CN105145095A - 评价不同种植土壤中辣椒对Cd抗性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种评价不同种植土壤中辣椒对Cd抗性的方法，该方法包括采集自然条件下未受Cd污染的土壤样品；制备不同污染程度、不同类型Cd污染土壤并装盆；将辣椒幼苗分别移栽到制备出的不同污染程度、不同类型Cd污染的土壤中，并按常规方法种植管理辣椒；测试移栽种植在不同土壤中的辣椒生理指标和形态指标；计算辣椒各项指标抗Cd系数，并对其进行主成分分析；采用隶属函数法综合评价不同Cd污染程度和不同种植土壤中辣椒对Cd抗性。本发明能够准确、科学地评价不同Cd污染程度和不同种植土壤中辣椒对Cd抗性的差异，从而为辣椒种植和土壤改良提供理论依据。

Description

评价不同种植土壤中辣椒对Cd抗性的方法
技术领域
本发明属于农业科学领域，具体涉及到一种用于评价不同种植土壤辣椒苗期抗Cd性的方法。
背景技术
土壤是农业生产的重要资源，但是据2014年国家环境保护部与国土资源部公布的《全国土壤污染状况调查公报》获知，我国土壤环境状况总体不容乐观，其中重金属污染物以82.8%点位超标率作为主要的土壤环境问题。相对于铅、汞、砷等重金属，镉(Cadmium,Cd)在土壤中存在时间很长，半衰期可达15-1000年，而且对生物体毒性较高，活性与移动性也较强。
辣椒(CapsicumannumL.)是我国重要的经济作物，全国种植面积约3000万亩，种植面积居世界各国之首，产值在蔬菜中居第一位，在保证我国蔬菜周年均衡供应中起重要作用。Liu等（LiuHY,etal,2005）报道辣椒为Cd高富集蔬菜类，辣椒受Cd污染后，不仅会严重影响其口感、降低其营养价值和品质，而且会进一步通过食物链向人体中迁移和积累，进而危害人体健康。
Cd胁迫条件下，植物对Cd毒害的耐性因植物种类、Cd浓度、土壤类型等存在种内和种间的差异。我国土壤类型多样，为减少辣椒遭受Cd毒害，在种植辣椒时需考虑Cd污染浓度及土壤类型。如何准确地评价不同污染程度、不同种植土壤中辣椒对Cd的抗性成为亟需解决的关键技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：准确、科学地提供一种用于对比不同Cd污染程度和不同种植土壤中辣椒对Cd抗性的评价方法，可有效降低Cd对辣椒的毒害。
本发明是这样实现的：
1.基本思路
在不同程度、不同类型Cd污染土壤中种植长势一致的辣椒幼苗，辣椒胁迫30天，即辣椒移栽后至第一朵花出现开始测定生理指标和形态指标，并计算各项指标的抗Cd系数，然后对各项指标抗Cd系数进行主成分分析，最后通过隶属函数法准确、综合地评价不同条件下辣椒对Cd的抗性。
2.本发明的方法包括下列步骤：
步骤1：采集自然条件下未受Cd污染的土壤样品；
步骤2：制备不同污染程度、不同类型Cd污染土壤并装盆；
步骤3：将辣椒幼苗分别移栽到步骤2中制备出的不同污染程度、不同类型Cd污染的土壤中，并按常规方法种植管理辣椒；
步骤4：测试步骤3移栽种植在不同土壤中的辣椒生理指标和形态指标；
步骤5：计算辣椒各项指标抗Cd系数，并对其进行主成分分析；
步骤6：采用隶属函数法综合评价不同Cd污染程度和不同种植土壤中辣椒对Cd抗性。
其中，所述制备不同污染程度、不同类型Cd污染土壤并装盆包括如下步骤：
Cd污染土壤的制备：按土壤类型分组布置盆栽试验，每组试验按预设添加Cd2+浓度设置处理，每个处理重复3次；随后将CdCl2·2.5H2O分析纯溶于超纯水，然后以喷雾形式将其均匀喷洒于土样中并充分搅拌；
Cd污染土壤装盆:将制备的Cd污染土壤装入经稀酸浸泡并冲洗干净、带有托盘的塑料盆钵中，盆钵大小为20cm×25cm，每盆装土3.5kg。
