不同纖維細(xì)度苧麻種質(zhì)鎘富集與轉(zhuǎn)運(yùn)和積累能力比較

符慧琴，揭紅東，揭雨成*，邢虎成，溫圣賢

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) a.苧麻研究所；b.農(nóng)學(xué)院；c .園藝園林學(xué)院，湖南 長沙 410128)

不同纖維細(xì)度苧麻種質(zhì)鎘富集與轉(zhuǎn)運(yùn)和積累能力比較

符慧琴a,b，揭紅東c，揭雨成a,b*，邢虎成a,b，溫圣賢b*

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) a.苧麻研究所；b.農(nóng)學(xué)院；c .園藝園林學(xué)院，湖南 長沙 410128)

為探明鎘在不同細(xì)度苧麻種質(zhì)體內(nèi)的積累與富集性差異，對20個苧麻種質(zhì)進(jìn)行鎘污染大田試驗。結(jié)果表明：供試苧麻種質(zhì)鎘富集系數(shù)的變幅為0.97～1.58，富集系數(shù)較高的分別是中細(xì)度種質(zhì)‘新1號’‘中苧1號’和高細(xì)度種質(zhì)‘湘飼纖兼用苧麻1號’，富集系數(shù)依次為1.58、1.55、1.54，屬于鎘高富集苧麻種質(zhì)，鎘富集系數(shù)(0.97)最小的是高細(xì)度種質(zhì)‘黃平青麻’；供試苧麻種質(zhì)鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的變幅為0.66～1.41，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最高的是中細(xì)度種質(zhì)‘耒陽青麻’，其轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為1.41；供試苧麻種質(zhì)年鎘積累量的變幅為10.24 ～21.87 g/hm2，篩選出高積累鎘苧麻種質(zhì)‘C’‘中苧1號’和‘多倍體1號’，其年鎘積累量分別為21.87、19.87、18.75 g/hm2。綜合分析，苧麻纖維細(xì)度不影響其鎘富集能力。

苧麻；纖維細(xì)度；鎘富集；鎘吸收；鎘積累

鎘是具有強(qiáng)毒性的重金屬元素，易被植物吸收、積累，最終通過生物鏈危害人類健康和安全[1]，因此，迫切需要找到能有效利用和修復(fù)鎘污染土壤的作物和種植模式[2–3]。苧麻是中國傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)作物，可以在一定程度上吸附和固定重金屬鎘于植株內(nèi)[4–5]。代劍平等[6]研究了苧麻對鎘的富集積累特征；項雅玲等[7]在鎘污染的農(nóng)田中種植苧麻，對鎘的富集與積累特征進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)土壤中鎘的含量明顯降低，最高可以降低 3.17%左右。佘瑋等[8]對湖南多個礦區(qū)苧麻的重金屬含量和累積特征進(jìn)行了研究，結(jié)果表明苧麻對多種重金屬具有高富集性。賴發(fā)英等[9]對來自污染區(qū)的野生苧麻樣品分析發(fā)現(xiàn)，野生苧麻對Cd的富集系數(shù)高達(dá)3.08。筆者對種植于鎘污染大田的不同細(xì)度苧麻種質(zhì)的鎘積累、轉(zhuǎn)運(yùn)和富集能力進(jìn)行比較研究，旨在探索苧麻纖維細(xì)度對鎘的富集與積累的影響，現(xiàn)將結(jié)果報道如下。

1 材料與方法

1.1 供試材料

20份試驗材料均來自于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)苧麻種質(zhì)資源圃，其纖維細(xì)度[10]列于表1。

