技术领域
[0001] 本
发明涉及
生物农业，特别涉及一种利用丛枝状菌根菌降低大豆中镉含量的方法。
背景技术
[0002] 镉(Cd)是一种常见的环境和工业毒物，
半衰期很长(长达10～35年)，在
土壤—
植物系统中迁移较为活跃。随着工农业生产的发展，环境中镉含量逐年上升。据统计，每年在世界范围内进入土壤的镉总量为2.2万t。
[0003] Cd对植物的危害主要包括抑制
种子的萌发、引起植物根的损伤、阻碍
叶片的光合作用、扰乱细胞代谢，甚至程序性死亡等。Ditoppil等研究表明，镉胁迫抑制酶的活性，引起对植物根部损伤，主要表现为损伤根尖细胞核仁，抑制核糖核酸酶活性，改变RNA的合成；抑制
硝酸还原酶活性，减少根部对硝酸盐的吸收以及向地上部的转运等。镉会干扰Fe代谢，降低植物体内Fe的有效性，干扰有关叶绿素合成酶的活性，使叶绿素合成受阻。镉通过拮抗作用干扰
水稻对Mn、Zn、Mg等元素的吸收、迁移，阻断
营养元素向叶部输送，降低叶绿素的合成能
力。植株受镉毒害后，细胞分裂会出现障碍，或不正常分裂，使细胞分裂周期延长，
染色体断裂、畸变、粘连和
液化，从而导致水稻生长停滞或畸形生长，在镉胁迫下植物体内积累过量的H2O2，导致植物对重金属的抗性机制不再起作用,植物表现出毒害症状或死亡。
[0004] 人主要通过食物、吸烟、大气污染3个途径吸收镉，正常人体内含镉量仅有30～40mg，其中33％在肾脏，14％在肝内，2％在
肺内，0.13％在胰内，当镉的浓度在各器官中超过该限度时，就会发生镉中毒。镉的过量摄入则能抑制人体生长，影响
氨基酸脱羧酶、组氨酸酶、
淀粉酶、过
氧化氢酶等酶系统的活力，干扰Cu、Co、Zn等微量元素的代谢，引起一系列
疾病。
[0005] 目前，经过大量研究，已有许多降低作物和土壤中镉含量的方法，主要分为物理方法、化学方法、生物方法等。物理方法包括深耕、刮除表土用于路基、烧成砖瓦等。化学方法包括向镉污染土壤上施用石灰、
硅肥、
钙镁磷肥、
有机肥等可以达到抑制植物吸收的目的。生物方法指通过生物作用改变重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性。目前应用较多的微
生物修复技术有直接向镉污染土壤接入外源污染降解菌的投菌法，定期向土壤投加
微生物需要的物质的生物培养法和强迫土壤微生物氧化的生物通气法。
[0006] 目前利用枝菌根
真菌(AM Fungi)促进植物对土壤磷的吸收的机理研究比较透彻，效应最为明显。丛枝菌根抑制植物对Cd等其他重金属的吸收机制研究也正在开展，概括起来，菌根吸收重金属的作用机制可分为菌根的直接作用和间接作用。直接作用：菌根外生菌丝对过量重金属进入菌根有机械屏障作用，在外生菌根上这种作用非常明显。Colpaert和VanAssche研究发现，与不接种的对照相比，菌根植物根系中锌含量明显较高，表明菌根真菌可以将锌阻滞于根部。Dueck等认为菌根缓解锌毒害可能是通过真菌表面的
吸附作用，或是外生菌丝产生多糖分泌物质的结合作用而降低其毒性。间接作用：通过改变
宿主植物根系生理学、形态学及
根际环境等间接作用缓解或免除重金属对植物的毒害。比如菌根的形成改变了根际微
