苎麻耐镉品种的水培筛选

孙 凯，朱涛涛，朱爱国

苎麻耐镉品种的水培筛选

孙 凯，朱涛涛，朱爱国

（中国农业科学院麻类研究所，湖南 长沙 410204）

利用水培方法是筛选苎麻耐镉品种的一种快速、便捷、可靠的方法。通过水培试验探索了6个不同品种苎麻在镉胁迫下的耐受能力和吸附能力。结果表明：在5 mg/L镉溶液胁迫30 d后，不同品种的苎麻在株高、叶片数、根长和鲜重等指标上都表现出显著差异（P＜0.05）。通过对苎麻不同部位镉含量的测定，不同品种的富集系数在0.32～0.63之间，茎转运系数在0.32～0.50之间，叶转运系数在0.08～0.19之间，表现出明显的差异性。品种赤山稀节巴既表现出较强的耐镉性，又具备较强的镉转移能力，是进一步利用苎麻修复镉污染的优良研究材料。

重金属；胁迫；株高；根长；转运系数

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.07.007

重金属治理是现代农业的全局性课题。农田镉（Cd）污染问题尤为突出。据报道，全世界每年有9.5×104～4.5×105t的Cd被排放到土壤中［1］。Cd污染不仅使农作物的产量和品质降低，而且通过食物链的传递影响人和动物健康，导致癌变或畸形［2］。

近年来，传统纤维作物苎麻被认为具有较强的耐受和吸附Cd的能力，可作为修复土壤中重金属的植物材料加以开发利用［3-4］。苎麻耐受Cd的能力具有明显的品种差异。筛选出对重金属既具有较强耐受性，又具有明显吸附功能的苎麻品种，是大面积推广应用苎麻修复技术的突破口［5］。试验在水培条件下测定了不同苎麻品种在Cd胁迫下的生长指标和植株各部分Cd含量，探讨了不同苎麻品种耐Cd和吸附Cd的差异，以期建立快速筛选苎麻品种的方法，并为耐Cd品种的筛选和培育奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

来自中国农业科学院麻类研究所沅江试验站的6份苎麻品种，即赤山稀节巴（湖南沅江），牛蹄麻（湖南加禾），汉寿肉麻（湖南汉寿），稀节巴（湖南沅江），葛根麻（湖南永顺），白脚麻（湖南加禾）。

1.2 试验设计

2015年11月6日开始进行水培。采集上述品种的苎麻15 cm嫩稍，每品种15株，用1%高锰酸钾溶液消毒后，放入卡莲自动水培箱（协和株式会社，日本高槻）培养。向水培箱中加入15 L 1/2的Hoagland营养液，水培箱中的水泵能使水流保持持续流动。Hoagland营养液的配方（mol/L）为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，Fe-EDTA 7.26×10-5，pH值 6.5 （用 0.1 mol/L NaOH或1 mol/L HCl调节）。在25℃，14 h光照，10 h黑暗条件下培养30 d，每5 d更换1次营养液。以Cd含量为5 mg/L的浓度在营养液中加入CdCl2进行Cd胁迫，继续培养30 d。培养结束后，用清水和10 mmol/L CaCl2溶液分别清洗根部5 min，测量苎麻的株高、叶片数、根长、鲜重等生物学指标。整株收获苎麻，105℃杀青30 min，65℃烘干至恒重，将根、茎、叶分别粉碎，用硝酸-高氯酸法消化，Z-2310型原子吸收分光光度计（株式会社日立制作所，日本东京）测定Cd含量。

1.3 数据分析与处理

采用SPSS 18.0软件对数据进行分析处理。对不同品种间生物学指标进行方差分析与多重比较（Duncan氏，a=0.05）。富集系数BCF、茎转运系数TF茎/根、叶转运系数TF叶/茎分别表示根与溶液、茎与根、叶与茎中Cd含量的比例。