表1 供試材料Table 1 Test material

1.2 試驗設(shè)計

試驗在湖南瀏陽市沿溪鎮(zhèn)苧麻實(shí)驗基地進(jìn)行。供試土壤pH值為6.33，有機(jī)質(zhì)含量為12.98 g/kg，全氮含量為1.12 g/kg，全磷含量為0.71 g/kg，全鉀含量為13.75 g/kg，鎘含量為0.412 mg/kg。2015年9月30日，選用長勢一致的苧麻扦插苗進(jìn)行大田移栽。20份材料隨機(jī)排列，3次重復(fù)，共60個小區(qū)。小區(qū)規(guī)格為3 m×2.4 m。株行距為0.5 m×0.5 m。每個小區(qū)共計24蔸，每個種質(zhì)共移栽72蔸。四周設(shè)有保護(hù)行，廂面寬2 m，長37.5 m，共8廂。2016年5月23日收獲頭麻(破稈麻)，7月28日收獲二麻，10月23日收獲三麻。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀考查

采用五點(diǎn)取樣法，在每個小區(qū)4個角和中部隨機(jī)取1蔸苧麻，共5蔸，作為農(nóng)藝性狀調(diào)查樣本，對成熟期供試苧麻進(jìn)行農(nóng)藝性狀(株高、莖粗、皮厚、分株數(shù)、有效株數(shù)、鮮皮出麻率)考查。

1.3.2 生物產(chǎn)量測量

對3季別成熟期的供試材料進(jìn)行各器官(麻葉、麻殼、原麻、麻骨、地下部麻蔸)干物質(zhì)產(chǎn)量考查(取樣調(diào)查蔸同為農(nóng)藝性狀調(diào)查蔸)。具體做法：用枝剪在離地3 cm處剪取地上部分植物樣，分器官裝袋；使用鋤具對麻蔸周邊土壤進(jìn)行松土，人工拔出麻蔸，完全取出地下蔸(龍頭根、繁殖根、蘿卜根)，將所取樣本帶回實(shí)驗室，洗凈，65 ℃烘箱烘干至恒重，稱取各樣本質(zhì)量。

1.3.3 鎘含量檢測

對大田3季別成熟期的植物樣(麻葉、麻殼、原麻、麻骨、地下部麻蔸)和根際土壤進(jìn)行鎘含量測定。植物樣用硝酸–高氯酸法消解[11]，土樣用王水–高氯酸法[12]消化，火焰原子吸收光譜法測定樣本Cd含量[13]。富集系數(shù)、轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)、鎘積累量的計算參照文獻(xiàn)[8]的方法進(jìn)行。

1.3.4 鎘積累與富集性評價

通過對地上部分植物樣、土壤中鎘含量的檢測來分析供試材料的鎘積累、富集和轉(zhuǎn)運(yùn)情況。

通過富集系數(shù)(轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù))的隸屬函數(shù)值來綜合分析苧麻種質(zhì)的富集性(轉(zhuǎn)運(yùn)性)差異[14]。根據(jù)隸屬函數(shù)值(D值)大小對苧麻種質(zhì)進(jìn)行Cd富集性(轉(zhuǎn)運(yùn)性)排序：D≥0.70，劃分為高富集(轉(zhuǎn)運(yùn))型；0.50≤D＜0.70，劃分為中富集(轉(zhuǎn)運(yùn))型；D＜0.50，劃分為低富集(轉(zhuǎn)運(yùn))型。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和DPS3.01軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同纖維細(xì)度苧麻的生長狀況

2.1.1 農(nóng)藝性狀

由表 2可以看出，供試苧麻年平均株高為126.31 cm，其中表現(xiàn)最好的是中細(xì)度種質(zhì)‘多倍體1號’，其株高顯著高于中細(xì)度種質(zhì)‘周博士不育系’(M13)和高細(xì)度種質(zhì)‘厚皮種1號’(M18)。供試材料的年平均莖直徑為7.95 mm，中細(xì)度種質(zhì)‘多倍體1號’(M3)的莖直徑最大，其莖直徑顯著大于高細(xì)度種質(zhì)‘厚皮種1號’(M18)。供試材料的年平均皮厚為0.702 mm，最厚的是中細(xì)度種質(zhì)‘中苧1號’(M2)和‘多倍體1號’，與高細(xì)度種質(zhì)‘厚皮種1號’差異顯著。供試材料的年平均蔸分株數(shù)為8.81，分株最多的是中細(xì)度種質(zhì)‘新名家麻’(M5)，與高細(xì)度種質(zhì)‘黃平青麻’(M15)差異顯著。供試材料的平均有效株率為76.35%，不同細(xì)度種質(zhì)間有效株率差異無統(tǒng)計學(xué)意義。供試材料的平均鮮皮出麻率為12.20%，不同細(xì)度種質(zhì)間鮮皮出麻率差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

