些品种也具有很强的Cd富集能力。研究、培育及提升我国自有知识产权的重金属超富集青菜品种及其Cd富集能力，对我国土壤重金属植物修复领域的技术、超富集植物种质资源与新品种开发技术的积累具有重要的意义。

传统衡量植物重金属富集能力的众多指标(转运系数、富集系数等)的计算均基于植物体各部分的重金属含量，而耐受能力仅能通过植物表型或质量被抑制的程度(如根冠比)间接反映。但有些植物的重金属耐受能力表现为通过排泄或衰老等机制将重金属排出体外，如分泌一些脱落酸促进受毒害的叶片脱落。因此，重金属耐受性较强的植物并不一定同时具有较强的重金属富集能力，未必具备植物修复的功能。另一方面，植物通过自身合成几种小分子化合物配体，与重金属离子螯合形成毒性较低的复合物，并转运固定至细胞特定的区域隔离。这类小分子包括金属硫蛋白(Metallothionein，MTs)、有机酸、氨基酸等。其中，植物螯合肽(Phytochelatins，PCs，(γ-Glu-Cys)n-X，n＝2～11，X可缺失或为Gly、β-Ala、Ser和Glu等)是一类富含半胱氨酸的多肽，属于植物体中普遍存在的、对抗重金属最主要的Class III MTs。其通过半胱氨酸上的巯基与重金属离子螯合形成无毒的重金属-S螯合物。因此，重金属-S键可用于区分游离态与络合态重金属，其含量可作为同时表征植物重金属富集与耐受能力的重要指标。能够合成更多螯合物的超富集个体，可被视为兼具更高的重金属吸附能力与重金属耐受性，鉴定识别该类个体进行品种选育，可获得植物修复性能进一步强化的新品种。