其中，步骤3中辣椒在移栽前通过漂浮育苗法培育幼苗，待其长出6片真叶时，进行炼苗并挑选健壮、长势一致的辣椒植株移栽到不同污染程度、不同类型Cd污染的土壤中。
其中，步骤4中辣椒生理指标包括SOD、POD、MDA和根系活力，辣椒形态指标包括株高、生物量和根冠比。
其中，步骤5中计算辣椒各项指标抗Cd系数方法如下：根据公式A%=（Cd胁迫处理测定值/对照测定值）×100%计算辣椒各单项指标抗Cd系数；主成分分析方法如下：利用DPS软件或SPSS软件对辣椒各单项指标的抗Cd系数进行主成分分析，根据最少特征值大于1原则，选取新的用于抗Cd评价综合指标。
其中，步骤6中所述隶属函数法包括如下步骤：
先根据公式U（x）=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)，（i=1,2,......n）计算新的综合指标的隶属函数值，再根据公式Wi=Pi/∑Pi（i=1,2,......n）计算各综合指标的权重，然后根据公式D=∑[U（x）×Wi]，(i=1,2,......n)计算不同Cd污染程度、不同种植土壤类型中辣椒综合抗Cd能力的大小，最后根据D值准确判断不同Cd污染程度和不同种植土壤中辣椒对Cd抗性；
式中U（x）表示第i个综合指标的隶属函数值；Xi表示第i个综合指标得分值；Xmax、Xmin分别表示第i个因子得分最大值、最小值；Wi表示第i个综合指标在所有综合指标中的重要程度；Pi为第i个综合指标的贡献率；D值为辣椒在某种土壤Cd毒害条件下抗Cd性综合评价值。
由于采用了本发明的技术方案，能够科学有效判断不同Cd污染程度和不同种植土壤中辣椒对Cd抗性的不同，从而有目的地选择辣椒的种植土壤，并提供了对土壤进行改良的理论依据，从而在实际生产中有效降低Cd对辣椒的毒害，提高辣椒种植效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明：
本发明的技术方案包括如下步骤：
(1)土壤样品的采集：随机混合采集自然条件下未受Cd污染的不同类型土壤样品，风干、过筛、除杂后保存备用。
(2)Cd污染土壤的制备：按土壤类型布置n组盆栽试验，每组试验按预设添加Cd2+浓度设置处理，每个处理重复3次。随后根据实际需求，将CdCl2·2.5H2O分析纯溶于超纯水，然后以喷雾形式将其均匀喷洒于土样中并充分搅拌。
(3)Cd污染土壤装盆:将(2)制备的土壤装入经稀酸浸泡并冲洗干净、带有托盘（接纳渗漏出的Cd溶液，以便倒回盆钵防止Cd液淋溶损失影响试验结果的准确性）的塑料盆钵中，盆钵大小为20cm×25cm，每盆装土3.5kg。
(4)辣椒育苗、移栽与管理：通过漂浮育苗法培育辣椒幼苗，待其长出6片真叶时，进行炼苗并挑选健壮、长势一致的辣椒植株移栽到不同Cd浓度盆栽土壤中，每盆2株。辣椒生长期间用自来水浇灌，水中Cd含量未检出，并按常规管理方式施肥、防治病虫害。
(5)测试辣椒生理指标和株高、生物量、根冠比等：参考郝建军等编著《植物生理学实验技术》方法测定辣椒SOD、POD、MDA、根系活力等各项生理指标。用直尺量取辣椒茎基部到生长点的高度，记为辣椒株高。用烘干称重法测定辣椒根、茎、叶干重，作为辣椒根、茎、叶生物量。根冠比=辣椒根干重/茎叶干重×100%。
(6)计算单项指标抗Cd系数：根据公式A%=（Cd胁迫处理测定值/对照测定值）×100%计算辣椒各单项指标抗Cd系数。
(7)主成分分析：利用DPS软件或SPSS软件对辣椒各单项指标的抗Cd系数进行主成分分析，根据最少特征值大于1原则，选取新的用于抗Cd评价综合指标。