表2 供試苧麻成熟期的農(nóng)藝性狀Tabel 2 Analysis of agronomic traits of mature ramie with test ramie

2.1.2 生物產(chǎn)量

由表 3可以看出，頭麻期，供試材料小區(qū)生物產(chǎn)量最高的是中細(xì)度種質(zhì)‘湘苧3號’(M1)。中細(xì)度種質(zhì)‘多倍體 1 號’(M3)、‘湘苧 3 號’(M1)、‘耒陽青麻’(M4)、‘株場青麻’(M6)、‘B’(M7)與高細(xì)度種質(zhì)‘黃平青麻’(M15)的小區(qū)總生物產(chǎn)量差異達(dá)到顯著水平，其他種質(zhì)間小區(qū)總生物產(chǎn)量差異無統(tǒng)計學(xué)意義。二麻期，中細(xì)度種質(zhì)‘株場青麻’的小區(qū)干物質(zhì)總產(chǎn)量最高，其與高細(xì)度種質(zhì)‘黃平青麻’(M6)的干物質(zhì)總產(chǎn)量差異顯著。三麻期，中細(xì)度種質(zhì)‘B’小區(qū)總生物量最高，其與高細(xì)度種質(zhì)‘厚皮種1號’(M18)差異顯著。各小區(qū)原麻產(chǎn)量差異無統(tǒng)計學(xué)意義。3季別的產(chǎn)量比較，頭麻(破稈麻)的產(chǎn)量最低，其次為二麻，三麻的產(chǎn)量最高，表現(xiàn)出隨著苧麻生長期的延長，產(chǎn)量呈遞增趨勢。各種質(zhì)地下部產(chǎn)量增幅較地上部更為明顯。中細(xì)度苧麻的產(chǎn)量要高于高細(xì)度苧麻。

表3 供試材料的干物質(zhì)產(chǎn)量Table 3 Dry material pro duction fo r test materials kg

表 3 (續(xù)) kg

2.2 不同細(xì)度苧麻種質(zhì)體內(nèi)的鎘分布

由表 4可以看出，供試苧麻種質(zhì)的鎘含量為麻殼、麻葉、麻地下部、原麻、麻骨依次遞減。除中細(xì)度苧麻種質(zhì)‘A’(M11)的麻殼和高細(xì)度苧麻種質(zhì)‘黃平青麻’(M15)差異顯著外，供試種質(zhì)其他器官間的鎘含量差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義。中、高細(xì)度苧麻種質(zhì)各器官鎘的含量差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義。

表4 鎘脅迫下不同纖維細(xì)度苧麻種質(zhì)各器官的鎘含量Table 4 Cadmium distribution of ramie in different fineness varieties under cadmium stress

2.3 不同細(xì)度苧麻種質(zhì)的鎘積累量

由表 5可以看出，頭麻期，苧麻(全株)鎘積累量最高的是中細(xì)度種質(zhì)‘C’(M12)，為 2.17 g/hm2，最低的是高細(xì)度種質(zhì)‘宜雜 2號’(M14)，為 0.98 g/hm2。二麻期，鎘積累量最高的是中細(xì)度種質(zhì)‘C’，為 11.39 g/hm2，最低的是中細(xì)度種質(zhì)‘周博士不育系’(M13)，為 3.98 g/hm2。三麻期，鎘積累量最高的是中細(xì)度種質(zhì)‘B’(M7)，為 11.34 g/hm2，最低的是高細(xì)度種質(zhì)‘黃平青麻’(M15)，為4.92 g/hm2。全年鎘積累量最高的中細(xì)度種質(zhì)‘C’，為21.87 g/hm2，最低的是高細(xì)度種質(zhì)‘黃平青麻’，為10.24 g/hm2?？傮w而言，中細(xì)度苧麻種質(zhì)的年鎘積累量要高于高細(xì)度苧麻種質(zhì)的年鎘積累量。

