一种降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法技术

本发明专利技术属于环境分析技术领域，公开了一种降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法；通过外源加入二价铁离子在水稻根表诱导生成铁氧化物胶膜，阻控纳米二氧化铈在水稻体内的累积。本发明专利技术利用水稻在富铁环境下形成根表铁膜的生理学特征，随着铁膜的形成进而排斥纳米二氧化铈在水稻根表、根内和地上组织部位的吸收和累积，为后续在实际农业生产中预防纳米二氧化铈的污染提供科学有效的阻控技术，降低了纳米二氧化铈环境暴露给人类健康带来的风险性。根表铁膜对大粒径纳米二氧化铈的阻控效果优于小粒径纳米颗粒物。且外源加入二价铁诱导根表铁膜形成，进而阻控纳米二氧化铈吸收累积效应也在土壤培养实验中得到验证。

A Method for Reducing the Accumulation of Nano-CeO_2 in Rice Seedlings

The invention belongs to the field of environmental analysis technology, and discloses a method for reducing the accumulation of nano-cerium dioxide in rice seedlings, which can induce the formation of iron oxide film on the root surface of rice by exogenous addition of divalent iron ions to prevent and control the accumulation of nano-cerium dioxide in rice body. The invention utilizes the physiological characteristics of iron film on the root surface of rice under iron-rich environment, and with the formation of iron film, the absorption and accumulation of nano-cerium dioxide in the root surface, root and ground tissues of rice are excluded. It provides a scientific and effective control technology for subsequent prevention of nano-cerium dioxide pollution in actual agricultural production, and reduces the exposure of nano-cerium dioxide environment to human health. The risk brought by Kang. The inhibition effect of iron film on root surface on large particle size nano-cerium dioxide is better than that of small particle size nano-cerium dioxide. In addition, the effect of adding Fe2 to induce the formation of iron film on root surface and then inhibit the absorption and accumulation of nano-cerium dioxide was also verified in soil culture experiments.

