이러한 상호 작용은 상호 촉진되거나 서로 억제될 수 있다. 따라서 많은 학자들은 중금속과 영양소의 상호 작용을 연구하는 것이 농작물 중금속 오염 문제를 해결하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 중금속의 독성 효과를 정확하게 이해하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 영양소의 이용과 중금속 축적의 모순을 합리적으로 과학적으로 해결하는 것이 중요하다고 생각한다.
1 영양소와 중금속의 상호 작용
중금속과 영양물질의 상호 작용은 최근 몇 년간 중금속 오염 생태학 분야의 최전선 과학 문제이다. 토양의 중금속은 대부분 양이온 양분에 대한 길항작용이 있고 음이온 양분에 대한 시너지 또는 길항작용이 있을 수 있다.
작물 중금속과 영양소의 상호 작용은 복잡하다. 질소 인 칼륨 등 영양소는 작물 단백질 핵산 등 중요한 물질의 합성과 대사에 중요한 역할을 한다. 작물에 영양소가 부족하면 물질 대사 장애를 초래하여 작물의 성장과 농산물 생산에 영향을 줄 수 있다.
농경지 토양 중금속 오염이 날로 심해지면서 중금속 협박이 작물 양분 활용을 방해하면서 작물 양분 부족이나 바이오매스 감소의 주요 원인이 되고 있다. 최근 30 년 동안 식물 영양과 식물 생리를 연구한 많은 학자들이 식물 중 영양소와 중금속의 상호 작용을 광범위하게 연구한 결과 질소 인 칼륨 등 영양소 공급을 늘리면 작물 체내의 효소 시스템과 대사 과정을 개선할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 중금속 협박의 영향을 어느 정도 완화하다.
셀레늄은 작물의 체내 항산화 물질 형성을 촉진하고 중금속 등 유해 물질에 대한 작물의 저항력을 증가시켜 흡수를 줄일 수 있다. SCH? TZENDUBEL 등은 텅스텐과 텅스텐이 특정 단백질 중 시스테인의 아세틸렌 부분과 결합될 수 있다는 것을 발견했다. 외원 플루토늄의 공급은 벼 글루타티온 과산화물 효소 (GSH-Px) 의 글루타티온 함량을 증가시켜 텅스텐과 메르키의 결합을 촉진한다.
텅스텐과 텅스텐도 CdSeO3 을 형성하여 텅스텐의 용해도와 흡수를 낮출 수 있다. 셀레늄과 다른 중금속의 결합은 또한 불용성 화합물을 만들어 작물에 의한 중금속의 흡수를 억제하고 식물의 중금속 축적을 감소시킬 수 있다. 셀레늄은 또한 중금속에 대한 세포막의 투과성을 변화시켜 작물 대사가 활발한 세포가 중금속의 제거를 촉진하거나 중금속의 체내 수송에 영향을 줄 수 있다.
따라서, 비료를 시용하면 벼 등 작물의 오염 위험을 낮출 수 있다. SHANKER 등의 분재 실험에서 밝혀진 바에 따르면, 무의 수은 흡수를 줄일 수 있는 것은 아마도 셀레늄과 수은이 토양에 불용성 화합물을 형성하기 때문일 것이다.
실리콘은 작물의 성장을 촉진하고, 저항성을 높이며, 벼와 같은 작물에서 텅스텐과 납의 이동을 크게 줄일 수 있다. 토양에 첨가된 실리콘비료에 함유된 규산근 이온은 카드뮴과 화학반응을 일으켜 식물에 쉽게 흡수되지 않는 규산염을 생성하여 침전함으로써 작물에 의한 카드뮴 등 중금속의 흡수를 줄인다.
실리콘은 벼의 영양소로서 벼잎의 엽록소 함량을 높이고 뿌리의 활력을 높이며 세포막 투과성을 낮춰 중금속에 대한 벼 저항성을 높인다. 나노 실리콘 제제를 엽면에 뿌리면 중금속이 벼에 미치는 독성 작용을 완화시킬 수 있고, 실리콘제를 뿌린 후 씨앗에 의한 카드뮴, 납, 구리, 아연의 흡수가 현저히 줄어든다. 또 다른 연구에 따르면 실리콘 침전으로 인해 카드뮴이 위로 이동하는 것을 막으면 토양에서 카드뮴의 이동 능력을 크게 감소시켜 작물의 지상 부분에서 카드뮴의 축적을 줄이고 벼에서 카드뮴의 함량을 줄일 수 있다.
