苧麻耐鎘品種的水培篩選

孫 凱，朱濤濤，朱愛(ài)國(guó)

苧麻耐鎘品種的水培篩選

孫 凱，朱濤濤，朱愛(ài)國(guó)

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類(lèi)研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410204）

利用水培方法是篩選苧麻耐鎘品種的一種快速、便捷、可靠的方法。通過(guò)水培試驗(yàn)探索了6個(gè)不同品種苧麻在鎘脅迫下的耐受能力和吸附能力。結(jié)果表明：在5 mg/L鎘溶液脅迫30 d后，不同品種的苧麻在株高、葉片數(shù)、根長(zhǎng)和鮮重等指標(biāo)上都表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05）。通過(guò)對(duì)苧麻不同部位鎘含量的測(cè)定，不同品種的富集系數(shù)在0.32～0.63之間，莖轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)在0.32～0.50之間，葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)在0.08～0.19之間，表現(xiàn)出明顯的差異性。品種赤山稀節(jié)巴既表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐鎘性，又具備較強(qiáng)的鎘轉(zhuǎn)移能力，是進(jìn)一步利用苧麻修復(fù)鎘污染的優(yōu)良研究材料。

重金屬；脅迫；株高；根長(zhǎng)；轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.07.007

重金屬治理是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的全局性課題。農(nóng)田鎘（Cd）污染問(wèn)題尤為突出。據(jù)報(bào)道，全世界每年有9.5×104～4.5×105t的Cd被排放到土壤中［1］。Cd污染不僅使農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)降低，而且通過(guò)食物鏈的傳遞影響人和動(dòng)物健康，導(dǎo)致癌變或畸形［2］。

近年來(lái)，傳統(tǒng)纖維作物苧麻被認(rèn)為具有較強(qiáng)的耐受和吸附Cd的能力，可作為修復(fù)土壤中重金屬的植物材料加以開(kāi)發(fā)利用［3-4］。苧麻耐受Cd的能力具有明顯的品種差異。篩選出對(duì)重金屬既具有較強(qiáng)耐受性，又具有明顯吸附功能的苧麻品種，是大面積推廣應(yīng)用苧麻修復(fù)技術(shù)的突破口［5］。試驗(yàn)在水培條件下測(cè)定了不同苧麻品種在Cd脅迫下的生長(zhǎng)指標(biāo)和植株各部分Cd含量，探討了不同苧麻品種耐Cd和吸附Cd的差異，以期建立快速篩選苧麻品種的方法，并為耐Cd品種的篩選和培育奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

來(lái)自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類(lèi)研究所沅江試驗(yàn)站的6份苧麻品種，即赤山稀節(jié)巴（湖南沅江），牛蹄麻（湖南加禾），漢壽肉麻（湖南漢壽），稀節(jié)巴（湖南沅江），葛根麻（湖南永順），白腳麻（湖南加禾）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2015年11月6日開(kāi)始進(jìn)行水培。采集上述品種的苧麻15 cm嫩稍，每品種15株，用1%高錳酸鉀溶液消毒后，放入卡蓮自動(dòng)水培箱（協(xié)和株式會(huì)社，日本高槻）培養(yǎng)。向水培箱中加入15 L 1/2的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，水培箱中的水泵能使水流保持持續(xù)流動(dòng)。Hoagland營(yíng)養(yǎng)液的配方（mol/L）為Ca（NO3）25.79×10-3，KNO38.02×10-3，NH4H2PO41.35×10-3，MgSO44.17×10-3，MnSO48.90×10-6，H3BO34.83×l0-5，ZnSO40.94×10-6，CuSO40.20×10-6，（NH4）2MoO40.015×10-6，F(xiàn)e-EDTA 7.26×10-5，pH值 6.5 （用 0.1 mol/L NaOH或1 mol/L HCl調(diào)節(jié)）。在25℃，14 h光照，10 h黑暗條件下培養(yǎng)30 d，每5 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液。以Cd含量為5 mg/L的濃度在營(yíng)養(yǎng)液中加入CdCl2進(jìn)行Cd脅迫，繼續(xù)培養(yǎng)30 d。培養(yǎng)結(jié)束后，用清水和10 mmol/L CaCl2溶液分別清洗根部5 min，測(cè)量苧麻的株高、葉片數(shù)、根長(zhǎng)、鮮重等生物學(xué)指標(biāo)。整株收獲苧麻，105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重，將根、莖、葉分別粉碎，用硝酸-高氯酸法消化，Z-2310型原子吸收分光光度計(jì)（株式會(huì)社日立制作所，日本東京）測(cè)定Cd含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