生物群落的组成，或者改变根系形态，菌根菌的侵染也会使宿主植物的根系生物量、根长等发生变化，从而影响重金属的吸收和转移。还有改变宿主植物养分状况，由于生物稀释效应的作用使菌根植物体内重金属含量降低，从而减轻重金属毒害作用。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种利用丛枝状菌根菌降低大豆中镉含量的方法，通过大豆和其它作物的
轮作栽培和磷肥施用改变丛枝状菌根菌对大豆根部的侵染率，从而降低大豆植株对镉的吸收，并最终降低大豆籽粒中镉的含量。
[0008] 为实现上述目的本发明采用如下的技术方案：
[0009] 一种利用丛枝状菌根菌降低大豆中镉含量的方法，包括以下步骤：
[0010] 1.1、选择土壤，选择适宜大豆生长的轻中质地、排水良好的大田土壤；
[0011] 1.2、丛枝状菌根菌田间培养，在步骤1.1选择土壤上种植前茬菌根作物；并通过调节磷肥施用量来控制丛枝状菌根菌的数量；
[0012] 1.3、大豆种植和田间管理，在步骤1.2种植过前茬菌根作物的土壤上种植大豆，并在大豆生长期进行常规的田间管理；
[0013] 1.4、丛枝状菌根菌侵染率的测定，在大豆生长7-8周采大豆根系测定侵染率；
[0014] 1.5、Cd含量的测定，在大豆
收获期随机采取大豆籽粒，洗净晾干并
磨碎消煮，然后用ICP-MS测定大豆地上部植株中镉的含量。
[0015] 所述的丛枝状菌根菌为内囊霉科、与高等植物根系能够形成共生体系的真菌。
[0016] 步骤1.2所述丛枝状菌根菌的田间培养，是指在
播种大豆的前一年，在土壤中种植菌根作物，即能够和丛枝状菌根菌形成共生关系的非十字花科作物，并利用土壤中可溶性磷含量与丛枝状菌根菌数量的负相关关系，通过不施用磷肥、少施用磷肥等措施来控制丛枝状菌根菌的数量。
[0017] 所述非十字花科作物包括玉米、小麦或向日葵。
[0018] 步骤1.3所述大豆种植和田间管理，是指大豆播种时，控制株距20cm，行距60cm；
施肥时，除磷肥外，氮肥和
钾肥施用量分别为20kg N/ha和80kg K2O/ha并在大豆播种50天、80天后分别喷施广谱
杀菌剂和
杀虫剂。
[0019] 步骤1.4所述菌根菌侵染率的测定方法为，在大豆播种7-8周后采取大豆根部，通过台盼蓝兰染色法(Typan Blue)和放大交叉法来计算丛枝状菌根菌的侵染率。
[0020] 步骤1.5的具体作法是，在大豆收获期，采取大豆籽粒，分别用
自来水、去离子水冲洗各3次，再于干燥洁净的实验室内自然晾干，后进行
粉碎，并用色谱级硝酸于
石墨消解仪上110℃消解成无色透明状液体，再经过稀释后用ICP-MS测定大豆中镉的含量。
[0021] 本发明具有以下优点：
[0022] 1、本发明利用前茬菌根作物种植和调节磷肥施用量来控制丛枝状菌根菌对大豆根系的侵染率，从而减低大豆中镉的含量。
[0023] 2、本发明利用土壤-微生物-植物的互作关系，未向土壤中投入其它化学制剂，无二次污染，适用于任何适宜大豆生长的土壤环境，因此能够更加有效地指导生产实践。
[0024] 2、本发明运行成本低，采用传统农业田间管理方法降低大豆产品中镉的含量，对保障大豆产品的
质量安全有非常重要的意义。
附图说明
[0025] 图1为在试验点A，磷肥施用对丛枝状菌根菌侵染率的影响。横坐标表示磷肥的施用量，分别为0、50、100、150和200kg P2O5/ha；纵坐标表示丛枝状菌根菌对大豆根系的侵染率。空心圆圈表示前茬作物为非菌根作物荞麦，实心圆圈表示前茬作物为菌根作物玉米。
