【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明屬于植物栽培技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種采用分段水培法快速篩選砷低吸收作物的方法。
背景技術(shù)：
重金屬低吸收作物的篩選和利用是保障重金屬污染耕地中農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)的十分重要、也是成本較低的措施之一。當(dāng)前，我國耕地重金屬污染狀況不容樂觀，高風(fēng)險區(qū)耕地重金屬含量超標(biāo)嚴(yán)重，主產(chǎn)區(qū)亦有部分耕地的重金屬含量超標(biāo)，據(jù)2014年4月環(huán)境保護部、國土資源部《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》，全國土壤總超標(biāo)率為16.1％，其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為11.2％、2.3％、1.5％和1.1％，污染類型以無機型(即重金屬)為主，占全部超標(biāo)點位的82.8％，其中砷點位超標(biāo)率為2.7％、在污染物中居第三位。耕地情況亦不樂觀，其點位超標(biāo)率為19.4％，其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為13.7％、2.8％、1.8％和1.1％，主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環(huán)芳烴。由于砷對人體健康的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鎳和銅，因而是除鎘以外最引人關(guān)注的重金屬元素。
種植重金屬低吸收作物，是當(dāng)前公認(rèn)的對重金屬污染耕地安全利用的重要措施之一。但是，由于我國重金屬污染耕地安全生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)研究起步較晚，基礎(chǔ)相對較薄弱，目前篩選并應(yīng)用的低吸收作物較少，缺乏統(tǒng)一的篩選方法，且大多是在田間條件下種植不同的作物，通過測定最后吸收量、植株體內(nèi)含量等結(jié)果，并計算相應(yīng)的吸收量、轉(zhuǎn)移和富集系數(shù)等指標(biāo)，以此確定相應(yīng)作物是否為低吸收作物。這種方法存在明顯的局限性，如花費大、時間長以及試驗條件難控制等，特別是大田中砷分布不均勻性等所帶來的結(jié)果偏差，嚴(yán)重影響了對篩選作物的判斷。因此，砷低吸收作物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際中的應(yīng)用不多，嚴(yán)重限制了砷超標(biāo)及中輕度污染耕地中農(nóng)產(chǎn)品的安全生產(chǎn)。
在重金屬低吸收作物篩選中，最為關(guān)鍵的問題是重金屬低吸收作物篩選與鑒定方法體系的建立，盡管本發(fā)明人在此前已研制出一種利用水培方法篩選砷低吸收作物的技術(shù)并獲得國家發(fā)明專利，但篩選時間仍然較長、且形成的含砷廢液較多、成本較高、工作量亦較大，因此，迫切需要在已有基礎(chǔ)上建立一種更加快速、準(zhǔn)確性更高，特別是含砷廢液產(chǎn)生量少、對環(huán)境影響更小的篩選與鑒定砷低吸收作物的方法，促進(jìn)重金屬低吸收作物推廣應(yīng)用并產(chǎn)生應(yīng)有的效益。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
[要解決的技術(shù)問題]
本發(fā)明的目的是提供一種采用分段水培法快速篩選砷低吸收作物的方法。
[技術(shù)方案]
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
本發(fā)明涉及一種采用分段水培法快速篩選砷低吸收作物的方法。該方法的步驟如下：
a、播種
讓農(nóng)作物種子在以重量計10～32％的h2o2溶液中浸泡消毒10～15min，分離，消毒的農(nóng)作物種子用去離子水沖洗，然后放到直徑小于2mm的通用蛭石-草炭培養(yǎng)基質(zhì)上，用去離子水使培養(yǎng)基質(zhì)與農(nóng)作物種子濕潤，然后，在它們上面覆蓋一層所述培養(yǎng)基質(zhì)，再覆蓋一層塑料薄膜，使所述培養(yǎng)基質(zhì)和種子保持濕潤，接著置于溫度24～26℃下2～3天，讓農(nóng)作物種子發(fā)芽，移去塑料薄膜，保持光照充足、通風(fēng)良好并維持培養(yǎng)基質(zhì)濕潤；
b、移栽
