不同纤维细度苎麻种质镉富集与转运和积累能力比较

符慧琴，揭红东，揭雨成*，邢虎成，温圣贤

(湖南农业大学 a.苎麻研究所；b.农学院；c .园艺园林学院，湖南 长沙 410128)

不同纤维细度苎麻种质镉富集与转运和积累能力比较

符慧琴a,b，揭红东c，揭雨成a,b*，邢虎成a,b，温圣贤b*

(湖南农业大学 a.苎麻研究所；b.农学院；c .园艺园林学院，湖南 长沙 410128)

为探明镉在不同细度苎麻种质体内的积累与富集性差异，对20个苎麻种质进行镉污染大田试验。结果表明：供试苎麻种质镉富集系数的变幅为0.97～1.58，富集系数较高的分别是中细度种质‘新1号’‘中苎1号’和高细度种质‘湘饲纤兼用苎麻1号’，富集系数依次为1.58、1.55、1.54，属于镉高富集苎麻种质，镉富集系数(0.97)最小的是高细度种质‘黄平青麻’；供试苎麻种质镉转运系数的变幅为0.66～1.41，转运系数最高的是中细度种质‘耒阳青麻’，其转运系数为1.41；供试苎麻种质年镉积累量的变幅为10.24 ～21.87 g/hm2，筛选出高积累镉苎麻种质‘C’‘中苎1号’和‘多倍体1号’，其年镉积累量分别为21.87、19.87、18.75 g/hm2。综合分析，苎麻纤维细度不影响其镉富集能力。

苎麻；纤维细度；镉富集；镉吸收；镉积累

镉是具有强毒性的重金属元素，易被植物吸收、积累，最终通过生物链危害人类健康和安全[1]，因此，迫切需要找到能有效利用和修复镉污染土壤的作物和种植模式[2–3]。苎麻是中国传统的经济作物，可以在一定程度上吸附和固定重金属镉于植株内[4–5]。代剑平等[6]研究了苎麻对镉的富集积累特征；项雅玲等[7]在镉污染的农田中种植苎麻，对镉的富集与积累特征进行了研究，结果发现土壤中镉的含量明显降低，最高可以降低 3.17%左右。佘玮等[8]对湖南多个矿区苎麻的重金属含量和累积特征进行了研究，结果表明苎麻对多种重金属具有高富集性。赖发英等[9]对来自污染区的野生苎麻样品分析发现，野生苎麻对Cd的富集系数高达3.08。笔者对种植于镉污染大田的不同细度苎麻种质的镉积累、转运和富集能力进行比较研究，旨在探索苎麻纤维细度对镉的富集与积累的影响，现将结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 供试材料

20份试验材料均来自于湖南农业大学苎麻种质资源圃，其纤维细度[10]列于表1。

表1 供试材料Table 1 Test material

1.2 试验设计

试验在湖南浏阳市沿溪镇苎麻实验基地进行。供试土壤pH值为6.33，有机质含量为12.98 g/kg，全氮含量为1.12 g/kg，全磷含量为0.71 g/kg，全钾含量为13.75 g/kg，镉含量为0.412 mg/kg。2015年9月30日，选用长势一致的苎麻扦插苗进行大田移栽。20份材料随机排列，3次重复，共60个小区。小区规格为3 m×2.4 m。株行距为0.5 m×0.5 m。每个小区共计24蔸，每个种质共移栽72蔸。四周设有保护行，厢面宽2 m，长37.5 m，共8厢。2016年5月23日收获头麻(破秆麻)，7月28日收获二麻，10月23日收获三麻。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 农艺性状考查

采用五点取样法，在每个小区4个角和中部随机取1蔸苎麻，共5蔸，作为农艺性状调查样本，对成熟期供试苎麻进行农艺性状(株高、茎粗、皮厚、分株数、有效株数、鲜皮出麻率)考查。

1.3.2 生物产量测量

对3季别成熟期的供试材料进行各器官(麻叶、麻壳、原麻、麻骨、地下部麻蔸)干物质产量考查(取样调查蔸同为农艺性状调查蔸)。具体做法：用枝剪在离地3 cm处剪取地上部分植物样，分器官装袋；使用锄具对麻蔸周边土壤进行松土，人工拔出麻蔸，完全取出地下蔸(龙头根、繁殖根、萝卜根)，将所取样本带回实验室，洗净，65 ℃烘箱烘干至恒重，称取各样本质量。