[0026] 图2为在试验点B，磷肥施用对丛枝状菌根菌侵染率的影响。横纵坐标和图标与图1一致。
[0027] 图3表示试验点A丛枝状菌根菌侵染率与大豆中镉含量的相关关系，横坐标表示丛枝状菌根菌对大豆根系的侵染率，纵坐标为大豆中镉的含量，公式中***表示p<0.0001。
[0028] 图4表示试验点B丛枝状菌根菌侵染率与大豆中镉含量的相关关系，横纵坐标和图标与图3一致，公式中**表示p<0.001。
具体实施方式
[0029] 下面结合
实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0030] 实施例一
[0031] 选择适宜大豆生长的轻中质地、排水良好的大田试验点A土壤设置菌根侵染裂区试验。分别以前茬菌根作物玉米和非菌根作物荞麦作为主区，以施磷量0、50、100、150和200kg P2O5/ha作为试验裂区，重复四次，并以此实验设计来控制丛枝状菌根菌对大豆根系的侵染率。
[0032] 试验田经上述处理后，在小区中种植大豆并在大豆生长期进行常规的田间管理；在大豆播种7-8周后采取大豆根部，通过台盼蓝兰染色法(Typan Blue)和放大交叉法来计算丛枝状菌根菌的侵染率。在大豆收获期，采取大豆籽粒洗净晾干后进行粉碎、消解，并用ICP-MS测定大豆中镉的含量。
[0033] 结果如图1所示，横坐标表示磷肥的施用量，分别为0、50、100、150和200kgP2O5/ha；纵坐标表示丛枝状菌根菌对大豆根系的侵染率。空心圆圈表示前茬作物为非菌根作物荞麦，实心圆圈表示前茬作物为菌根作物玉米。当前茬作物为菌根作物时，大豆根系丛枝状菌根菌的侵染率显著高于非菌根作物的0.5-0.8倍。并且随着施用磷肥量的增多，丛枝状菌根菌的侵染率呈下降趋势。而根据图3侵染率和大豆中镉含量的相关关系发现，大豆中镉含量伴随着侵染率的提高而降低，达到极显著相关的关系，p<0.001。因此利用丛枝状菌根菌对大豆根系侵染可以降低大豆中镉的含量。
[0034] 实施例二
[0035] 选择适宜大豆生长的轻中质地、排水良好的大田试验点B土壤设置菌根侵染裂区试验。分别以前茬菌根作物玉米和非菌根作物荞麦作为主区，以施磷量0、50、100、150和200kg P2O5/ha作为试验裂区，重复四次，并以此实验设计来控制丛枝状菌根菌对大豆的侵染率。
[0036] 试验田经上述处理后，在小区中种植大豆并在大豆生长期进行常规的田间管理；在大豆播种7-8周后采取大豆根部，通过台盼蓝兰染色法(Typan Blue)和放大交叉法来计算丛枝状菌根菌的侵染率。在大豆收获期，采取大豆籽粒洗净晾干后进行粉碎、消解，并用ICP-MS测定大豆中镉的含量。
[0037] 结果如图2所示，横坐标表示磷肥的施用量，分别为0、50、100、150和200kgP2O5/ha；纵坐标表示丛枝状菌根菌对大豆根系的侵染率。空心圆圈表示前茬作物为非菌根作物荞麦，实心圆圈表示前茬作物为菌根作物玉米。当前茬作物为菌根作物时，大豆根系丛枝状菌根菌的侵染率显著高于非菌根作物的0.8-1倍。并且随着施用磷肥量的增多，丛枝状菌根菌的侵染率呈下降趋势。而根据图4侵染率和大豆中镉含量的相关关系发现，大豆中镉含量伴随着侵染率的提高而降低，达到极显著相关的关系，p<0.001。本实例再次证明利用从枝状菌根菌能够降低大豆中镉的含量，在大豆耕作中可以利用前茬种植菌根作物并调节磷肥的施用量来降低大豆中镉含量，从而保证大豆食品的安全。