待作物幼苗生長至3～4片真葉時，選擇長勢基本一致的幼苗，用去離子水洗去附著在作物幼苗根上的培養(yǎng)基質(zhì)，再放入帶圓孔的泡沫塑料板中，每個孔內(nèi)移植作物幼苗；然后將其整體轉(zhuǎn)移到裝在塑料槽里深度為20cm的hoagland營養(yǎng)液中，讓作物幼苗在晝夜溫度為18℃～25℃與相對濕度60％-70％的溫室大棚中進(jìn)行培養(yǎng)；
c、培養(yǎng)
在作物前期培養(yǎng)期間，每天往hoagland營養(yǎng)液里以流速10～30l/min連續(xù)通入空氣15～30分鐘，同時補充去離子水，使所述營養(yǎng)液的深度保持在20cm，以這種方式培養(yǎng)2周；然后，這樣培養(yǎng)后的營養(yǎng)液一次性地用新hoagland營養(yǎng)液置換，再在晝夜溫度為18℃～25℃與相對濕度60％-70％的溫室大棚中繼續(xù)培養(yǎng)4～6周；接著，這樣培養(yǎng)后的營養(yǎng)液全部用純凈水置換，再在晝夜溫度為18℃～25℃與相對濕度60％-70％的溫室大棚中繼續(xù)培養(yǎng)，從此以后每2～3天就用新純凈水置換一次，以這樣的方式重復(fù)進(jìn)行4～6天，使作物植株處于營養(yǎng)耗竭狀態(tài)；
d、配制含砷營養(yǎng)液
往濃度為hoagland營養(yǎng)液濃度1/2的hoagland營養(yǎng)液中添加砷酸鈉，使該營養(yǎng)液中的砷濃度達(dá)到5～20mg/l，從而得到含砷的hoagland營養(yǎng)液；
e、再培養(yǎng)
選擇在步驟c培養(yǎng)的長勢基本一致且處于營養(yǎng)耗竭狀態(tài)的作物植株，移植到泡沫塑料板的圓孔中，然后將其整體放置到裝有2000ml在步驟d配制的含砷hoagland營養(yǎng)液的方形塑料培養(yǎng)槽中，再培養(yǎng)4～10天，在培養(yǎng)期間，每天在上午9～10時與下午4～5時往含砷hoagland營養(yǎng)液中通入空氣15～30分鐘，同時每天補充去離子水一次，以保持營養(yǎng)液總體積為2000ml；
f、后處理
在再培養(yǎng)結(jié)束后，將作物植株按照地上部分和地下部分分別收割，用去離子水洗凈、用濾紙吸干殘留水滴；然后，將收割的植株部分在溫度90℃下殺青1h，接著在溫度70℃下烘干至恒重，稱重，確定生物量；同時，將作物植株分別磨碎，過1mm篩，采用濃硝酸-高氯酸消解方法進(jìn)行消解，再采用原子熒光分光光度法測定消解液中的砷含量，并換算為在該植株中的砷含量；與此同時，采集在方形塑料培養(yǎng)槽中這樣培養(yǎng)后的營養(yǎng)液，測定所述培養(yǎng)液的砷含量。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，在步驟a中，所述通用蛭石-草炭培養(yǎng)基質(zhì)的粒度小于2mm。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施方式，在步驟a中，所述培養(yǎng)基質(zhì)覆蓋層的厚度為2～5mm。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施方式，在步驟b中，在用去離子水除去附著的培養(yǎng)基質(zhì)后，在幼苗根與葉的交界處用消毒棉花或海綿包扎。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施方式，在步驟b中，泡沫塑料板的厚度是1.4～1.5cm、寬度55～65cm與長度70～90cmm；圓孔的直徑是1.2～1.8cm。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施方式，在步驟b中，在每個圓孔內(nèi)移植1株作物幼苗。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施方式，在步驟c中，通入空氣的流速是10～30l/min。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施方式，在步驟e中，每個方形塑料培養(yǎng)槽中培養(yǎng)的作物植株為4株。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施方式，在步驟e中，通入空氣的流速是0.2～0.5l/min。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施方式，在步驟f中，收割的作物植株用去離子水洗凈，再用濾紙吸干殘留的水滴。