表5 供試材料的Cd積累量Table 5 Accumulated amount of Cd for each test material

2.4 不同細(xì)度苧麻種質(zhì)對鎘的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力

由表6可以看出，供試苧麻對鎘具有較強(qiáng)的富集能力，鎘富集系數(shù)變幅為0.97～1.58，富集系數(shù)較高的分別是中細(xì)度種質(zhì)‘新 1號’(M8)、‘中苧 1號’(M2)、高細(xì)度種質(zhì)‘湘飼纖兼用苧麻 1號’(M19)，其富集系數(shù)依次為 1.58、1.55、1.54。鎘富集系數(shù)最小的是高細(xì)度種質(zhì)‘黃平青麻’(M15)，富集系數(shù)為0.97。轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)變幅為0.66～1.41，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最高的是中細(xì)度種質(zhì)‘耒陽青麻’(M4)，其轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為1.41，最低的是中細(xì)度種質(zhì)‘C’(M12)，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為0.66。供試材料的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)存在季別間差異。供試苧麻種質(zhì)鎘富集能力強(qiáng)弱不受苧麻纖維細(xì)度的影響。隨著苧麻生長期的延長，供試苧麻地下部分鎘積累能力不斷加強(qiáng)，鎘在地下部積累量增加，往地上部轉(zhuǎn)移的量相對減少，表現(xiàn)在二麻、三麻期各苧麻種質(zhì)的鎘運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)有所下降。

表6 土壤鎘含量和供試材料對Cd的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)Table 6 Soil Cd content and Cd enrichment coefficient and transfer coefficient of test materials

由表 7 可以看出，供試苧麻 ‘株場青麻’ ‘B’ ‘紅皮小麻’‘石屯麻’ ‘周博士不育系’ ‘黃平青麻’‘邵陽12 號’ ‘玉山麻’ ‘昆池苧麻’的富集系數(shù)隸屬函數(shù)值(年均值)D＜0.50，可以將其劃分為鎘低富集型苧麻種質(zhì)； ‘湘苧 3 號’‘多倍體 1 號’‘耒陽青麻’‘新民家麻’‘A’‘C’‘宜雜2號’和‘厚皮種1 號’的富集系數(shù)隸屬函數(shù)值 0.50≤D＜0.70，可以將其劃分為鎘中富集型苧麻種質(zhì)；‘中苧 1號’‘新 1號’和‘湘飼纖兼用 1號’的富集系數(shù)隸屬函數(shù)值D≥0.70，可以將其劃分為鎘高富集型苧麻種質(zhì)。

表7 不同細(xì)度苧麻各季別鎘富集與轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的隸屬函數(shù)值Table 7 Analysis of membership function of different percentages of ramie at different seasons

‘耒陽青麻’和‘新民家麻’的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)隸屬函數(shù)值(年均值)D≥0.5，可以將其劃分為鎘中轉(zhuǎn)運(yùn)型苧麻種質(zhì)；其余 18個苧麻種質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)隸屬函數(shù)值(年均值)D <0.5，可以將其劃分為鎘低運(yùn)轉(zhuǎn)型苧麻種質(zhì)。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，供試材料的鎘富集系數(shù)變幅為 0.97～1.58，富集系數(shù)較高的分別是中細(xì)度種質(zhì)‘新 1號’ ‘中苧 1號’和高細(xì)度種質(zhì)‘湘飼纖兼用苧麻1號’，其富集系數(shù)依次為 1.58、1.55、1.54。鎘富集系數(shù)最小的是高細(xì)度種質(zhì)‘黃平青麻’，其富集系數(shù)為 0.97?！?1 號’ ‘湘飼纖兼用 1 號’ ‘中苧 1 號’可以作為鎘高富集苧麻種質(zhì)選用。供試材料鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的變幅為0.66～1.41，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最高的是中細(xì)度種質(zhì)‘耒陽青麻’，其轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為 1.41。供試材料年鎘積累量的變幅為10.24 ～21.87 g/hm2，鎘積累量最多的是種質(zhì)‘C’，其次為‘中苧 1號’，再次為‘多倍體1號’，其年鎘積累量分別為 21.87、19.87、18.75 g/hm2，這 3個材料可以作為鎘高積累苧麻種質(zhì)選用。本研究結(jié)果表明，苧麻纖維細(xì)度高低不影響其鎘富集能力強(qiáng)弱。