1.3.3 镉含量检测

对大田3季别成熟期的植物样(麻叶、麻壳、原麻、麻骨、地下部麻蔸)和根际土壤进行镉含量测定。植物样用硝酸–高氯酸法消解[11]，土样用王水–高氯酸法[12]消化，火焰原子吸收光谱法测定样本Cd含量[13]。富集系数、转运系数、镉积累量的计算参照文献[8]的方法进行。

1.3.4 镉积累与富集性评价

通过对地上部分植物样、土壤中镉含量的检测来分析供试材料的镉积累、富集和转运情况。

通过富集系数(转运系数)的隶属函数值来综合分析苎麻种质的富集性(转运性)差异[14]。根据隶属函数值(D值)大小对苎麻种质进行Cd富集性(转运性)排序：D≥0.70，划分为高富集(转运)型；0.50≤D＜0.70，划分为中富集(转运)型；D＜0.50，划分为低富集(转运)型。

1.4 数据处理

采用Excel 2010和DPS3.01软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同纤维细度苎麻的生长状况

2.1.1 农艺性状

由表 2可以看出，供试苎麻年平均株高为126.31 cm，其中表现最好的是中细度种质‘多倍体1号’，其株高显著高于中细度种质‘周博士不育系’(M13)和高细度种质‘厚皮种1号’(M18)。供试材料的年平均茎直径为7.95 mm，中细度种质‘多倍体1号’(M3)的茎直径最大，其茎直径显著大于高细度种质‘厚皮种1号’(M18)。供试材料的年平均皮厚为0.702 mm，最厚的是中细度种质‘中苎1号’(M2)和‘多倍体1号’，与高细度种质‘厚皮种1号’差异显著。供试材料的年平均蔸分株数为8.81，分株最多的是中细度种质‘新名家麻’(M5)，与高细度种质‘黄平青麻’(M15)差异显著。供试材料的平均有效株率为76.35%，不同细度种质间有效株率差异无统计学意义。供试材料的平均鲜皮出麻率为12.20%，不同细度种质间鲜皮出麻率差异无统计学意义。

表2 供试苎麻成熟期的农艺性状Tabel 2 Analysis of agronomic traits of mature ramie with test ramie

2.1.2 生物产量

由表 3可以看出，头麻期，供试材料小区生物产量最高的是中细度种质‘湘苎3号’(M1)。中细度种质‘多倍体 1 号’(M3)、‘湘苎 3 号’(M1)、‘耒阳青麻’(M4)、‘株场青麻’(M6)、‘B’(M7)与高细度种质‘黄平青麻’(M15)的小区总生物产量差异达到显著水平，其他种质间小区总生物产量差异无统计学意义。二麻期，中细度种质‘株场青麻’的小区干物质总产量最高，其与高细度种质‘黄平青麻’(M6)的干物质总产量差异显著。三麻期，中细度种质‘B’小区总生物量最高，其与高细度种质‘厚皮种1号’(M18)差异显著。各小区原麻产量差异无统计学意义。3季别的产量比较，头麻(破秆麻)的产量最低，其次为二麻，三麻的产量最高，表现出随着苎麻生长期的延长，产量呈递增趋势。各种质地下部产量增幅较地上部更为明显。中细度苎麻的产量要高于高细度苎麻。

表3 供试材料的干物质产量Table 3 Dry material pro duction fo r test materials kg

表 3 (续) kg

2.2 不同细度苎麻种质体内的镉分布

由表 4可以看出，供试苎麻种质的镉含量为麻壳、麻叶、麻地下部、原麻、麻骨依次递减。除中细度苎麻种质‘A’(M11)的麻壳和高细度苎麻种质‘黄平青麻’(M15)差异显著外，供试种质其他器官间的镉含量差异没有统计学意义。中、高细度苎麻种质各器官镉的含量差异没有统计学意义。

表4 镉胁迫下不同纤维细度苎麻种质各器官的镉含量Table 4 Cadmium distribution of ramie in different fineness varieties under cadmium stress