下面將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種通過分段水培篩選砷低吸收作物的方法，該方法為在傳統(tǒng)的作物水培基礎(chǔ)上，根據(jù)發(fā)明人前期的研究結(jié)果，將作物利用傳統(tǒng)水培方法使其營養(yǎng)生長達(dá)到一定階段后，通過在營養(yǎng)液中添加適量的砷酸鈉，使作物在含砷營養(yǎng)液中培養(yǎng)一段時間后，將其收獲并同時測定植株和根系中的砷含量、營養(yǎng)液中的砷含量等，根據(jù)測定結(jié)果計算出相關(guān)參數(shù)，以此作為確定低吸收作物的依據(jù)。該方法能應(yīng)用于砷低吸收作物的篩選，具有通用性，且篩選速度快、準(zhǔn)確性高、產(chǎn)生含砷廢液少、對環(huán)境影響小，成本大幅度降低等，篩選出的砷低吸收作物在土壤砷含量可能超標(biāo)的高風(fēng)險地區(qū)、砷中輕度污染區(qū)均有十分重要的應(yīng)用和推廣價值，具有顯著的社會和經(jīng)濟、生態(tài)效益。
本發(fā)明涉及一種采用分段水培法快速篩選砷低吸收作物的方法。該方法的步驟如下：
a、播種
讓農(nóng)作物種子在以重量計10～32％的h2o2溶液中浸泡消毒10～15min，分離，消毒的農(nóng)作物種子用去離子水沖洗，然后放到直徑小于2mm的通用蛭石-草炭培養(yǎng)基質(zhì)上，用去離子水使培養(yǎng)基質(zhì)與農(nóng)作物種子濕潤，然后，在它們上面覆蓋一層所述培養(yǎng)基質(zhì)，再覆蓋一層塑料薄膜，使所述培養(yǎng)基質(zhì)和種子保持濕潤，接著置于溫度24～26℃下2～3天，讓農(nóng)作物種子發(fā)芽，移去塑料薄膜，保持光照充足、通風(fēng)良好并維持培養(yǎng)基質(zhì)濕潤；
在本發(fā)明中，所述農(nóng)作物種子主要是指小麥、水稻、玉米、高粱、大豆、花生、芝麻、豌豆、蠶豆、甜菜等農(nóng)作物的種子。
在本發(fā)明中，所述的通用蛭石-草炭培養(yǎng)基質(zhì)是由粒度小于2mm的市售蛭石與草炭按照重量比1:1混合而成的，這種方法配制的基質(zhì)既避免了單一蛭石缺乏有機質(zhì)和養(yǎng)分、基質(zhì)過硬等問題，又避免了單一草炭過于疏松、吸水量過大導(dǎo)致作物種子不發(fā)芽等問題。這樣配制的基質(zhì)是目前農(nóng)業(yè)試驗中經(jīng)常使用的基質(zhì)，它能保證作物種子正常出苗和幼苗正常生長。
本發(fā)明使用的通用蛭石-草炭培養(yǎng)基質(zhì)的粒度小于2mm。
根據(jù)本發(fā)明，覆蓋培養(yǎng)基質(zhì)的厚度為2～5mm。如果這個厚度超過所述厚度范圍，則可能導(dǎo)致種子不能被基質(zhì)完全覆蓋或者覆蓋過厚，種子不能充分吸收基質(zhì)中的水分和養(yǎng)分而影響其發(fā)芽和正常生長等。
b、移栽
待作物幼苗生長至3～4片真葉時，選擇長勢基本一致的幼苗，用去離子水洗去附著在作物幼苗根上的培養(yǎng)基質(zhì)，再放入帶圓孔的泡沫塑料板中，每個孔內(nèi)移植作物幼苗；然后將其整體轉(zhuǎn)移到裝在塑料槽里深度為20cm的hoagland營養(yǎng)液中，讓作物幼苗在晝夜溫度為18℃～25℃與相對濕度60％-70％的溫室大棚中進(jìn)行培養(yǎng)；
在本技術(shù)領(lǐng)域中，所述的hoagland營養(yǎng)液是一種常規(guī)營養(yǎng)液，它含有945mg/l硝酸鈣、607mg/l硝酸鉀、115mg/l磷酸銨、493mg/l硫酸鎂、2.5ml/l鐵鹽溶液與5ml/l微量營養(yǎng)元素。
在本發(fā)明中，幼苗在用去離子水除去附著的培養(yǎng)基質(zhì)后，在幼苗根與葉的交界處用消毒棉花或海綿包扎，這樣處理的目的在于使作物幼苗較好固定在泡沫塑料板上，且不影響作物的生長。再把幼苗放入帶圓孔的泡沫塑料板中，每個孔內(nèi)移植1株作物幼苗。
這個步驟使用泡沫塑料板的厚度是1.4～1.5cm、寬度55～65cm與長度70～90cmm；圓孔的直徑是1.2～1.8cm。
這個步驟使用塑料槽的長度是72～92cm、寬度57～67cm與高度25～28cm。
c、培養(yǎng)
在作物前期培養(yǎng)期間，每天往hoagland營養(yǎng)液里以流速10～30l/min連續(xù)通入空氣15～30分鐘，同時補充去離子水，使所述營養(yǎng)液的深度保持在20cm，以這種方式培養(yǎng)2周；然后，這樣培養(yǎng)后的營養(yǎng)液一次性地用新hoagland營養(yǎng)液置換，再在晝夜溫度為18℃～25℃與相對濕度60％-70％的溫室大棚中繼續(xù)培養(yǎng)4～6周；接著，這樣培養(yǎng)后的營養(yǎng)液全部用純凈水置換，再在晝夜溫度為18℃～25℃與相對濕度60％-70％的溫室大棚中繼續(xù)培養(yǎng)，從此以后每2～3天就用新純凈水置換一次，以這樣的方式重復(fù)進(jìn)行4～6天，使作物植株處于營養(yǎng)耗竭狀態(tài)；
在這個步驟中，前期采用補充去離子水與通入空氣的方式進(jìn)行培養(yǎng)，中期采用一次更換營養(yǎng)液的方式進(jìn)行培養(yǎng)，后期采用每2～3天更換純凈水的方式進(jìn)行培養(yǎng)，這種培養(yǎng)方式的基本目的是在前期和中期保證滿足作物生長對養(yǎng)分的需要，待作物生長到一定階段即需要進(jìn)行吸收砷培養(yǎng)前，應(yīng)用純凈水培養(yǎng)使作物處于營養(yǎng)耗竭狀態(tài)。