질소, 인, 칼륨 등의 영양소를 엽면에 살포하면 중금속이 작물에 미치는 독성 작용을 줄이거나 없애고 작물에 대한 중금속의 흡수와 축적을 줄일 수 있다. 연구에 따르면 질소 비료를 적용하면 납, 아연 등 중금속이 겨울 밀 모종 잎과 뿌리의 성장 억제를 완화하고 질소 적용량이 증가함에 따라 증강할 수 있는 것으로 나타났다.
인비를 엽면에 뿌리면 납독으로 인한 작물 인 부족 증상을 개선할 수 있고, 토양에 인을 적용하면 납의 생체 효율을 낮출 수 있다는 점은 시금치, 당근, 귀리, 호밀풀에서 이미 검증되었다. 정링운 등 연구에 따르면 KH2PO4 를 엽면에 뿌리면 벼 생산량을 늘리고 납, 아연, 카드뮴의 벼 축적을 줄일 수 있다. SINGH 등은 칼륨비료를 시용하면 밀 식물의 아연 농도를 현저히 낮출 수 있다는 것을 발견했다. 밀세포에서 카드뮴의 이동 경로를 연구하면서 세포벽 표면의 최고 운영책임자 (COO) 가 쉽게 카드뮴과 결합되어 세포벽에 갇혀 세포막에 들어가지 않는 것을 발견했다.
칼슘, 마그네슘, 아연은 중금속과 경쟁하는 작물의 흡수 및 운송 부위와 경쟁할 수 있다. 고농도의 중금속이 작물에 의한 칼슘 마그네슘 등 영양소의 흡수와 수송을 억제한다는 연구결과가 나왔다. 예를 들어, 밀 어린 싹의 줄기와 잎에는 브롬 함량이 현저히 증가했고 칼슘 마그네슘 등 영양소의 함량은 현저히 낮아졌다. 아연 농도의 증가는 작물 중 마그네슘 등의 원소 농도를 낮출 수 있다.
따라서 칼슘 마그네슘 등 영양소의 충분한 공급은 중금속의 독성 작용을 줄이는 데 도움이 된다. 작물의 칼슘과 마그네슘이 근세포의 정상적인 침투 시스템을 유지하는 데 도움이 되기 때문이다.
강압 하에서 칼슘과 칼슘을 첨가하지 않는 상황을 비교해 보면 칼슘을 첨가하면 옥수수 뿌리와 잎의 세포기와 세포질에서 칼슘 함량이 현저히 높아지지만, 플루토늄 함량은 현저히 낮아진다는 것을 알 수 있다. 칼슘이 없으면 엽록체에 기초입자가 없거나, 기초층층이 무질서하게 배열되어 기아 알갱이가 증가할 수 있다. 칼슘이 옥수수 잎의 정상적인 구조와 기능을 유지하는 데 매우 중요한 역할을 하기 때문이다.
철은 작물의 엽록체 기능에 영향을 주고, 생리기능을 조정하고, 중금속의 흡수와 수송에 영향을 줄 수 있다. 따라서 엽면 살포를 통해 작물의 철 공급을 높이면 카드뮴 등 중금속의 체내 축적을 어느 정도 줄일 수 있다. 일반적으로 농작물의 철분 함량이 충분하면 망간, 구리, 아연, 카드뮴 등 중금속 함량이 낮아진다. 하지만 철분 결핍으로 인해 망간, 구리, 아연, 카드뮴 등 중금속 함량이 높아 철운송단백질 유전자의 표현과 관련이 있을 수 있다.
코헨 등은 철분 결핍과 철분 결핍 조건 하에서 완두콩이 텅스텐을 흡수하는 역학을 연구했다. 그 결과, 철분 결핍 조건 하에서 완두콩의 카드뮴에 대한 최대 초기 흡수율은 철분이 충분한 조건의 거의 7 배에 달하는 것으로 나타났다. 각기 다른 공급 조건 하에서 플루토늄 흡수의 차이는 IRT 1 유전자의 표현과 관련이 있을 수 있다. IRT 1 은 의남 의에서 복제된 철운송단백질 유전자입니다. 철분 결핍은 그 표현을 유도하고, 철의 흡수와 수송을 촉진하며, 카드뮴 등 중금속의 흡수와 수송을 촉진한다. 철분 결핍 하의 흡수율 증가는 질막 양성자 펌프의 활성화와도 관련이 있을 수 있다. FeSO4 _ 4 는 미량 원소 비료로 작물 생산량을 증가시킬 뿐만 아니라 작물에 축적되는 카드뮴도 줄일 수 있다.