王凱榮等[15–16]研究發(fā)現(xiàn)，在鎘脅迫下，隨著土壤Cd濃度提高，苧麻地上部分生物產(chǎn)量持續(xù)降低，而地下莖和蘿卜根明顯增粗，生物產(chǎn)量持續(xù)增加，細(xì)根呈縮短增粗的趨勢，表明苧麻地下部在耐受鎘中起到了重要的調(diào)控作用。本研究結(jié)果表明，隨著苧麻生長期的延長，苧麻根系不斷壯大，地下部分鎘積累能力不斷加強(qiáng)，鎘在地下部的積累量增加，往地上部轉(zhuǎn)移的量相對減少，表現(xiàn)在二麻、三麻期各苧麻種質(zhì)的鎘運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)有所下降，但中、高細(xì)度苧麻種質(zhì)間地下部往地上部運(yùn)轉(zhuǎn)鎘的能力沒有明顯差異。

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責(zé)任編輯：蘇愛華

英文編輯：梁 和

Comparison of accumulation, transfer and enrichment to cadmium of ramie germplasm with different fiber fineness

FU Huiqina,b, JIE Hongdongc, JIE Yuchenga,b*, XING Huchenga,b, WEN Shengxianb*
(a.Institute of Ramie; b .College of Agronomy; c.College of Horticulture and Landscape, Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China)

In order to clarify the accumulation, transfer and enrichment of heavy metal cadmium in ramie germplasm with different fineness, Cadmium contaminated field experiment was carried out with 20 ramies germplasms with different fineness. The results showed that the cadmium enrichment coefficient of the ramies germplasms was among 0.97–1.58,and its highest were ‘Xin 1#(medium fineness)’, ‘Zhongzhu 1#(medium fineness)’, and ‘xiangsixianzhuma 1#(high fineness)’, the enrichment coefficient followed by 1.58,1.55,1.54 in turn, the Minimum cadmium enrichment coefficient was ‘Huangpingqingma (high fineness)’, and its enrichment coefficient was 0.97. The cadmium transfer coefficient of the ramies germplasms was among 0.66 and 1.41, and the highest was ‘Leiyangqingma(medium fineness)’, the transfer coefficient was 1.41. The cadmium accumulation ability in the ramies germplasms l was among 10.24–21.87 g/hm2, and its highest of ramies germplasms followed in turn was ‘C’, ‘Zhongzhu 1#’ and ‘Duobeiti 1#’. And the cadmium accumulation ability were 21.87, 19.87, 18.75 g/hm2in turn respectively. The results showed that the fiber fineness of ramie germplasm does not affect its ability of cadmium enrichment.

ramie; fiber fineness; cadmium enrichment ability; cadmium absorption; cadmium accumulation

S563.1

A

1007-1032(2017)04-0359-07

2017–05–10

2017–07–15

國家自然科學(xué)基金項目(31371704)；湖南省耕地重金屬污染防治機(jī)理研究與技術(shù)優(yōu)化集成課題；湖南省鎘低積累農(nóng)作物種質(zhì)篩選與選育項目“苧麻鎘高吸收種質(zhì)篩選及配套技術(shù)研究與綜合利用安全性評價”

符慧琴(1990—)，女，湖南吉首人，碩士研究生，主要從事作物種質(zhì)資源與逆境生物學(xué)研究，437801037@qq.com；*通信作者，揭雨成，教授，主要從事作物種質(zhì)資源與逆境生物學(xué)研究，ibfcjyc@vip.sina.com；*通信作者，溫圣賢，副教授，主要從事作物種子科學(xué)與工程研究，375111657@qq.com