兩種基因型蕹菜鎘積累與其根際微生物的關(guān)系研究

，

(廣西壯族自治區(qū) 環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣西 南寧 530028)

鎘(Cd)是一種動(dòng)植物非必需的重金屬元素，其在土壤中的活性較強(qiáng)，生物有效性高，易被植物吸收[1]。而植物對(duì)土壤重金屬元素的吸收和積累與其所處的根際環(huán)境有密切聯(lián)系[2]。在植物根際，存在著大量而不穩(wěn)定的各種微生物群體，它們比表面大，帶電荷，代謝活動(dòng)旺盛，可通過多種作用方式引起重金屬在根際環(huán)境中的分布、遷移機(jī)制、生物有效性的改變。陳能場(chǎng)[3]指出根際微生物本身及其活動(dòng)都能影響重金屬的化學(xué)行為；Feng[4]研究報(bào)道土壤微生物數(shù)量直接影響土壤的生物化學(xué)活性，土壤微生物的活動(dòng)能減低金屬的植物可利用性，減少植物體內(nèi)的金屬含量。但從根際角度分析不同基因型植物吸收重金屬的差異性與其根際土壤微生物的關(guān)系未見報(bào)道。

王麗鳳等[5]的調(diào)查結(jié)果表明，蔬菜中重金屬含量大小順序?yàn)椋喝~菜類>根莖類> 瓜果類；有研究認(rèn)為葉菜對(duì)人類攝食Cd的貢獻(xiàn)度達(dá)到83%[6]。蕹菜是我國南方常見葉用蔬菜，味道鮮美、營養(yǎng)豐富，很受歡迎。蘇苗育等[7]、Wang等報(bào)道蕹菜吸收積累Cd的能力較強(qiáng)，因此其對(duì)人類的潛在Cd污染風(fēng)險(xiǎn)比較大[8]。所以通過自制根箱試驗(yàn)研究兩種基因型蕹菜吸收重金屬鎘與其根際微生物的關(guān)系，探討根際微生物區(qū)系對(duì)不同蕹菜品種Cd積累行為的影響，為篩選、培育和利用可食部分重金屬低量積累作物品種奠定必要的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試蕹菜(IpomoeaaquaticaForssk.)為臺(tái)灣種嚴(yán)選柳葉(TW)， 由廣州愛普農(nóng)農(nóng)業(yè)科技公司提供；強(qiáng)坤柳葉白骨(QK)，由廣西靈山強(qiáng)坤蔬菜種子公司提供。

供試土壤來自廣西南寧市農(nóng)科所蔬菜地，其基本理化性質(zhì)：pH值6.77，有機(jī)質(zhì)3.49%，全氮1.58 g·kg-1，堿解氮98.20 mg·kg-1，速效磷 195.92 mg·kg-1，速效鉀192.30 mg·kg-1，土壤全鎘0.173 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2012年3月20日在廣西蔬菜研究所的溫室大棚內(nèi)采用自制根箱栽培，根箱長20 cm、寬15 cm、高15 cm，參考Wang[9]根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改。

將土壤風(fēng)干，粉碎，過1 mm篩，加基肥，徹底混勻，平衡1周，小心裝入自制的根箱。裝完土后用水澆透，待土壤含水量為田間最大持水量的60%時(shí)，在根箱中央室播種，間苗，留3株蕹菜。日常管理中，澆水澆在非植物的區(qū)域，以促使根系向兩邊生長。

1.3 分析測(cè)定方法

在種植后40 d和60 d，稱植株莖葉的干鮮質(zhì)量，用HNO3-H2O2微波消解，原子吸收光譜儀測(cè)定鎘的含量[10]。收集根際土和非根際土，稀釋平板計(jì)數(shù)法測(cè)細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量[11]。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用SPSS 10.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種基因型蕹菜莖葉鎘含量的差異

同一生長周期內(nèi)，兩種基因型蕹菜莖葉鎘含量存在極顯著差異(p<0.01)，見表1。臺(tái)灣種嚴(yán)選柳葉莖葉中鎘含量是強(qiáng)坤柳葉白骨的1.45倍，在兩個(gè)生長階段均表現(xiàn)為強(qiáng)坤柳葉白骨的莖葉含量遠(yuǎn)小于臺(tái)灣種嚴(yán)選柳葉的莖葉含量，說明蕹菜吸收積累重金屬鎘在品種間存在基因差異性。