연구에 따르면 희토원소는 중금속의 협박을 어느 정도 완화할 수 있다. 엽면에 텅스텐이나 그 복합물을 뿌리면 녹두, 배추, 시금치에 대한 납의 피해를 줄일 수 있다. 강낭콩과 옥수수 새싹 잎면에 란탄을 뿌리면 어린 모종에 대한 피해를 줄일 수 있다. 엽면살포 100 mg/L-글루타닌 복합체는 배추에 대한 카드뮴의 피해를 줄이고 배추의 광합률, 힐 반응활성, 질산복원효소 활성을 높이고 엽록소와 핵산 함량을 증가시켜 아크릴알데히드와 플루토늄 함량을 낮추고 질막 투과성을 낮춘다.
또한 지베렐린, 아미노 에탄올 카프로 산 디 에틸 에스테르, 아미노 레 불린 산, 살리실산, 프롤린, 글리신, 베타 인 및 기타 생리 조절 물질의 적용은 중금속이 작물에 미치는 독성 영향을 감소시킬 수 있습니다. 세포분열소 6- 아미노샘을 시용하면 수은이 빈 연밥초에 대한 독성 작용을 완화할 수 있다. 살리실산과 탈산산의 시용은 보리의 어린 모종에 대한 카드뮴의 독성 작용을 완화시킬 수 있다. NAA 를 뿌리면 콩의 어린 모종 잎인 아크릴알데히드와 프롤린 함량을 낮추고 막지과산화와 단백질 수해를 줄이고 과산화물 효소 (POD) 활성을 낮추고 질산복원효소 활성을 높일 수 있다.
식물에는 외부 환경의 변화에 적응할 수 있도록 원소의 흡수, 운송, 배설을 정밀하게 조절하는 복잡한 메커니즘이 있다. 현재, 식물 원소의 균형과 네트워크를 조절하는 방법은 아직 분명하지 않다. 과거에 사람들의 연구는 종종 두 가지 이상의 원소에 머물렀지만, 실제로 식물의 체내 원소의 균형은 매우 복잡한 과정이다. 최근 몇 년 동안 발전해 온 이온 조직학 방법은 식물의 영양소와 중금속의 상호 작용 메커니즘을 더 밝히는 수단을 제공할 수 있다고 생각하는 사람들도 있다.
현재 중금속과 작물 양분 간의 관계는 이미 광범위하게 논의되고 있지만, 관련 기계에 대한 연구는 전반적으로 깊지 않다. 다른 연구 조건, 다른 연구 방법, 다른 시험 작물, 다른, 또는 모순 된 결론으로 이끌어 낸다. 중금속과 영양물질 사이의 상호 작용은 더 많은 연구가 필요하다.
2. 잎 생리 저항 제어 기술 개발
최근 몇 년 동안 작물 잎의 생리장벽을 이용하여 중금속의 농작물 축적을 방지하는 것은 새로운 방향이다. 작물 세포벽에 중금속을 퇴적하거나 킬레이트하여 중금속에 대한 작물 저항성을 높이고 중금속에서 먹이 사슬로의 이동을 줄이거나 완전히 차단합니다. 이 기술은 저렴한 비용, 친환경, 조작편리성 등의 장점으로 국내 연구자들의 사랑을 받고 있다. 국내 현존하는 관련 특허를 보면 기존의 엽면 생리장벽제는 대체로 다음과 같다.
(1) 실리콘 기반 (실리콘 및 무기 실리콘 포함) 성분을 함유 한 엽면 생리 장벽. 관련 특허는103789114a (특허 번호 아래 동일),10/kloc-0 입니다
(2) 셀레늄 또는 희토류 원소의 엽면 생리 장벽, 관련 특허는 10380409 1A, 102356739A,1
(3) 질소, 인, 칼륨 및 기존 미량 원소 (칼슘, 마그네슘, 철, 붕소, 망간, 아연, 몰리브덴, 티타늄, 황) 를 주성분으로 하는 엽면 생리 장벽제, 관련 특허는103744 입니다
(4) 작물 잎 생리 장벽, 관련 특허는 10339240 1A,10402592102356733 입니다 103980030A, 103936495A, 102653486A, 102653485A, 02653485a
현재 우리나라는 작물 잎 생리장벽 제품 개발과 실험 효과 연구에 종사하는 기관이 주로 동부와 중남부 지역, 주로 고교와 과학연구기관, 그리고 일부 기층농업부문에 집중되어 있다. 일반적으로 사용되는 실험 작물은 주로 벼, 채소, 과과이다. 관련된 중금속은 주로 텅스텐, 납, 비소, 수은도 관련되어 있다.