2 结果与分析

2.1 苎麻Cd胁迫后的生物学指标

苎麻Cd胁迫30 d后，各生物学指标如表1。从株高来看，赤山稀节巴的高度最高，平均高度为26.0 cm，显著高于其他品种（P＜0.05），其次为稀节巴，再次为白脚麻，汉寿肉麻的株高最低，仅为13.0 cm。从各品种叶片数来看，赤山稀节巴的叶片数最多，平均达到12.6片，显著多于其他品种（P＜0.05），其次为稀节巴赫和白脚麻，且二者之间无显著性差异，牛蹄麻、汉寿肉麻和葛根麻的叶片数显著少于其他品种（P＜0.05），三者之间没有显著性差异。从根长这一指标来看，赤山稀节巴和稀节巴的根长无显著性差异，但二者显著长于其他品种（P＜0.05）。赤山稀节巴的平均鲜重最重，为14.6 g，其次为稀节巴，达13.7 g，二者没有显著差异，但显著地比其他品种重（P＜0.05）。从图1可以看出，赤山稀节巴和稀节巴这两个品种的生物量明显大于其他品种。

表1　Cd胁迫后各品种生物学指标

图1　不同品种苎麻在Cd胁迫后的生物量

综上所述，赤山稀节巴的4个生物学指标始终为最大，表现出相对明显的耐Cd性。稀节巴在根长和鲜重上与赤山稀节巴无显著差异，也表现出较强的耐Cd性。汉寿肉麻的4个生物学指标始终为最小，其耐Cd性相对较弱。

2.2 苎麻Cd胁迫后各部分的Cd浓度

苎麻植株各部分的Cd平均含量及系数如表2。由表2可知，赤山稀节巴的富集系数最小，仅为0.32。然而，赤山稀节巴不论是茎转运系数，还是叶转运系数均为最大，分别为0.50和0.19，可能正是因为此品种对Cd的转运能力比较强，遭受的Cd毒害更少，表现出更好的耐Cd能力。牛蹄麻的富集系数为最大，达到0.63，说明此品种根富集Cd的能力较强。但是，该品种的茎转运系数和叶转运系数都为最小，分别为0.32和0.08。其他4个品种的富集系数和转运系数大小居中。整体来看，富集系数较小的品种，其转运系数一般较大。

表2　植株各部分Cd平均含量

3 结论与讨论

影响植物吸收Cd的因素很多，主要包括植物的品种、土壤Cd含量、土壤的性质（如pH值，有机质含量）等［6］。试验采用水培的方法研究了苎麻对低浓度Cd的耐受性。一方面，水培法有效地规避了土壤中Cd背景值的干扰和有效态Cd解离平衡的影响；另一方面，鉴于pH值是影响植物吸收Cd的第一土壤因素［7］，水溶液便于控制pH值，使苎麻在胁迫过程中始终处于pH值相对稳定的环境。虽然水培试验与田间的实际环境条件有较大的差距，但能使苎麻的外部环境得到控制，使耐Cd筛选的结果更为可靠，易于大规模筛选。当然，筛选结果还需结合盆栽试验和大田试验进行进一步验证。

Cd对苎麻的毒害作用很直观地表现在生物量的降低，植株矮化，根的生长受到抑制等。试验中，不同品种的苎麻在Cd胁迫下表现出明显的差异。赤山稀节巴是相对符合筛选目标的品种。在Cd胁迫下，该品种不仅生长受到的抑制最弱，而且其转运系数较高，能最大限度地使Cd从地下部分转移到地上部分，从而使土壤中的Cd污染得到修复。

［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］ 孙 凯，余永廷，朱涛涛，等. 苎麻在镉污染土壤修复中的研究进展［J］. 湖南农业科学，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 伟，揭雨成，刑虎成，等. 湖南石门、冷水江、浏阳3个矿区的苎麻重金属含量及累积特征［J］. 生态学报，2011，31（3）：874-881.

［5］ 佘 伟，揭雨成，刑虎成，等. 苎麻耐镉品种差异及其筛选指标分析［J］. 作物学报，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］ 刘 克，和文祥，张 红，等. 镉在小麦各部位的富集和转运及籽粒镉含量的预测模 ［J］. 农业环境科学学报，2015，34（8）：1441-1448.

（责任编辑：夏亚男）

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

现代农业产业技术体系建设专项（CARS-19-S11）

孙 凯（1988-），男，湖南宁乡县人，研究实习员，硕士，主要从事麻类作物栽培与遗传育种研究。

朱爱国