這種培養(yǎng)方式是現(xiàn)有技術(shù)中并不多見，本發(fā)明人的研究結(jié)果表明，這種培養(yǎng)方式為后期進(jìn)行吸收砷培養(yǎng)奠定了較好基礎(chǔ)，使后期吸收砷培養(yǎng)試驗獲得了預(yù)料不到的技術(shù)效果，具體參見本發(fā)明的附表1。
d、配制含砷營養(yǎng)液
往濃度為hoagland營養(yǎng)液濃度1/2的hoagland營養(yǎng)液中添加砷酸鈉，使該營養(yǎng)液中的砷濃度達(dá)到5～20mg/l，從而得到含砷的hoagland營養(yǎng)液；
e、再培養(yǎng)
選擇在步驟c培養(yǎng)的長勢基本一致且處于營養(yǎng)耗竭狀態(tài)的作物植株，移植到泡沫塑料板的圓孔中，然后將其整體放置到裝有2000ml在步驟d配制的含砷hoagland營養(yǎng)液的方形塑料培養(yǎng)槽中，再培養(yǎng)4～10天，在培養(yǎng)期間，每天在上午9～10時與下午4～5時往含砷hoagland營養(yǎng)液中通入空氣15～30分鐘，同時每天補充去離子水一次，以保持營養(yǎng)液總體積為2000ml；
在這個步驟中，使用上述含砷hoagland營養(yǎng)液的目的在于在基本保證作物對養(yǎng)分吸收的基礎(chǔ)上，間接加大溶液中砷的濃度，以提高作物對砷吸收的速度。當(dāng)然，含砷hoagland營養(yǎng)液總體積可以根據(jù)實際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，例如是1500ml或2000ml等。
優(yōu)選地，通入空氣的流速是0.2～0.5l/min。
這個步驟使用的泡沫塑料板是厚度1.0cm、長和寬各10cm的泡沫塑料板，該板中均勻分布4個圓孔，每個圓孔直徑是2cm。
這個步驟使用的方形塑料培養(yǎng)槽是一種長10cm、寬10cm、高24cm的培養(yǎng)槽，槽中裝有在步驟d制備的含砷hoagland營養(yǎng)液。
當(dāng)然，這個步驟使用的泡沫塑料板與方形塑料培養(yǎng)槽的尺寸可以根據(jù)實際需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
通常地，每個方形塑料培養(yǎng)槽中培養(yǎng)的作物植株為4株。
f、后處理
在再培養(yǎng)結(jié)束后，將作物植株按照地上部分和地下部分分別收割，用去離子水洗凈、用濾紙吸干殘留水滴；然后，將收割的植株部分在溫度90℃下殺青1h，接著在溫度70℃下烘干至恒重，稱重，確定生物量；同時，將作物植株分別磨碎，過1mm篩，采用濃硝酸-高氯酸消解方法進(jìn)行消解，再采用原子熒光分光光度法測定消解液中的砷含量，并換算為在該植株中的砷含量；與此同時，采集在方形塑料培養(yǎng)槽中這樣培養(yǎng)后的營養(yǎng)液，測定所述培養(yǎng)液的砷含量。
在本發(fā)明方法中，所述的生物量是指培養(yǎng)期內(nèi)單株作物生長的實際生物量，即以g/株表示的植物干重。
所述的消解是指用酸液或堿液并在加熱條件下破壞樣品中的有機物或還原性物質(zhì)的方法。本發(fā)明采用的消解方法是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知方法，例如濃硝酸+高氯酸消解法、濃硝酸消解法、硝酸與雙氧水消解法等。
在本發(fā)明中，采用常規(guī)原子熒光分光光度法測定該植株砷含量與培養(yǎng)液砷濃度。
本發(fā)明中，按照下述公式由測定得到的植株砷含量與培養(yǎng)液砷濃度計算出作物植株對砷富集的生物富集系數(shù)(bcf)：
bcf＝[植株地上部分砷含量]/[營養(yǎng)液砷濃度]。
根據(jù)砷富集的生物富集系數(shù)(bcf)可以快速確定作物對砷的吸收能力。
本發(fā)明水培篩選砷低吸收作物方法可以更快速、更高效、更低成本篩選砷低吸收作物，且大幅度減少含砷培養(yǎng)液的產(chǎn)生和排放量、降低對環(huán)境的污染風(fēng)險，推進(jìn)低吸收作物在砷超標(biāo)農(nóng)田中的廣泛應(yīng)用。
[有益效果]
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明方法能應(yīng)用于砷低吸收作物的篩選，具有通用性，所篩選砷低吸收作物在土壤砷含量可能超標(biāo)的高風(fēng)險地區(qū)、砷中輕度污染區(qū)均有十分重要的應(yīng)用和推廣價值，具有顯著的社會和生態(tài)、經(jīng)濟效益。
【具體實施方式】
通過下述實施例將能夠更好地理解本發(fā)明。
實施例1：本發(fā)明采用分段水培法快速篩選砷低吸收芹菜
該實施例的實施步驟如下：
a、播種