유럽과 미국의 경작지 자원 문제가 그다지 두드러지지 않아 관련 특허도 많지 않기 때문이다. 미국 특허국, 유럽 특허국, 세계무역기구 WIPO 등 웹 사이트에서만 관련 특허 3 건을 검색했는데, 그 중 중국 학자들은 1 을 신고했다.
일부 예비 실험 결과를 보면 엽면 생리저항 제어 기술을 사용하는 효과는 산지와 작물 종류에 따라 다르다.
이방백 등의 실험 결과 실리콘 비료를 엽면에 뿌려 벼를 29.6% 증산하고, 벼비소는 28.2% (질량점수, 하동), 카드뮴은 40.2% 감소한 것으로 나타났다.
왕세화 등의 분재 실험에 따르면 실리콘비료 살포 후 벼씨 속 카드뮴은 17% ~ 53%, 납, 아연, 구리는 각각 26% ~ 4 1%, 29% 감소했다
유걸의 실험에 따르면 잎면에 세제를 뿌려 잎면에 실리콘비료를 뿌려 벼 생산량이 5%, 카드뮴이 40% 감소해 중금속이 잎에서 씨로 이동하는 것을 억제했다.
최효봉 등은 실리콘 비료를 엽면에 뿌리면 상추 성장을 촉진하고 POD 와 초산화물 타화효소 (SOD) 활성을 높이며 상추 바닥의 일부 카드뮴과 납이 각각 33.5 ~ 40% 떨어진 것으로 밝혀졌다.1%와 55.2% ~ 63.3% 로 나타났다.
유씨의 연구에 따르면 잎면에 실리콘비료를 뿌린 후 물동겨자 중 카드뮴 비소 납 함량이 각각 24.5%, 26.4%, 22.5% 감소한 것으로 나타났다. 한편 실리콘비료와 세륨비료를 뿌려 카드뮴 비소 납에 대한 감소폭은 각각 42.6%, 40.0%, 36.8% 였다.
유지진의 연구에 따르면 실리콘을 뿌린 후 분재 고추의 카드뮴 함량이 13.4% ~ 26. 1% 감소했다.
엽면에 셀레늄비료를 뿌리면 작물 체내 중금속의 하강에도 뚜렷한 효과가 있다. 장빈 연구에 따르면 나노 셀레늄 비료와 셀레늄+키토산 복합비료의 엽면 살포, 수경 상추 카드뮴 함량은 각각 19.24%, 21..13% 감소했다. 벼잎면에 셀레늄 비료를 뿌린 후 벼 생산량은 16.2%, 카드뮴은 8.6% ~ 17.8% 감소했다. 야채와 멜론 잎면에 셀레늄비료를 뿌린 후 토마토와 마늘의 텅스텐이 24.46% 감소했다. 토마토와 오이의 카드뮴 함량은 60.6% ~ 75.8% 감소했다. 수박에서 카드뮴은 6.6 1% ~ 66. 13%, 납은 4.55% ~ 83.33% 떨어졌고 막지방 과산화물인 아크릴알데히드의 함량도 감소했다. 딸기 잎과 과일에서 카드뮴은 각각 10.20% ~ 94.65%, 18.33%, 납은 각각 38.86% ~ 76.80%, 77.7/Kloc-로 떨어졌다 감의 카드뮴, 납 및 수은 함량은 유의하게 감소 하였다. 셀레늄 실리콘 몰리브덴 복합 비료를 뿌려 배추와 고추의 카드뮴 함량이 1.9% ~ 20.6% 감소했다. 실리콘의 배합은 벼를 43.8% 증산하고 알의 비소 함량을 46% 감소시킬 수 있다.