(8)综合评价：先根据公式U（x）=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)，（i=1,2,......n）计算新的综合指标的隶属函数值，再根据公式Wi=Pi/∑Pi（i=1,2,......n）计算各综合指标的权重，然后根据公式D=∑[U（x）×Wi]，(i=1,2,......n)计算不同Cd污染程度、不同种植土壤类型中辣椒综合抗Cd能力的大小，最后根据D值准确判断不同Cd污染程度和不同种植土壤中辣椒对Cd抗性。
式中U（x）表示第i个综合指标的隶属函数值；Xi表示第i个综合指标得分值；Xmax、Xmin分别表示第i个因子得分最大值、最小值。Wi表示第i个综合指标在所有综合指标中的重要程度；Pi为第i个综合指标的贡献率。D值为辣椒在某种土壤Cd毒害条件下抗Cd性综合评价值。
实施例1：贵州典型黄壤和石灰土辣椒幼苗的抗Cd性评价
1.供试材料
供试辣椒为朝天椒8024，由贵州省辣椒研究所提供。
供试土壤采自贵州省贵阳市清镇市青龙街道办事处石关村的耕作黄壤（N:26o34′，E:106o30′）和石灰土（N:26o34′，E:106o31′）。随机采集表层0～20cm的混合土壤样品，为避免引起土壤二次污染，采样时用不锈钢铲，并用干净的编织袋盛装土壤样品。样品采回后自然风干后过5mm不锈钢筛并去除植物根系，保存备用。供试土壤理化性质见表1。
2.试验方法
（1）Cd污染土壤的制备及装盆：
2014年4月在贵州省辣椒研究所网室内按土壤类型布置了2组盆栽试验，每组试验按添加Cd2+浓度分为5个处理（T0=0mg/kg，T1=0.5mg/kg,T2=1.0mg/kg,T3=2.5mg/kg,T4=5.0mg/kg）。每个处理3次重复，完全随机设计。根据试验的预设浓度，将CdCl2·2.5H2O分析纯溶于超纯水，然后以喷雾形式将其均匀喷洒于土样中。充分搅拌后将土样装入经稀酸浸泡并冲洗干净、带有托盘（接纳渗漏出的土壤溶液，以便倒回盆钵防止Cd液淋溶损失影响试验结果的准确性）的塑料盆钵中，盆钵大小为20cm×25cm，每盆装土3.5kg。随后，将盆钵移入室内静置两周，保持土壤含水量在田间持水量的70%左右。
（2）育苗：按照中国专利文献公开的《辣椒漂浮育苗基质的制作方法》（专利公开号：CN101779591B）准备育苗基质，采用辣椒漂浮育苗技术进行育苗。
（3）辣椒移栽与管理：待幼苗长出6片真叶时，进行炼苗并挑选健壮、长势一致的辣椒植株移栽到不同Cd浓度盆栽土壤中，每盆2株。辣椒生长期间用自来水浇灌，水中Cd含量未检出，并按常规管理方式施肥、防治病虫害。
（4）样品测试：土壤pH用水浸提-酸度计法，有机质用重铬酸钾氧化外加热法，Cd总量用HNO3-HF消化法；辣椒株高用直尺测量、生物量用烘干称重法、根系活力用氯化三苯基四氮唑法、MDA用硫代巴比妥酸反应法、SOD用氮蓝四唑光化还原法、POD用愈创木酚法。
4.抗性评价
(1)根据辣椒各项指标（株高、根生物量、茎生物量、叶生物量、根冠比、MDA、SOD、POD）的测定值，用公式A%=（Cd胁迫处理测定值/对照测定值）×100%计算各单项指标抗Cd系数。
(2)利用DPS软件对辣椒8个单项指标的抗Cd系数进行主成分分析，根据最少特征值大于1原则，选取前3个综合指标，它们的贡献率分别为53.36%、24.27%、12.89%，累积贡献率达90.52%。由各综合指标的系数可知，第1综合指标包括株高、根生物量、POD活性的抗Cd系数，第2综合指标包括叶生物量的抗Cd系数，第3综合指标包括茎生物量、根冠比、MDA和SOD活性的抗Cd系数。由此把8个单项指标转换为3个新的相互独立的综合指标，并且代表了原来8个指标90.52%的信息。