讓從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院相關(guān)研究所購買的芹菜種子(美國白芹品種)在濃度為以重量計10％的h2o2溶液中浸泡消毒15min，分離，消毒的芹菜種子用去離子水沖洗，然后放到粒度小于2mm的通用蛭石-草炭培養(yǎng)基質(zhì)上，用去離子水使培養(yǎng)基質(zhì)與芹菜種子濕潤，再在它們上面覆蓋一層厚度為2mm的培養(yǎng)基質(zhì)，然后用塑料薄膜覆蓋以保持所述培養(yǎng)基質(zhì)和芹菜種子濕潤，接著在溫度24℃下保持2天，芹菜種子發(fā)芽，掀開塑料薄膜，保持光照充足、通風(fēng)良好并維持培養(yǎng)基質(zhì)濕潤；
b、移栽
待芹菜幼苗生長至3～4片真葉時，選擇長勢基本一致的芹菜幼苗，用去離子水洗去附著在芹菜幼苗根上的培養(yǎng)基質(zhì)，再在芹菜幼苗根與葉的交界處用消毒棉花包扎，再放入厚度為1.0cm、長80cm、寬60cm且均勻分布了100個直徑2.0cm圓孔的泡沫塑料板中，每個孔內(nèi)移植1株芹菜幼苗；然后將將其整體轉(zhuǎn)移到裝在塑料槽里，在深度為20cm、含有945mg/l硝酸鈣、607mg/l硝酸鉀、115mg/l磷酸銨、493mg/l硫酸鎂、2.5ml/l鐵鹽溶液與5ml/l微量營養(yǎng)元素的hoagland營養(yǎng)液中，讓作物幼苗在晝夜溫度為18℃～25℃與相對濕度60％-70％的溫室大棚中進(jìn)行培養(yǎng)；
c、培養(yǎng)
在芹菜前期培養(yǎng)期間，每天往hoagland營養(yǎng)液里以流速10～30l/min連續(xù)通入空氣15～30分鐘，同時補充去離子水，使所述營養(yǎng)液的深度保持在20cm；以這種方式培養(yǎng)2周；然后，這樣培養(yǎng)后的營養(yǎng)液一次性地用新hoagland營養(yǎng)液置換，再在晝夜溫度為18℃～25℃與相對濕度60％-70％的溫室大棚中繼續(xù)培養(yǎng)4周；接著，這樣培養(yǎng)后的營養(yǎng)液全部用純凈水置換，再在晝夜溫度為18℃～25℃與相對濕度60％-70％的溫室大棚中繼續(xù)培養(yǎng)，從此以后每2天置換純凈水一次，以這樣的方式重復(fù)進(jìn)行4天，使芹菜植株處于營養(yǎng)耗竭狀態(tài)；
d、配制含砷營養(yǎng)液
往濃度為hoagland營養(yǎng)液濃度1/2的hoagland營養(yǎng)液中添加砷酸鈉，使?fàn)I養(yǎng)液中砷的濃度達(dá)10mg/l，從而得到含砷的hoagland營養(yǎng)液；
e、再培養(yǎng)
選擇在步驟c培養(yǎng)的長勢基本一致且處于營養(yǎng)耗竭狀態(tài)的芹菜植株，移植到厚1.0cm、長與寬各10cm并均勻分布4個直徑2cm圓孔的泡沫塑料板的圓孔中，然后將其整體放置到裝有2000ml在步驟d配制的含砷hoagland營養(yǎng)液的長10cm、寬10cm、高24cm方形塑料培養(yǎng)槽中，再培養(yǎng)8天，在培養(yǎng)期間，每天分別在上午9時與下午4時往含砷hoagland營養(yǎng)液中通入空氣15～30分鐘，同時每天補充去離子水一次，以保持營養(yǎng)液總體積為2000ml；
g、后處理
在再培養(yǎng)結(jié)束后，將芹菜植株按照地上部分和地下部分分別收割，用去離子水洗凈、用濾紙吸干殘留水滴；然后，將收割的芹菜植株部分在溫度90℃下殺青1h，接著在溫度70℃下烘干至恒重，稱重，確定生物量；同時，將芹菜植株不同部分分別磨碎，過1mm篩，采用濃硝酸-高氯酸消解方法進(jìn)行消解，再采用原子熒光分光光度法測定消解液中的砷含量，并換算為在該植株中的砷含量。與此同時，采集方形塑料培養(yǎng)槽中的培養(yǎng)液，測定所述培養(yǎng)液的砷含量。
按照下述公式由測定得到的芹菜植株砷含量與培養(yǎng)液砷濃度計算出芹菜植株對砷富集的生物富集系數(shù)(bcf)：
bcf＝[植株地上部分砷含量]/[營養(yǎng)液砷濃度]。
測定的芹菜植株砷含量、培養(yǎng)液砷濃度與生物富集系數(shù)(bcf)一并列于表1中。
對比實施例1：現(xiàn)有篩選砷低吸收作物的方法
該對比實施例的實施方式與實施例1實施方式相同，只是實施例1是讓芹菜植株先在不含砷的hoagland營養(yǎng)液中培養(yǎng)，再用純凈水培養(yǎng)，然后再在10mg/l砷的含砷營養(yǎng)液中培養(yǎng)。對比實施例1是在全生育期在砷濃度為10mg/l的含砷hoagland營養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)。按照實施例1測定方法測定芹菜植株的砷含量、培養(yǎng)液砷濃度，并確定生物富集系數(shù)(bcf)，這些結(jié)果也一并列于表1中。
實施例2：本發(fā)明采用分段水培法快速篩選砷低吸收小麥
該實施例的實施步驟如下：
a、播種