同一品種的莖葉鎘含量在兩茬之間在統(tǒng)計(jì)學(xué)上沒有表現(xiàn)出差異性，但由表可看出第2茬的鎘含量均大于第1茬的鎘含量。這可能是由于第1茬蕹菜由于在生長期內(nèi)，根系尚未完全發(fā)育成熟，沒有第2茬蕹菜根系發(fā)達(dá)。另外，第1茬蕹菜生長期處于早春，環(huán)境溫度較低，土壤中鎘的活性亦較低，而第2茬處于溫度較高的初夏，土壤鎘活性較高，易于被植物吸收。李勇研究的黑麥草對(duì)土壤中Cd的吸收時(shí)也有相同的結(jié)論[12]。

表1兩種基因型蕹菜莖葉鎘Cd含量(mg·kg-1)
Tab.1 The Cadmium content of theIpomoeaaquaticaForssk

生長時(shí)間 Growth of time品種 Varieties強(qiáng)坤柳葉白骨 QK臺(tái)灣種嚴(yán)選柳葉 TW第1茬 The first crop0.333±0.0520.426±0.117**第2茬 The second crop0.339±0.0960.487±0.054**

注： T-Test檢驗(yàn)。**表示p<0.01水平差異顯著，*表示p<0.05水平差異顯著，下同。

2.2 兩種基因型蕹菜根際微生物數(shù)量的比較

2.2.1同一品種蕹菜根際與非根際土壤微生物數(shù)量的比較。由方差分析的結(jié)果表明：3種微生物數(shù)量在根際與非根際間存在極顯著差異(p<0.01)，這是由于植物根系分泌物和脫落物的存在促使根際微生物數(shù)量顯著大于非根際的數(shù)量；根系分泌物越多，微生物生長越旺盛。蕹菜根際與非根際土壤中微生物數(shù)量以細(xì)菌數(shù)量最多，占微生物總量的75%以上，表明蕹菜田地有機(jī)物的分解和轉(zhuǎn)化主要靠細(xì)菌類微生物來完成，見表2。

隨著作物發(fā)育進(jìn)程的增長，兩個(gè)蕹菜品種的微生物數(shù)量變化趨勢(shì)不同，強(qiáng)坤柳葉白骨的3種微生物數(shù)量均表現(xiàn)為第1茬的數(shù)量大于第2茬的數(shù)量，而臺(tái)灣種嚴(yán)選柳葉卻相反，表現(xiàn)為第1茬的數(shù)量小于第2茬的數(shù)量，在其它條件相似的情況下，可以認(rèn)為這種變化是受基因型的差異或植物吸收重金屬的因素影響。

2.2.2蕹菜不同品種微生物數(shù)量的比較。在同一生長期內(nèi)，強(qiáng)坤柳葉白骨根際細(xì)菌、真菌、放線菌的數(shù)量均大于臺(tái)灣種嚴(yán)選柳葉的微生物數(shù)量。在第1茬內(nèi)，兩個(gè)品種的放線菌數(shù)量差異最大，達(dá)到2.18倍；第2茬內(nèi)細(xì)菌數(shù)量的差異較大，為1.45倍。這是由于不同基因型的植物分泌的分泌物種類和數(shù)量不同，導(dǎo)致同一物種的不同基因型之間對(duì)根際微生物的種群密度和數(shù)量有著不同的影響。

以根際微生物的數(shù)量與非根際微生物的數(shù)量之比作為根際效應(yīng)，由表2可得強(qiáng)坤柳葉白骨的根際效應(yīng)均大于臺(tái)灣種嚴(yán)選柳葉的根際效應(yīng)，由此說明，強(qiáng)坤柳葉白骨的根系分泌物對(duì)土壤微生物影響更大，而根際微生物代謝活動(dòng)的產(chǎn)物，對(duì)根系的分泌作用既有刺激也有一定的制約作用。影響根系分泌物的產(chǎn)生，進(jìn)而影響到根際環(huán)境。根際環(huán)境又可影響土壤中重金屬的生物有效性，進(jìn)而影響植物對(duì)土壤中重金屬的吸收。