2.3 不同细度苎麻种质的镉积累量

由表 5可以看出，头麻期，苎麻(全株)镉积累量最高的是中细度种质‘C’(M12)，为 2.17 g/hm2，最低的是高细度种质‘宜杂 2号’(M14)，为 0.98 g/hm2。二麻期，镉积累量最高的是中细度种质‘C’，为 11.39 g/hm2，最低的是中细度种质‘周博士不育系’(M13)，为 3.98 g/hm2。三麻期，镉积累量最高的是中细度种质‘B’(M7)，为 11.34 g/hm2，最低的是高细度种质‘黄平青麻’(M15)，为4.92 g/hm2。全年镉积累量最高的中细度种质‘C’，为21.87 g/hm2，最低的是高细度种质‘黄平青麻’，为10.24 g/hm2。总体而言，中细度苎麻种质的年镉积累量要高于高细度苎麻种质的年镉积累量。

表5 供试材料的Cd积累量Table 5 Accumulated amount of Cd for each test material

2.4 不同细度苎麻种质对镉的富集和转运能力

由表6可以看出，供试苎麻对镉具有较强的富集能力，镉富集系数变幅为0.97～1.58，富集系数较高的分别是中细度种质‘新 1号’(M8)、‘中苎 1号’(M2)、高细度种质‘湘饲纤兼用苎麻 1号’(M19)，其富集系数依次为 1.58、1.55、1.54。镉富集系数最小的是高细度种质‘黄平青麻’(M15)，富集系数为0.97。转运系数变幅为0.66～1.41，转运系数最高的是中细度种质‘耒阳青麻’(M4)，其转运系数为1.41，最低的是中细度种质‘C’(M12)，转运系数为0.66。供试材料的富集系数和转运系数存在季别间差异。供试苎麻种质镉富集能力强弱不受苎麻纤维细度的影响。随着苎麻生长期的延长，供试苎麻地下部分镉积累能力不断加强，镉在地下部积累量增加，往地上部转移的量相对减少，表现在二麻、三麻期各苎麻种质的镉运转系数有所下降。

表6 土壤镉含量和供试材料对Cd的富集系数和转运系数Table 6 Soil Cd content and Cd enrichment coefficient and transfer coefficient of test materials

由表 7 可以看出，供试苎麻 ‘株场青麻’ ‘B’ ‘红皮小麻’‘石屯麻’ ‘周博士不育系’ ‘黄平青麻’‘邵阳12 号’ ‘玉山麻’ ‘昆池苎麻’的富集系数隶属函数值(年均值)D＜0.50，可以将其划分为镉低富集型苎麻种质； ‘湘苎 3 号’‘多倍体 1 号’‘耒阳青麻’‘新民家麻’‘A’‘C’‘宜杂2号’和‘厚皮种1 号’的富集系数隶属函数值 0.50≤D＜0.70，可以将其划分为镉中富集型苎麻种质；‘中苎 1号’‘新 1号’和‘湘饲纤兼用 1号’的富集系数隶属函数值D≥0.70，可以将其划分为镉高富集型苎麻种质。

表7 不同细度苎麻各季别镉富集与转运系数的隶属函数值Table 7 Analysis of membership function of different percentages of ramie at different seasons

‘耒阳青麻’和‘新民家麻’的转运系数隶属函数值(年均值)D≥0.5，可以将其划分为镉中转运型苎麻种质；其余 18个苎麻种质的转运系数隶属函数值(年均值)D <0.5，可以将其划分为镉低运转型苎麻种质。

3 结论与讨论

本研究结果表明，供试材料的镉富集系数变幅为 0.97～1.58，富集系数较高的分别是中细度种质‘新 1号’ ‘中苎 1号’和高细度种质‘湘饲纤兼用苎麻1号’，其富集系数依次为 1.58、1.55、1.54。镉富集系数最小的是高细度种质‘黄平青麻’，其富集系数为 0.97。‘新 1 号’ ‘湘饲纤兼用 1 号’ ‘中苎 1 号’可以作为镉高富集苎麻种质选用。供试材料镉转运系数的变幅为0.66～1.41，转运系数最高的是中细度种质‘耒阳青麻’，其转运系数为 1.41。供试材料年镉积累量的变幅为10.24 ～21.87 g/hm2，镉积累量最多的是种质‘C’，其次为‘中苎 1号’，再次为‘多倍体1号’，其年镉积累量分别为 21.87、19.87、18.75 g/hm2，这 3个材料可以作为镉高积累苎麻种质选用。本研究结果表明，苎麻纤维细度高低不影响其镉富集能力强弱。

