镉胁迫对苎麻吸收积累镉的影响

佘玮，崔国贤，揭雨成

(湖南农业大学农学院，湖南长沙410128)

采矿业、工业生产和高强度的农业活动将大量的重金属镉带入土壤环境，镉进入土壤后很少往下迁移，主要累积在土壤表层［1］，导致土壤环境质量不断恶化。据统计，人类活动每年向土壤中排放镉9.9～45万t［2］。过量的重金属镉具有强致癌变、致畸变、致突变作用，严重危害人体健康。

苎麻为中国起源的多年生作物，根系入土深，生物量大，水利部已将苎麻列为我国南方水土保持的首选植物。研究表明苎麻对多种重金属，如Cd、As、Pb等都具有较强的吸收和积累能力，在我国多个重金属矿区进行野外调查发现这些区域都有苎麻分布［3－8］。研究还表明部分采样点苎麻Cd富集系数和转运系数大于1［9］，能主动从土壤中吸收重金属元素，具有富集型植物的特征，在修复重金属污染土壤方面具有较大的应用潜力［10］。

我国已收集、保存、鉴定的苎麻种质资源有2000多份，其中包括重金属耐性强、积累量大的优良种质资源。本研究以9种不同积累型苎麻为实验材料，研究不同镉处理对苎麻生长、吸收积累重金属Cd的特征，探讨修复Cd污染土壤的可行性，对于植物修复技术具有重要的理论及实际的指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料来自湖南农业大学苎麻种质资源圃。

表1 供试苎麻品种Tab.1 Tested ramie varieties

1.2 试验设计

试验培养基质为膨胀珍珠岩。珍珠岩经自来水冲洗后装于盆中，选取长势一致的扦插苗(约30cm)洗去根部所带土壤，移入盛满珍珠岩的花盆中，每盆3株。每周浇灌1/2的Hoagland营养液，Hoagland营养液配方为 (mol/L):Ca(NO3)2 5.79×10－3，KNO38.02×10－3，NH4H2PO41.35 ×10－3，MgSO44.17 ×10－3，MnSO48.90 ×10－6，H3BO34.83 ×10－5，ZnSO40.94×10－6，CuSO40.20 ×10－6，(NH4)2MoO40.015 ×10－6，Fe－EDTA 7.26 ×10－5，营养液 pH 控制在6.5左右 (用NaOH或HCI调节)

试验在湖南农业大学温室进行。头麻 (移栽当季)预培养，二麻出苗10天后开始进行镉胁迫，在营养液中设5个处理浓度 (CdCl2浓度分别为0、23、46、91、182 mg/L，以0mg/L作为CK)，每处理重复3盆，随机区组试验设计。

1.3 数据调查与处理

在苎麻三季正常成熟期调查取样。测定株高，收获地上部洗净后105℃杀青半小时，65℃烘干至恒重、粉碎，用硝酸－高氯酸法消化，SOLAAR M6型原子吸收光谱仪测定重金属Cd含量。镉积累量=植株重金属含量×植株生物量。采用SPSS、Excel等软件处理数据。

2 结果与分析

2.1 苎麻株高

Cd胁迫下植物的主要症状之一为生长受抑制，浓度越大，受抑制程度越高。Cd处理浓度与株高呈极显著负相关 (－0.990)。方差分析结果表明Cd处理显著影响苎麻株高。在不同水平镉处理下，品种2、3、4、5、6、8号的株高较对照有不同程度的下降，23 mg/LCd处理下，降幅达9.60% ～25.64%;46 mg/LCd处理下，降幅达10.21% ～37.6%;91 mg/LCd处理下，降幅达22.96% ～41.97%;最高Cd浓度182 mg/L处理下，降幅达17.89% ～44.93%。品种1、7、9号的株高在23～46 mg/L Cd处理下较对照反而有不同程度的增加，在Cd 46 mg/L处理下，株高达最大值，较对照分别增加了6.87%，2.76%和5.31%。182 mg/L Cd处理下品种1、7、9号的株高较对照显著下降，株高降幅达7.43%～26.92%。

表2 镉处理对苎麻株高的影响Tab.2 Effects of Cd stress on ramie plant height

2.2 苎麻地上部生物量

Cd处理和品种对地上部生物量有显著影响。地上部生物量与Cd处理浓度呈极显著负相关(－0.966)。不同品种地上部生物量受影响程度不同，品种1、7号在23～46 mg/L Cd处理下的地上部生物量均高于对照，9号在23～91 mg/L Cd处理下的地上部生物量高于对照。其它品种Cd处理下的地上部生物量与对照相比显著减少，且浓度越高，生物量减少幅度越大。