采用SPSS 18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。對(duì)不同品種間生物學(xué)指標(biāo)進(jìn)行方差分析與多重比較（Duncan氏，a=0.05）。富集系數(shù)BCF、莖轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)TF莖/根、葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)TF葉/莖分別表示根與溶液、莖與根、葉與莖中Cd含量的比例。

2 結(jié)果與分析

2.1 苧麻Cd脅迫后的生物學(xué)指標(biāo)

苧麻Cd脅迫30 d后，各生物學(xué)指標(biāo)如表1。從株高來(lái)看，赤山稀節(jié)巴的高度最高，平均高度為26.0 cm，顯著高于其他品種（P＜0.05），其次為稀節(jié)巴，再次為白腳麻，漢壽肉麻的株高最低，僅為13.0 cm。從各品種葉片數(shù)來(lái)看，赤山稀節(jié)巴的葉片數(shù)最多，平均達(dá)到12.6片，顯著多于其他品種（P＜0.05），其次為稀節(jié)巴赫和白腳麻，且二者之間無(wú)顯著性差異，牛蹄麻、漢壽肉麻和葛根麻的葉片數(shù)顯著少于其他品種（P＜0.05），三者之間沒(méi)有顯著性差異。從根長(zhǎng)這一指標(biāo)來(lái)看，赤山稀節(jié)巴和稀節(jié)巴的根長(zhǎng)無(wú)顯著性差異，但二者顯著長(zhǎng)于其他品種（P＜0.05）。赤山稀節(jié)巴的平均鮮重最重，為14.6 g，其次為稀節(jié)巴，達(dá)13.7 g，二者沒(méi)有顯著差異，但顯著地比其他品種重（P＜0.05）。從圖1可以看出，赤山稀節(jié)巴和稀節(jié)巴這兩個(gè)品種的生物量明顯大于其他品種。

表1　Cd脅迫后各品種生物學(xué)指標(biāo)

圖1　不同品種苧麻在Cd脅迫后的生物量

綜上所述，赤山稀節(jié)巴的4個(gè)生物學(xué)指標(biāo)始終為最大，表現(xiàn)出相對(duì)明顯的耐Cd性。稀節(jié)巴在根長(zhǎng)和鮮重上與赤山稀節(jié)巴無(wú)顯著差異，也表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐Cd性。漢壽肉麻的4個(gè)生物學(xué)指標(biāo)始終為最小，其耐Cd性相對(duì)較弱。

2.2 苧麻Cd脅迫后各部分的Cd濃度

苧麻植株各部分的Cd平均含量及系數(shù)如表2。由表2可知，赤山稀節(jié)巴的富集系數(shù)最小，僅為0.32。然而，赤山稀節(jié)巴不論是莖轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，還是葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均為最大，分別為0.50和0.19，可能正是因?yàn)榇似贩N對(duì)Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)能力比較強(qiáng)，遭受的Cd毒害更少，表現(xiàn)出更好的耐Cd能力。牛蹄麻的富集系數(shù)為最大，達(dá)到0.63，說(shuō)明此品種根富集Cd的能力較強(qiáng)。但是，該品種的莖轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)都為最小，分別為0.32和0.08。其他4個(gè)品種的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大小居中。整體來(lái)看，富集系數(shù)較小的品種，其轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)一般較大。