【技术实现步骤摘要】
一种降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法
本专利技术属于环境分析
，尤其涉及一种降低水稻幼苗中纳米二氧化铈吸收和累积的方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：纳米二氧化铈(CeO2)在生产实践中得到了广泛的应用，包括抛光材料、玻璃添加剂、柴油催化剂、日常生活中的个人护理产品和汽车工业中的固态燃料电池等。随着其广泛应用，大部分纳米二氧化铈最终将作为废弃物被排放，造成环境介质中纳米二氧化铈污染。由于植物是整个食物链的基础，尤其是农作物体内积累的纳米材料不仅会影响其自身生长，而且还会通过食物链对环境和人类健康构成威胁。当纳米材料释放到环境中，纳米二氧化铈能够被植物吸收、转运和积累，然后被转移到营养链的最高端，产生生物放大的作用。研究者们已经发现了纳米二氧化铈在农产品水稻等中的吸收和累积(Maetal.,2017；Spielman-Sunetal.,2017；Ricoetal.,2013)，而且高浓度的累积还能对农作物-产生生态毒理效应，也对农产品品质产生不良影响。结果显示，纳米二氧化铈的环境暴露不仅仅对农作物产生不良影响，其高累积性也将对人类健康产生不利影响。然而，至今还未建立有效控制农作物吸收累积纳米二氧化铈的有效阻控措施和方法，阻控技术的研究仍处于空白状态。尤其是幼苗期的阻控最为关键，因为未成熟的农作物幼苗更容易受到污染物质的影响，其阻控将有效避免纳米二氧化铈对农作物的毒害作用，对于保障农作物的后续正常生长和降低铈累积起到至关重要的作用，也为提升农产品质量，降低纳米二氧化铈对人类健康的影响具有重要的实际参考价值和意义。综上所述，现有技术存在的问题是：大部分纳米二氧化铈最终将作为废弃物被排放，造成环境介质中纳米二氧化铈污染。相应地，农作物能够吸收和累积环境介质中的纳米二氧化铈，进而对农作物产生毒害效应，并对农产品质量产生影响，同时通过食物链对人类产生健康影响。然而，到目前为止，并未建立有效地降低农作物吸收累积纳米二氧化铈的技术和方法。解决上述技术问题的难度和意义：如何防止和控制纳米二氧化铈在农作物体内的累积，是涉及植物生理学和纳米二氧化铈环境行为的复杂科学问题。环境介质中的纳米二氧化铈作为纳米级污染物，能够通过细胞壁孔隙进入植物根系组织，并进一步向植物地上组织部位进行传输和转移。因此，根际微界面的阻控技术是控制纳米二氧化铈进入农产品的关键。在富铁条件下，湿生植物-水稻在根表能够形成铁膜，其介于环境介质和水稻根系之间，如果能够通过根表铁膜阻隔纳米二氧化铈由环境向根系的传输，将从根本上解决了纳米二氧化铈的植物吸收和累积问题。铁膜的数量以及纳米二氧化铈的粒径大小均影响铁膜的作用，因此，在不影响水稻生长的条件下，需要设计不同铁膜数量和不同粒径纳米二氧化铈处理，综合分析根表铁膜的影响效果，为后续其实际大面积推广利用奠定可靠的数据基础和参考。同时，也为能够形成根表铁膜的植物如何阻控纳米二氧化铈的吸收和累积提供了借鉴。利用湿生植物能够形成根表铁膜的性质有效地降低纳米二氧化铈在其体内的累积技术是一种绿色、环保、长期有效的控制措施，填补了阻控纳米二氧化铈进入农作物体内研究的空白。
技术实现思路
针对现有技术中还尚缺乏有效控制农作物水稻对纳米二氧化铈累积的问题，本专利技术提供了一种降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法。本专利技术是这样实现的，一种降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法，所述降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法通过外源加入二价铁在水稻根表诱导生成铁膜，铁膜形成将降低纳米二氧化铈与根表相互作用力，同时也增加了纳米二氧化铈在溶液中的团聚性，进而减少了其向水稻根表的累积，最终有效地阻控纳米二氧化铈在水稻体内的累积。进一步，所述降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法包括以下步骤：步骤一，水稻种子浸泡在30％H2O2中消毒半小时后，用蒸馏水反复冲洗直到没有泡沫为止，之后将水稻浸泡于蒸馏水中并避光保存一晚，播撒于铺有润湿的双层纱布的托盘中，25℃培养箱育苗7天，每天添加适量的蒸馏水保持湿度；步骤二，配制大量和微量元素储备液，得到全水稻营养液；将水稻转移至1/4强度的国际水稻所水稻营养液中培养7天后，开始加入硫酸亚铁，分别将25.0mg/L和150mg/L二价铁离子加入到没有FeCl3的国际水稻培养液，经过10天的生长，在水稻的根表诱导形成不同数量的铁膜；步骤三，将带有铁膜以及不带有铁膜的水稻幼苗，加入1/4强度的国际水稻所水稻营养液，加入14nm和25nm粒径的纳米二氧化铈进行暴露，然后培养4天后收获，期间不更换营养液。对水稻根表、根内和地上组织部位中铈累积量进行测定。步骤四，水稻土中加入30mg/kg的二价铁离子，然后加入纳米二氧化铈，将水稻幼苗移栽到土壤中，水稻生长至成熟后，测定水稻根、茎、叶中铈含量。所述步骤二配制大量和微量元素储备液，使用时每1L蒸馏水加入20mL大量元素储备液和2.5mL微量元素储备液，得到全水稻营养液。步骤二和步骤三实验均在25℃光照培养箱中进行，调节12h光照/12小时黑暗来模拟实际自然环境。步骤四实验是在温室中进行，温室条件为25℃，光照为自然光照射，定期添加水分，保持水稻土淹水状态。本专利技术的优点及积极效果为：到目前为止，还未见有效控制纳米二氧化铈在水稻体内吸收累积的技术和方法。本专利技术利用水稻在富铁环境下形成根表铁膜的生理学特征，随着铁膜的形成进而排斥纳米二氧化铈在水稻根表、根内和地上组织部位吸收累积，进而达到阻控纳米二氧化铈累积的目的，具有很好的创新性。实验数据显示，铁膜形成降低了水稻根内25.4％-70.6％的铈累积，降低了水稻地上组织中74.3％-83.7％的铈累积，也降低了水稻根表22.6％-78.0％的铈累积。实验还发现，铁膜数量和纳米二氧化铈粒径均影响铁膜对铈的阻控作用。随着根表铁膜数量的增加，铁膜阻控效果增强，低铁膜处理，根内、地上组织、根表的铈累积分别降低了25.4％-61.9％、74.3％-79.9％、22.6％-62.5％；而高铁膜处理中，根内、地上组织、根表的铈累积分别降低了38.4％-70.6％、80.60％-83.7％、41.8％-78.0％。并且铁膜对大粒径纳米二氧化铈(25nm)的阻控效果优于小粒径纳米颗粒物(14nm)，尤其是对根内和根表的阻控效果在2种粒径的纳米材料中表现更为明显，14nm纳米二氧化铈暴露条件下，铁膜降低了根内和根表铈累积量的25.4％-38.4％和22.6％-41.8％；25nm纳米二氧化铈暴露条件下，铁膜降低了根内和根表铈累积量的61.9％-70.6％和62.5％-78.0％。铁膜的阻控效果也在土培实验中得到了验证，结果显示，铁膜分别降低了水稻根、茎、籽实中18.0％、33.0％、34.1％的铈累积。本专利技术将为后续在实际农业生产中降低纳米二氧化铈的作物吸收累积提供科学有效的技术，进而降低了纳米二氧化铈环境暴露给人类健康带来的风险性。本阻控方法利用了水稻自身生理特性，具有绿色环保的特点，易于大面积在推广应用。附图说明图1是本专利技术实施例提供的降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法，其特征在于，所述降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法通过外源加入二价铁离子在水稻根表诱导生成铁膜，阻控纳米二氧化铈在水稻体内的累积。

【技术特征摘要】
1.一种降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法，其特征在于，所述降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法通过外源加入二价铁离子在水稻根表诱导生成铁膜，阻控纳米二氧化铈在水稻体内的累积。2.如权利要求1所述的降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法，其特征在于，所述降低水稻幼苗中纳米二氧化铈累积的方法包括以下步骤：步骤一，水稻种子浸泡在30％H2O2中消毒半小时后，用蒸馏水反复冲洗直到没有泡沫为止，之后将水稻浸泡于蒸馏水中并避光保存一晚，播撒于铺有润湿的双层纱布的托盘中育苗7天；步骤二，配制大量和微量元素储备液，得到全水稻营养液；将上述水稻幼苗放入1/4强度的国际水稻所水稻营养液中培养7天...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍艳宇，刘维涛，潘成荣，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津,12