讓從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院相關(guān)研究所購買的小麥種子(徐麥31品種)在濃度為以重量計30％h2o2水溶液中浸泡消毒12min，分離，消毒的小麥種子用去離子水沖洗，然后放到粒度小于2mm的通用蛭石-草炭培養(yǎng)基質(zhì)上，用去離子水使培養(yǎng)基質(zhì)與小麥種子濕潤，再在它們上面覆蓋一層厚度為5mm的培養(yǎng)基質(zhì)，然后用塑料薄膜覆蓋以保持所述培養(yǎng)基質(zhì)和小麥種子濕潤，接著在溫度25℃下保持3天，小麥種子發(fā)芽，掀開塑料薄膜，保持光照充足、通風(fēng)良好并維持培養(yǎng)基質(zhì)濕潤；
b、移栽
待小麥幼苗生長至3～4片真葉時，選擇長勢基本一致的小麥幼苗，用去離子水洗去附著在小麥幼苗根上的培養(yǎng)基質(zhì)，再在小麥幼苗根與葉的交界處用消毒棉花包扎，放入在厚度1.5cm、長度60cm與寬度80cm泡沫塑料板上100個均勻分布的直徑2cm圓孔中；每個孔內(nèi)移植1株小麥幼苗；然后將將其整體轉(zhuǎn)移到裝在塑料槽里，在深度為20cm、含有945mg/l硝酸鈣、607mg/l硝酸鉀、115mg/l磷酸銨、493mg/l硫酸鎂、2.5ml/l鐵鹽溶液與5ml/l微量營養(yǎng)元素的hoagland營養(yǎng)液中，讓小麥幼苗在晝夜溫度18℃～25℃與相對濕度60％-70％的溫室大棚中進(jìn)行培養(yǎng)；
c、培養(yǎng)
在小麥前期培養(yǎng)期間，往hoagland營養(yǎng)液里以流速24103016l/min連續(xù)通入空氣20301525分鐘，并補充去離子水，使所述營養(yǎng)液的深度保持在20cm；以這種方式培養(yǎng)2周，然后，這樣培養(yǎng)后的營養(yǎng)液一次性地用新hoagland營養(yǎng)液置換，再在晝夜溫度18℃～25℃與相對濕度60％-70％的溫室大棚中繼續(xù)培養(yǎng)5周，該塑料槽的營養(yǎng)液用純凈水置換，接著繼續(xù)培養(yǎng)，從此以后每天都置換純凈水一次，以這樣的方式重復(fù)進(jìn)行6天，使小麥植株處于營養(yǎng)耗竭狀態(tài)；
d、配制含砷營養(yǎng)液
往濃度為hoagland營養(yǎng)液濃度1/2的hoagland營養(yǎng)液中添加砷酸鈉，使?fàn)I養(yǎng)液中砷的濃度達(dá)5mg/l，從而得到含砷的hoagland營養(yǎng)液；
e、再培養(yǎng)
選擇在步驟c培養(yǎng)的長勢基本一致且處于營養(yǎng)耗竭狀態(tài)的小麥植株，移植移植到厚1.0cm、長與寬各10cm并均勻分布4個直徑2cm圓孔的泡沫塑料板的圓孔中，然后將其整體放置到裝有2000ml在步驟d配制的含砷hoagland營養(yǎng)液的長10cm、寬10cm、高24cm方形塑料培養(yǎng)槽中，再培養(yǎng)4天，在培養(yǎng)期間，每天分別在上午9時與下午4時往含砷hoagland營養(yǎng)液中通入空氣30分鐘，同時每天補充去離子水一次，以保持營養(yǎng)液總體積為2000ml；
f、后處理
在再培養(yǎng)結(jié)束后，將小麥植株按照地上部分和地下部分分別收割，用去離子水洗凈、用濾紙吸干殘留水滴；然后，將收割的小麥植株部分在溫度90℃下殺青1h，接著在溫度70℃下烘干至恒重，稱重，確定生物量；同時，將小麥植株各部分分別磨碎，過1mm篩，采用濃硝酸-高氯酸消解方法進(jìn)行消解，再采用原子熒光分光光度法測定消解液中砷含量，并換算為在小麥植株中的砷含量，與此同時，采集方形塑料瓶中的培養(yǎng)液，測定所述培養(yǎng)液的砷含量。
按照實施例1方法測定小麥植株砷含量與培養(yǎng)液砷濃度，并計算出小麥植株對砷富集的生物富集系數(shù)(bcf)，測定的植株砷含量、培養(yǎng)液砷濃度與生物富集系數(shù)(bcf)也一并列于表1中。
對比實施例2：現(xiàn)有篩選砷低吸收作物
該對比實施例的實施方式與實施例2的實施方式相同，只是實施例2是讓小麥植株在先在不含砷的hoagland營養(yǎng)液中培養(yǎng)，再用純凈水培養(yǎng)，然后再在5mg/l砷的含砷營養(yǎng)液中培養(yǎng)。對比實施例2是在全生育期在砷濃度為5mg/l的hoagland營養(yǎng)液中培養(yǎng)。按照實施例1測定方法測定小麥植株砷含量、培養(yǎng)液砷濃度，并確定生物富集系數(shù)(bcf)，這些結(jié)果也一并列于表1中。
實施例3：本發(fā)明采用分段水培法快速篩選砷低吸收油菜
該實施例的實施步驟如下：
a、播種