表2　植株各部分Cd平均含量

3 結(jié)論與討論

影響植物吸收Cd的因素很多，主要包括植物的品種、土壤Cd含量、土壤的性質(zhì)（如pH值，有機(jī)質(zhì)含量）等［6］。試驗(yàn)采用水培的方法研究了苧麻對(duì)低濃度Cd的耐受性。一方面，水培法有效地規(guī)避了土壤中Cd背景值的干擾和有效態(tài)Cd解離平衡的影響；另一方面，鑒于pH值是影響植物吸收Cd的第一土壤因素［7］，水溶液便于控制pH值，使苧麻在脅迫過(guò)程中始終處于pH值相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境。雖然水培試驗(yàn)與田間的實(shí)際環(huán)境條件有較大的差距，但能使苧麻的外部環(huán)境得到控制，使耐Cd篩選的結(jié)果更為可靠，易于大規(guī)模篩選。當(dāng)然，篩選結(jié)果還需結(jié)合盆栽試驗(yàn)和大田試驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

Cd對(duì)苧麻的毒害作用很直觀(guān)地表現(xiàn)在生物量的降低，植株矮化，根的生長(zhǎng)受到抑制等。試驗(yàn)中，不同品種的苧麻在Cd脅迫下表現(xiàn)出明顯的差異。赤山稀節(jié)巴是相對(duì)符合篩選目標(biāo)的品種。在Cd脅迫下，該品種不僅生長(zhǎng)受到的抑制最弱，而且其轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)較高，能最大限度地使Cd從地下部分轉(zhuǎn)移到地上部分，從而使土壤中的Cd污染得到修復(fù)。

［1］ Kamnev AA，van der Lelie D. Chemical and biological parameters as tools to evaluate and improve heavy metal phytoremediation ［J］. Bioscience Reports，2000，（20）：239-258.

［2］ 孫 凱，余永廷，朱濤濤，等. 苧麻在鎘污染土壤修復(fù)中的研究進(jìn)展［J］. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，（3）：152-154.

［3］ Yang B，Zhou M，Shu W S，et al. Constitutional tolerance to heavy metals of a fiber crop， ramie （Boehmeria nivea）， and its potential usage ［J］. Environmental Pollution，2010，（2）：551-558.

［4］ 佘 偉，揭雨成，刑虎成，等. 湖南石門(mén)、冷水江、瀏陽(yáng)3個(gè)礦區(qū)的苧麻重金屬含量及累積特征［J］. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，31（3）：874-881.

［5］ 佘 偉，揭雨成，刑虎成，等. 苧麻耐鎘品種差異及其篩選指標(biāo)分析［J］. 作物學(xué)報(bào)，2011，37（2）：348-354.

［6］ Moreno J L，Bastida F，Ros M，et al. Soil organic carbon buffers heavy metal contamination on semiarid soils：Effects of different metal thresh-old levels on soil microbial activity［J］. European Journal of Soil Biology，2009，45（3）：220-228.

［7］ 劉 克，和文祥，張 紅，等. 鎘在小麥各部位的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)及籽粒鎘含量的預(yù)測(cè)模 ［J］. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，34（8）：1441-1448.

（責(zé)任編輯：夏亞男）

Screening of Ramie （Boehmerianivea L.） Cd-Tolerant Variety by Hydroponics

SUN Kai，ZHU Tao-tao，ZHU Ai-guo
（Institute of Bast Fiber Crops， Chinese Academy of Agriculture Science， Changsha 410205， PRC）

Hydroponics is a rapid， convenient and reliable method for screening of cadmium（Cd） tolerant varieties of ramie （Boehmerianivea L.）. Tolerance and adsorption capacity of cadmium stress in 6 different varieties of ramie was explored by hydroponic experiment. The results showed that different varieties of ramie had a significant difference in plant height， leaf number， root length and fresh weight under 5 mg/L （P＜0.05） Cd solution stress for 30 days. Through the determination of cadmium content in different parts of ramie， the enrichment coefficient of different varieties was between 0.32-0.63， the stem transport coefficient of the stem was 0.32-0.50， the leaf transport coefficient was 0.08-0.19， all showed obvious differences. The Chishanxijieba variety showed comparative high Cd tolerance and transfer ability， providing a good study material for phytoremediation by using ramie.

heavy metal； stress； plant height； root length； transfer coefficient

S563.1

A

1006-060X（2016）07-0021-03

2016-05-09

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)（CARS-19-S11）

孫 凱（1988-），男，湖南寧鄉(xiāng)縣人，研究實(shí)習(xí)員，碩士，主要從事麻類(lèi)作物栽培與遺傳育種研究。

朱愛(ài)國(guó)