表3 镉处理对苎麻地上部生物量的影响Tab.3 Effect of Cd stress on biomass of ramie plants above ground

2.3 苎麻地上部Cd含量与积累量

为比较不同Cd处理下苎麻栽培品种对Cd吸收能力的差异，测定了各品种地上部含量并计算Cd积累量，结果见表4和表5(对照未加Cd，植株中检测不到Cd，故数据未列出)。将苎麻地上部Cd含量平均值与Cd处理水平进行相关分析，结果表明两者呈显著的正相关关系，相关系数达到0.963。四种Cd处理下苎麻地上部Cd平均含量分别为22.93，37.22，71.27和88.08 mg/kg。在23～91 mg/L Cd范围内，品种地上部Cd含量随Cd处理水平上升而增加，Cd处理水平为182 mg/L时，品种1、7、8号地上部Cd含量下降，其余品种地上部Cd含量继续增加。品种间地上部Cd含量存在显著差异，23～91 mg/LCd处理下，地上部Cd含量最高的品种分别为6、4、8号，其含量分别为29.20、46.57和95.06 mg/kg;182 mg/LCd处理下，4号和9号地上部Cd含量超过100 mg/kg，其中9号地上部Cd含量高达113.71 mg/kg。

表4 Cd处理苎麻地上部Cd含量Tab.4 Cd content in the parts above ground under Cd stress

各处理间地上部Cd积累量存在显著差异，苎麻地上部Cd积累量随Cd处理浓度上升而增加。品种1、7、8号在91 mg/LCd处理下地上部Cd含量最大，从而使91 mg/LCd处理下地上部Cd积累量达最大值，2号在182 mg/LCd处理下生物量显著下降，使182 mg/L Cd处理下地上部Cd积累量低于91 mg/LCd处理。品种间地上部Cd积累量也存在显著差异，23～91 mg/L Cd处理范围内，8号品种地上部Cd积累量最高;182 mg/L Cd处理下，2号品种地上部Cd积累量最高，均显著高于同处理下其它品种。

3 讨论

Cd是植物非必需元素，Cd进入植物并积累到一定程度，就会表现出毒害症状，通常会出现生长迟缓、植株矮小、退绿、产量下降等症状［11］而影响生物产量。正常植物Cd含量一般在0.2～0.8 mg/kg(干重)，因植物种类而异，超过100mg/kg被定义为Cd超富集植物。本试验中苎麻地上部Cd含量超过了一般植物体内的Cd含量。盆栽试验中Cd 182 mg/L处理下，4号和9号品种地上部含量均达到Cd超富集植物的标准。苎麻地上部Cd含量随Cd处理水平上升而增加，但品种1、7、8号地上部Cd含量在91mg/L达最大值，原因可能是这三个品种在Cd处理水平91 mg/L以下，苎麻根系的呼吸作用和叶片的蒸腾作用有所上升，根系吸收的Cd主动向地上部转运，从而导致地上部Cd含量增加;当Cd处理水平上升到182mg/L时，根系的呼吸作用和叶片的蒸腾作用受Cd胁迫抑制，转运能力减弱，从而使地上部Cd含量减少。

表5 Cd处理苎麻地上部Cd积累量Tab.5 Cd accumulation in the parts above ground under Cd stress

苎麻生物量大，对Cd有较强的吸收能力，因此地上部的积累量比较可观。试验表明苎麻地上部Cd积累量随Cd处理浓度上升而增加，但在高浓度Cd处理下1号和8号等品种地上部Cd含量达到饱和开始下降，同时生物量下降幅度大，使得此时地上部Cd积累量下降。适合修复利用的苎麻品种需兼具高含量和高生物量，综合比较发现在轻微Cd污染土壤上种植8号，中高度Cd污染土壤上种植2号具有较高的经济价值和生态效益。

在Cd污染土壤上种植苎麻，能起到一定的土壤净化作用。收获的原麻主要作为纺织原料，避免Cd进入食物链对人体造成危害。原麻中的Cd在精炼过程中有90%以上被脱除，残留于精干麻中的Cd非常微少，因此Cd通过原麻和精干麻途径向外扩散的绝对量很少［12］。脱胶废水中的Cd可通过化学沉淀法、离子树脂交换法、生物吸附－沉降法等多种途径进行治理［13］。但是苎麻叶片生长有落叶现象，因此在污染土壤实际修复应用中需注意落叶的统一收集处理，避免二次污染。

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