讓從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院相關(guān)研究所購買的油菜種子(秦優(yōu)7號品種)在濃度為以重量計32％h2o2水溶液中浸泡消毒10min，分離，消毒的油菜種子用去離子水沖洗，然后放到粒度小于2mm的通用蛭石-草炭培養(yǎng)基質(zhì)上，用去離子水使培養(yǎng)基質(zhì)與油菜種子濕潤，再在它們上面覆蓋一層厚度為3mm的培養(yǎng)基質(zhì)，然后用塑料薄膜覆蓋以保持所述培養(yǎng)基質(zhì)和油菜種子濕潤，接著在溫度26℃下保持2天，油菜種子發(fā)芽，掀開塑料薄膜，保持光照充足、通風(fēng)良好并維持培養(yǎng)基質(zhì)濕潤；
b、移栽
待油菜幼苗生長至3～4片真葉時，選擇長勢基本一致的幼苗，用去離子水洗去附著在油菜幼苗根上的培養(yǎng)基質(zhì)，再在油菜幼苗根與葉的交界處用消毒棉花包扎，放入在厚度1.5cm、長度60cm與寬度80cm且均勻分布100個的直徑2cm圓孔的泡沫塑料板上中，每個孔內(nèi)移植1株芹菜幼苗；然后將將其整體轉(zhuǎn)移到裝在塑料槽里，在深度20cm、含有945mg/l硝酸鈣、607mg/l硝酸鉀、115mg/l磷酸銨、493mg/l硫酸鎂、2.5ml/l鐵鹽溶液與5ml/l微量營養(yǎng)元素的hoagland營養(yǎng)液中，讓作物幼苗在晝夜溫度為25℃/18℃、濕度60％-70％的溫室大棚中進(jìn)行培養(yǎng)；
c、培養(yǎng)
在油菜前期培養(yǎng)期間，每天往hoagland營養(yǎng)液里以流速30l/min連續(xù)通入空氣15分鐘，并補充去離子水，使所述營養(yǎng)液的深度保持在20cm；以這種方式培養(yǎng)2周，然后，這樣培養(yǎng)后的營養(yǎng)液一次性地用新hoagland營養(yǎng)液置換，再在晝夜溫度18℃～25℃與相對濕度60％-70％的溫室大棚中繼續(xù)培養(yǎng)6周，這樣培養(yǎng)的的營養(yǎng)液全部用純凈水置換，再在晝夜溫度為18℃～25℃與相對濕度60％-70％的溫室大棚中繼續(xù)培養(yǎng)，從此以后每2天就用新純凈水置換一次，以這樣的方式重復(fù)進(jìn)行5天，使作物植株處于營養(yǎng)耗竭狀態(tài)
d、配制含砷營養(yǎng)液
往濃度為hoagland營養(yǎng)液濃度1/2的hoagland營養(yǎng)液中添加砷酸鈉，使?fàn)I養(yǎng)液中砷的濃度達(dá)20mg/l，從而得到含砷的hoagland營養(yǎng)液；
e、再培養(yǎng)
選擇在步驟c培養(yǎng)的長勢基本一致且處于營養(yǎng)耗竭狀態(tài)的油菜植株，移植到厚1.0cm、長與寬各10cm并均勻分布4個直徑2cm圓孔的泡沫塑料板的圓孔中，然后將其整體放置到裝有2000ml在步驟d配制的含砷hoagland營養(yǎng)液的長10cm、寬10cm、高24cm方形塑料培養(yǎng)槽中，再培養(yǎng)10天，在培養(yǎng)期間，每天分別在上午9時與下午4時往含砷hoagland營養(yǎng)液中通入空氣25分鐘，同時每天補充去離子水一次，以保持營養(yǎng)液總體積為2000ml；
f、后處理
在再培養(yǎng)結(jié)束后，將油菜植株按照地上部分和地下部分分別收割，用去離子水洗凈、用濾紙吸干殘留水滴；然后，將收割的植株部分在溫度90℃下殺青1h，接著在溫度70℃下烘干至恒重，稱重，確定生物量；同時，將油菜植株各部分分別磨碎，過1mm篩，采用濃硝酸-高氯酸消解方法進(jìn)行消解，再采用原子熒光分光光度法測定消解液中砷含量，并換算為在油菜中的砷含量，與此同時，采集方形塑料瓶中的培養(yǎng)液，測定所述培養(yǎng)液的砷含量。
按照實施例1方法測定油菜植株砷含量與培養(yǎng)液砷濃度，并計算出油菜植株對砷富集的生物富集系數(shù)(bcf)，測定的植株砷含量、培養(yǎng)液砷濃度與生物富集系數(shù)(bcf)也一并列于表1中。
對比實施例3：現(xiàn)有篩選砷低吸收作物
該對比實施例的實施方式與實施例3的實施方式相同，只是實施例3是讓油菜植株先在不含砷的hoagland營養(yǎng)液中培養(yǎng)，再用純凈水培養(yǎng)，然后再在20mg/l砷的含砷營養(yǎng)液中培養(yǎng)。對比實施例3是在全生育期在砷濃度為20mg/l的含砷hoagland營養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)。按照實施例1測定方法測定油菜植株砷含量、培養(yǎng)液砷濃度，并確定生物富集系數(shù)(bcf)，這些結(jié)果也一并列于表1中。
實施例4：本發(fā)明采用分段水培法快速篩選砷低吸收水稻
該實施例的實施步驟如下：
a、播種
讓從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院相關(guān)研究所購買的水稻種子(兩優(yōu)培九品種)在濃度為以重量計30％h2o2水溶液中浸泡消毒14min，分離，消毒的水稻種子用去離子水沖洗，然后放到粒度小于2mm的通用蛭石-草炭培養(yǎng)基質(zhì)上，用去離子水使培養(yǎng)基質(zhì)與水稻種子濕潤，再在它們上面覆蓋一層厚度為4mm的培養(yǎng)基質(zhì)，然后用塑料薄膜覆蓋以保持所述培養(yǎng)基質(zhì)和水稻種子濕潤，接著在溫度25℃下保持3天，水稻種子發(fā)芽，掀開塑料薄膜，保持光照充足、通風(fēng)良好并維持培養(yǎng)基質(zhì)濕潤；