희토원소를 엽면에 뿌리면 옥수수 녹두 배추 등 작물의 카드뮴 중독과 납 중독 증상을 줄일 수 있다. 상추 지상 카드뮴과 납은 각각 365,438 0.7% ~ 45.3%, 26.7% ~ 765,438 0.4% 감소했다. 토마토에서 카드뮴은 19.4% ~ 37.0%, 오이에서 카드뮴은 32.0% ~ 49.8% 감소했다. 유채 줄기와 잎에는 구리, 아연, 카드뮴, 납, 니켈이 각각 2.9 1% ~ 7.82%, 2.9 1% ~ 6.99%, 7.26% ~ 26% 감소했다 물동착채 중 카드뮴 비소 납은 각각 22.9%, 26.0%, 32.5% 감소했다. 엽면살아연은 상추의 카드뮴 함량을 37.02% 감소시켰다. 토마토에서 카드뮴이 37.0 1% 감소하여 납에 큰 영향을 미치지 않는다. 현미 카드뮴은 465,438+0.9% 감소했다. 엽면살철은 카드뮴 납 구리 함량을 각각 4.3 ~ 35.5%, 6. 17% ~ 50.30%, 8.34% ~ 33.40% 낮췄다. 토마토 과일의 카드뮴 함량은 2.8 ~ 8.2% 감소했다.
3 응용 프로그램 전망
중금속과 많은 필수 영양소는 쌍방의 기능에 영향을 주며, 영양소를 보충하면 중금속이 작물에 미치는 독성 작용을 줄일 수 있다. 실리콘, 셀레늄, 질소, 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 및 일부 미량 원소는 농작물의 유익한 원소이다. 엽면 살포를 생리장벽으로 사용하면 중금속이 작물에 축적되는 것을 어느 정도 막을 수 있을 뿐만 아니라 작물의 성장, 증산, 품질 개선도 촉진할 수 있다. 비용이 낮고 조작이 편리하기 때문에, 많은 연구가들은 엽면 살포가 편리하고 효과적인 중경오염 토양의 생리장벽 방법으로 광범위하게 응용할 수 있다고 생각한다.
외국에 비해 우리나라는 잎생리장벽제에 대한 논의가 광범위하고 생리장벽제의 연구개발이 세계 최전방에 있으며, 특히 벼 중금속 통제의 응용연구 방면에 있다. 엽면 생리장벽을 이용해 작물 중금속 함량을 통제하는 기초이론 연구는 외국보다 못하다. 현재, 우리나라는 농작물 잎생리장벽을 이용하여 농산물의 중금속 축적을 조절하는 기술이 아직 성숙하지 못하여, 대부분의 제품에는 광범위한 논간 실험평가가 부족하고, 시용 효과가 불안정하며, 시용 방법을 개선해야 한다. 통일규범의 기준이 부족하기 때문에 현재 국내 엽면 생리장벽제의 품종이 다양해 사용자가 어찌할 바를 모르고 있다. 엽면 생리 장벽제의 표준화 기준을 시급히 세워야 한다. 한편, 표준화된 애플리케이션 기술이 부족하기 때문에, 사용자는 조작이 불규칙하여 적절한 애플리케이션 효과를 얻을 수 없습니다. 따라서 다음과 같은 연구에 중점을 두어야 한다.
(1) 농토 중금속 오염 작물 잎 고효율 생리장벽 연구 개발. 이미 연구한 바에 따르면, 서로 다른 생리장벽제가 농산물 중금속에 미치는 통제 효과를 심도 있게 검토해 효율적인 작물 잎 생리장벽제를 선별하였다.
(2) 작물 잎의 생리 장벽 적용 범위에 관한 연구. 지역, 윤작제도, 수비료 관리 여건에 따라 엽면생리장벽이 작물에 중금속 흡수에 미치는 영향을 연구하여 적용 범위를 결정하고 환경요인 (온도, 습도, 조명, 토양비옥도), 살포 시간, 살포 복용량과 농도, 살포 횟수 등이 작물에 중금속 흡수에 미치는 영향을 논의한다.
(3) 엽면생리장벽의 효능을 높이는 첨가제를 선별하여 복합엽면생리장벽을 개발하다. 엽면생리장벽, 표면활성제, 복합제, 식물성장조절제의 응용을 통해 중금속의 흡수를 차단하는 저독성 레시피를 선별했다. 이를 바탕으로 각종 레시피의 일치 실험을 통해 복합엽면 생리장벽을 더 연구했다.
(4) 엽면 생리장벽을 강화하는 논간 시범과 응용기술규범 연구. 성숙한 잎 생리 장벽을 선택하면 여러 곳에서 논간 시범 연구를 진행하고 실제 응용에서 응용 기술을 지속적으로 수정하여 효율성을 높임으로써 관련 기술 법규를 형성할 수 있다.