表2 兩種基因型蕹菜根際和非根際土壤微生物數(shù)量比較(106個(gè)·g-1)Tab.2 Comparison of rhizospheric microorganisms between rhizosphere and non-rhizosphere

注：Indepentent-Samples T-Test檢驗(yàn)。R,NR分別表示根際和非根際。

2.3 植物鎘含量與根際微生物的相關(guān)性

植物莖葉鎘含量與土壤中根際細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明根際微生物可減少植物吸收重金屬，見表3。在兩茬中，真菌與莖葉鎘含量的相關(guān)性最強(qiáng)，細(xì)菌其次，放線菌第三，且第2茬的相關(guān)程度均大于第1茬的相關(guān)程度。這是由于隨著植物生長發(fā)育的增長，植物根系發(fā)達(dá)，分泌的根系分泌物較多，再加上環(huán)境溫度的升高，微生物生長較旺盛，抑制植物吸收重金屬作用增強(qiáng)。

表3 兩茬植物鎘含量與根際微生物的相關(guān)性Tab.3 Correlation between Cadmium and rhizospheric microorganisms

把兩種基因型蕹菜的兩茬莖葉鎘含量及兩茬根際微生物的結(jié)果合并做相關(guān)性分析，得表4，分析結(jié)果進(jìn)一步說明在植物生長的整個(gè)過程，根際微生物與莖葉中的鎘含量始終呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)程度為真菌(r=-0.833)>細(xì)菌(r=-0.782)>放線菌(r=-0.586)。這說明真菌在抑制植物吸收重金屬方面起很大作用，可能是由于真菌通常是采用細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的螯合物來固定重金屬，減少重金屬的移動(dòng)性；還可將重金屬固定在根部，抑制重金屬從根向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)[13]。

表4 植物鎘含量與根際微生物的相關(guān)性Tab.4 Correlation between the Cadmium and rhizospheric microorganisms

3 小結(jié)和討論

國內(nèi)自20世紀(jì)80年代以來對(duì)不同植物吸收累積重金屬的差異作了不少研究，結(jié)果表明，種間(不同種、屬)差異比較明顯，種內(nèi)(不同變種或品種)也存在明顯差異。通過溫室大棚根箱試驗(yàn)，研究了南方常用的蕹菜品種吸收累積Cd的差異性及其與根際微生物的關(guān)系，結(jié)果表明，蕹菜的不同品種對(duì)Cd的吸收累積具有明顯的基因型差異，食用部位含Cd量可相差1.45倍以上，因此，在輕度Cd污染的農(nóng)田土上以種植強(qiáng)坤柳葉白骨為好，減少土壤中的重金屬通過食物鏈進(jìn)入人體的危害。

試驗(yàn)還表明：種內(nèi)根際、非根際的微生物數(shù)量及根際效應(yīng)均存在顯著差異，這是由于同一物種的不同基因型之間由于植物根系分泌物的不同對(duì)根際微生物的種群密度和數(shù)量有著不同的影響。這樣的結(jié)論與其它植物的研究結(jié)果一致[14]。

土壤微生物數(shù)量直接影響土壤的生物化學(xué)活性，土壤微生物的活動(dòng)能降低金屬的植物可利用性，減少植物體內(nèi)的重金屬含量。由相關(guān)性分析也得微生物數(shù)量與植物莖葉鎘含量存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)程度為真菌>細(xì)菌>放線菌。

選育食用部位重金屬含量明顯較低的作物品種種植在中、輕度污染土壤上不失為一條經(jīng)濟(jì)有效的改良途徑。造成不同植物在吸收累積重金屬方面存在差異的原因很多，從根際微環(huán)境方面來看，本試驗(yàn)進(jìn)一步表明，微生物可抑制植物對(duì)重金屬的吸收，但對(duì)抑制植物吸收重金屬起重要作用的優(yōu)勢(shì)菌種的篩選和鑒定還有待進(jìn)一步研究。

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