王凯荣等[15–16]研究发现，在镉胁迫下，随着土壤Cd浓度提高，苎麻地上部分生物产量持续降低，而地下茎和萝卜根明显增粗，生物产量持续增加，细根呈缩短增粗的趋势，表明苎麻地下部在耐受镉中起到了重要的调控作用。本研究结果表明，随着苎麻生长期的延长，苎麻根系不断壮大，地下部分镉积累能力不断加强，镉在地下部的积累量增加，往地上部转移的量相对减少，表现在二麻、三麻期各苎麻种质的镉运转系数有所下降，但中、高细度苎麻种质间地下部往地上部运转镉的能力没有明显差异。

[1] 刘素纯，萧浪涛，王惠群，等．植物对重金属的吸收机制与植物修复技术[J]．湖南农业大学学报(自然科学版)，2004，30(5)：493–498．

[2] 李婧，周艳文，陈森，等．中国土壤镉污染现状、危害及其治理方法综述[J]．安徽农学通报，2015(24)：104–107．

[3] BAKER A J M，REEVES R D，HAJAR A S M.Heavy metal accumulation and tolerance in British population soft hemetallo Phyte Thlas Picaerulescens[J].Newphytologist，1994，127：83–92．

[4] 丁宝莲，谈宏鹤，朱素琴．胁迫与植物细胞壁关系研究进展[J]．广西科学院学报，2001(2)：87–90．

[5] 刘清泉，陈亚华，沈振国，等．细胞壁在植物重金属耐性中的作用[J]．植物生理学报，2014(5)：605–611．

[6] 代剑平，揭雨成．冷娟，等．镉污染环境中镉在苎麻植株各部分分布规律的研究[J]．中国麻业科学，2003，25(6)：279–282．

[7] 项雅玲，林匡飞，胡球兰，等．苎麻吸镉特性及镉污染农田的改良[J]．中国麻业科学，1994，16(2)：39–42．

[8] 佘玮，揭雨成，邢虎成，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(3)：874–881．

[9] 赖发英，叶青华，涂淑萍，等．重金属污染地区的植物调查与研究[J]．江西农业大学学报，2004(3)：455–457．

[10] 中国农业科学院麻类研究所．中国苎麻种质志[M]．北京：农业出版社，1992．

[11] 薛国庆，刘青，韩晓梅，等．火焰原子吸收法测定栽培柴胡中六种金属元素含量的研究[J]．光谱学与光谱分析，2006(6)：1173–1175．

[12] 朱俊艳，于玲玲，黄青青，等．油菜–海州香薷轮作修复铜镉复合污染土壤：大田试验[J]．农业环境科学学报，2013(6)：1166–1171．

[13] SMITH C，HOPMANS P，COOK F．Accumulation of Cr，Zn and Cd in soil following irrigation with treated urban effluent in Australia [J]．Environmental Pollution，1996，94(3)：317–323．

[14] 刘小艳，刘欣宇，王梅．隶属函数的确定及应用[J]．电脑知识与技术，2010(31)：8831–8832．

[15] 王凯荣，周建林，龚惠群．土壤镉污染对苎麻的生长毒害效应[J]．应用生态学报，2000，11(5)：773–776．

[16] 王凯荣，龚惠群．苎麻(B．nivea(L)．Gaud)对土壤Cd的吸收及其生物净化效应[J]．环境科学学报，1998，18(5)：510–516．

责任编辑：苏爱华

英文编辑：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

国家自然科学基金项目(31371704)；湖南省耕地重金属污染防治机理研究与技术优化集成课题；湖南省镉低积累农作物种质筛选与选育项目“苎麻镉高吸收种质筛选及配套技术研究与综合利用安全性评价”

符慧琴(1990—)，女，湖南吉首人，硕士研究生，主要从事作物种质资源与逆境生物学研究，437801037@qq.com；*通信作者，揭雨成，教授，主要从事作物种质资源与逆境生物学研究，ibfcjyc@vip.sina.com；*通信作者，温圣贤，副教授，主要从事作物种子科学与工程研究，375111657@qq.com