b、移栽
待水稻幼苗生長至3～4片真葉時，選擇長勢基本一致的幼苗，用去離子水洗去附著在水稻幼苗根上的培養(yǎng)基質(zhì)，再在水稻幼苗根與葉的交界處用消毒棉花包扎，放入在厚度1.5cm、長度60cm與寬度80cm且均勻分布100個直徑2cm圓孔的泡沫塑料板中；每個孔內(nèi)移植1株水稻幼苗；然后將將其整體轉(zhuǎn)移到裝在塑料槽里、深度20cm、含有945mg/l硝酸鈣、607mg/l硝酸鉀、115mg/l磷酸銨、493mg/l硫酸鎂、2.5ml/l鐵鹽溶液與5ml/l微量營養(yǎng)元素的hoagland營養(yǎng)液中，讓作物幼苗在晝夜溫度為18℃～25℃與相對濕度60％-70％的溫室大棚中進(jìn)行培養(yǎng)；
c、培養(yǎng)
在水稻前期培養(yǎng)期間，每天往hoagland營養(yǎng)液里以流速16l/min連續(xù)通入空氣25分鐘，并補充去離子水，使所述營養(yǎng)液的深度保持在20cm；以這種方式培養(yǎng)2周，然后，這樣培養(yǎng)后的營養(yǎng)液一次性地用新hoagland營養(yǎng)液置換，再在晝夜溫度為18℃～25℃與相對濕度60％-70％的溫室大棚中繼續(xù)培養(yǎng)5周，接著，這樣培養(yǎng)后的營養(yǎng)液全部用純凈水置換，再在晝夜溫度為18℃～25℃與相對濕度60％-70％的溫室大棚中繼續(xù)培養(yǎng)，從此以后每天都置換純凈水一次，以這樣的方式重復(fù)進(jìn)行5天，使作物植株處于營養(yǎng)耗竭狀態(tài)；
d、配制含砷營養(yǎng)液
往濃度為hoagland營養(yǎng)液濃度1/2的hoagland營養(yǎng)液中添加砷酸鈉，使?fàn)I養(yǎng)液中砷的濃度達(dá)15mg/l，從而得到含砷的hoagland營養(yǎng)液；
e、再培養(yǎng)
選擇在步驟c培養(yǎng)的長勢基本一致且處于營養(yǎng)耗竭狀態(tài)的水稻植株，移栽至長度10cm、寬度10cm與高度20cm并均勻分布4個直徑2cm圓孔的泡沫塑料板的圓孔中，然后將其整體放置到裝有2000ml在步驟d配制的含砷hoagland營養(yǎng)液的長10cm、寬10cm、高24cm方形塑料培養(yǎng)槽中，再培養(yǎng)6天，在培養(yǎng)期間，每天分別在上午9時與下午4時往含砷hoagland營養(yǎng)液中通入空氣20分鐘，同時每天補充去離子水一次，以保持營養(yǎng)液總體積為2000ml；
f、后處理
在再培養(yǎng)結(jié)束后，將水稻植株按照地上部分和地下部分分別收割，用去離子水洗凈、用濾紙吸干殘留水滴；然后，將收割的植株部分在溫度90℃下殺青1h，接著在溫度70℃下烘干至恒重，稱重，確定生物量；同時，將水稻植株分別磨碎，過1mm篩，采用濃硝酸-高氯酸消解方法進(jìn)行消解，再采用原子熒光分光光度法測定消解液中砷含量，并換算為在水稻中的砷含量，與此同時，采集方形塑料瓶中的培養(yǎng)液，測定所述培養(yǎng)液的砷含量。
按照實施例1方法測定水稻植株砷含量與培養(yǎng)液砷濃度，并計算出水稻植株對砷富集的生物富集系數(shù)(bcf)，測定的水稻砷含量、培養(yǎng)液砷濃度與生物富集系數(shù)(bcf)也一并列于表1中。
對比實施例4：現(xiàn)有篩選砷低吸收作物
該對比實施例的實施方式與實施例4的實施方式相同，只是實施例4是讓水稻植株先在不含砷的hoagland營養(yǎng)液中培養(yǎng)，再用純凈水培養(yǎng)，然后再在15mg/l砷的含砷營養(yǎng)液中培養(yǎng)。對比實施例4是在全生育期在砷濃度為15mg/l的含砷hoagland營養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)。按照實施例1測定方法測定水稻植株砷含量、培養(yǎng)液砷濃度，并確定生物富集系數(shù)(bcf)，這些結(jié)果也一并列于表1中。
表1：本發(fā)明快速篩選砷低吸收作物試驗結(jié)果
表1列出的結(jié)果清楚地表明，本發(fā)明采用分段水培法快速篩選砷低吸收作物方法的生物富集系數(shù)(bcf)，上述4種作物用兩種方法比較時的變化趨勢均相同，但不同作物間的差異比已有方法大得多，因而更容易比較出不同作物吸收或富集砷的能力的高低。同時，應(yīng)用本發(fā)明的培養(yǎng)方法篩選低吸收作物時，每培養(yǎng)一株作物所產(chǎn)生的含砷廢液量，對比實施例達(dá)2033.6ml甚至更多，而本發(fā)明所產(chǎn)生的廢液量則僅500ml/株甚至更低。因此，應(yīng)用本發(fā)明的方法篩選砷低吸收作物，不僅快捷、高效、可靠，而且還大幅度降低了含砷廢液的產(chǎn)生量。