(3)综合评价：先根据公式U（x）=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)，（i=1,2,3）计算新的综合指标的隶属函数值，再根据公式Wi=Pi/∑Pi（i=1,2,3）计算各综合指标的权重，然后根据公式D=∑[U（x）×Wi]，(i=1,2,3)计算不同Cd污染程度、不同种植土壤类型中辣椒综合抗Cd能力的大小。各计算结果见表2。
根据表2中D值准确判断不同Cd污染程度和不同种植土壤中辣椒对Cd抗性。由表2看出，不同Cd污染程度条件下，种植于黄壤中辣椒明显比石灰土中的抗性强。

Claims (6)

1.一种评价不同种植土壤中辣椒对Cd抗性的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤1：采集自然条件下未受Cd污染的土壤样品；
步骤2：制备不同污染程度、不同类型Cd污染土壤并装盆；
步骤3：将辣椒幼苗分别移栽到步骤2中制备出的不同污染程度、不同类型Cd污染的土壤中，并按常规方法种植管理辣椒；
步骤4：测试步骤3移栽种植在不同土壤中的辣椒生理指标和形态指标；
步骤5：计算辣椒各项指标抗Cd系数，并对其进行主成分分析；
步骤6：采用隶属函数法综合评价不同Cd污染程度和不同种植土壤中辣椒对Cd抗性。
2.根据权利要求1所述的评价不同种植土壤中辣椒对Cd抗性的方法，其特征在于：所述制备不同污染程度、不同类型Cd污染土壤并装盆包括如下步骤：
Cd污染土壤的制备：按土壤类型分组布置盆栽试验，每组试验按预设添加Cd2+浓度设置处理，每个处理重复3次；随后将CdCl2·2.5H2O分析纯溶于超纯水，然后以喷雾形式将其均匀喷洒于土样中并充分搅拌；
Cd污染土壤装盆:将制备的Cd污染土壤装入经稀酸浸泡并冲洗干净、带有托盘的塑料盆钵中，盆钵大小为20cm×25cm，每盆装土3.5kg。
3.根据权利要求2所述的评价不同种植土壤中辣椒对Cd抗性的方法，其特征在于：步骤3中辣椒在移栽前通过漂浮育苗法培育幼苗，待其长出6片真叶时，进行炼苗并挑选健壮、长势一致的辣椒植株移栽到不同污染程度、不同类型Cd污染的土壤中。
4.根据权利要求3所述的评价不同种植土壤中辣椒对Cd抗性的方法，其特征在于：步骤4中辣椒生理指标包括SOD、POD、MDA和根系活力，辣椒形态指标包括株高、生物量和根冠比。
5.根据权利要求3所述的评价不同种植土壤中辣椒对Cd抗性的方法，其特征在于：步骤5中计算辣椒各项指标抗Cd系数方法如下：根据公式A%=（Cd胁迫处理测定值/对照测定值）×100%计算辣椒各单项指标抗Cd系数；主成分分析方法如下：利用DPS软件或SPSS软件对辣椒各单项指标的抗Cd系数进行主成分分析，根据最少特征值大于1原则，选取新的用于抗Cd评价综合指标。
6.根据权利要求5所述的评价不同种植土壤中辣椒对Cd抗性的方法，其特征在于：步骤6中所述隶属函数法包括如下步骤：
先根据公式U（x）=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)，（i=1,2,......n）计算新的用于抗Cd评价综合指标的隶属函数值，再根据公式Wi=Pi/∑Pi（i=1,2,......n）计算各综合指标的权重，然后根据公式D=∑[U（x）×Wi]，(i=1,2,......n)计算不同Cd污染程度、不同种植土壤类型中辣椒综合抗Cd能力的大小，最后根据D值准确判断不同Cd污染程度和不同种植土壤中辣椒对Cd抗性；
其中，U（x）表示第i个综合指标的隶属函数值；Xi表示第i个综合指标得分值；Xmax、Xmin分别表示第i个因子得分最大值、最小值；Wi表示第i个综合指标在所有综合指标中的重要程度；Pi为第i个综合指标的贡献率；D值为辣椒在某种土壤Cd毒害条件下抗Cd性综合评价值。
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