劉翔宇，李曉寧，韓世娟，謝 燕

(1.山東省東營市第一中學(xué)，山東 東營 257091；2.中國科學(xué)院武漢植物園植物種植資源創(chuàng)新與特色農(nóng)業(yè)重點實驗室，湖北 武漢 430074)

不同基因型狗牙根耐鎘及鎘富集特性

劉翔宇1，李曉寧2，韓世娟2，謝 燕2

(1.山東省東營市第一中學(xué)，山東 東營 257091；2.中國科學(xué)院武漢植物園植物種植資源創(chuàng)新與特色農(nóng)業(yè)重點實驗室，湖北 武漢 430074)

狗牙根(Cynodondactylon)作為我國南方重金屬污染區(qū)的優(yōu)勢種，在污染土壤的修復(fù)過程中有巨大的應(yīng)用潛力。本研究利用水培試驗，分析了10個狗牙根基因型生長指標(biāo)的變化、耐鎘能力及鎘吸收轉(zhuǎn)運特征。結(jié)果表明，1.5 mmol·L-1鎘脅迫條件下，狗牙根各基因型均表現(xiàn)出生長緩慢、葉片失綠、根系生長不良等受害癥狀。不同基因型的受害程度差異較大，其中，基因型WBD242、WBD245和WBD193的受害程度較輕。綜合評價結(jié)果表明，這3個基因型對鎘具有很強的耐受性，且其地上部積累的鎘離子濃度分別高達(dá)119.0、177.0和124.2 mg·kg-1，均高于超富集植物的標(biāo)準(zhǔn)(地上部分富集鎘超過100 mg·kg-1)，可用于高濃度鎘污染土壤的植物修復(fù)；基因型WBD144和WBD147具有最高的轉(zhuǎn)移系數(shù)，但是耐鎘能力較弱，可用于輕度鎘污染土壤的植物修復(fù)。研究結(jié)果為鎘污染土壤的植物修復(fù)與植被重建提供了新的材料和理論基礎(chǔ)。

狗牙根；耐鎘性；篩選；鎘富集;鎘脅迫;轉(zhuǎn)移系數(shù);植物修復(fù)

隨著工業(yè)、城市污染的加劇和農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)種類及數(shù)量的增加，土壤重金屬污染日益嚴(yán)重。鎘(Cd)作為毒性最強的重金屬元素之一，是植物生長發(fā)育過程中的非必需營養(yǎng)元素，但是極易被植物吸收和積累，進而影響植物的生理生化過程，當(dāng)植物體內(nèi)鎘的積累超過一定的閾值，就會對植物產(chǎn)生毒害作用[1-3]。此外，植物吸收的鎘很容易轉(zhuǎn)移到籽實部分，通過食物鏈危害人類和動物的健康。日常飲食中攝入過量的鎘，可能會引發(fā)人體腎功能障礙、軟骨病等[4]。20世紀(jì)日本的“痛痛病”事件，其罪魁禍?zhǔn)拙褪侵亟饘冁k。因此，修復(fù)鎘污染土壤迫在眉睫。

植物修復(fù)技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種綠色環(huán)保、廉價有效且被人們廣泛認(rèn)可的修復(fù)措施。其核心技術(shù)在于利用超富集植物或耐受性強且生物量較大的植物來去除或減少土壤以及水體中的重金屬，以達(dá)到修復(fù)和治理環(huán)境的目的[5]。草坪植物大多是淺根系，其發(fā)達(dá)的根系或者地下莖能夠形成致密的地表覆蓋，有效減少因雨水沖刷造成的污染物流失和擴散，在改善人類居住環(huán)境和降低環(huán)境污染方面發(fā)揮著重要作用[6]。除此之外，草坪草作為景觀植物，不進入食物鏈，用其修復(fù)污染土壤不會對人類健康產(chǎn)生直接危害，而且草坪草生長速度快，抗性好，可通過修剪地上部來清除污染物，有利于葉片中重金屬的回收處理[7]。因此，利用草坪草修復(fù)重金屬污染土壤，兼具美化環(huán)境與修復(fù)治理的雙重功效[8-9]。

狗牙根(Cynodondactylon)，禾本科(Gramineae)狗牙根屬，是坪用價值最高且應(yīng)用最廣泛的暖季型草坪草種之一，廣泛分布于我國長江中下游及以南地區(qū)，具有適應(yīng)性強、耐粗放管理、根莖繁殖速度快等優(yōu)良特性[10]。已有大量研究表明，狗牙根在污染土壤的修復(fù)過程中具有巨大的應(yīng)用潛力[8,11-12]。狗牙根為湖南重金屬污染區(qū)優(yōu)勢種，且能在土壤鎘含量高達(dá)106 mg·kg-1的污染土壤上正常生長[6]。因此,從中國野生狗牙根種質(zhì)中篩選耐鎘基因型并用于城市園林綠化，可達(dá)到吸收土壤中的鎘及美化環(huán)境的雙重目的，具有較高的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。

鑒于此，本研究采用水培法對鎘脅迫下(1.5 mmol·L-1Cd)10個狗牙根基因型的生長狀況進行比較，在此基礎(chǔ)上，基于6個耐鎘表型指標(biāo)，利用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)分析法對狗牙根耐鎘能力進行評價，同時探究不同基因型對重金屬鎘的富集特征。旨在篩選耐鎘和鎘富集能力強的狗牙根基因型，為選用最適的狗牙根基因型進行鎘污染土壤的修復(fù)治理提供參考。

1 材料和方法

1.1 供試狗牙根培養(yǎng)

供試的10份野生狗牙根種質(zhì)資源材料由中國科學(xué)院武漢植物園草坪種質(zhì)資源學(xué)實驗室于2009年7月和8月采集(表1)。采集的狗牙根帶回實驗室后，保存于中國科學(xué)院武漢植物園草坪種質(zhì)資源苗圃。

試驗前，每份狗牙根材料選擇2～3個莖節(jié)扦插于塑料花盆中(直徑15 cm，高20 cm)進行繁殖。栽培基質(zhì)為細(xì)沙和有機質(zhì)的混合物(3∶1，v/v)，將花盆置于氣溫20～30 ℃條件下進行培育，扦插后適當(dāng)噴水，保持基質(zhì)適度濕潤，每周澆灌一次0.5×Hoagland營養(yǎng)液 (100 mL)，并利用三分之一原則進行剪草，留茬高度為8 cm。

1.2 鎘脅迫處理

于2013年8月至9月進行試驗。待材料長成后，將花盆中狗牙根植株根系分別用自來水和超純水沖洗干凈，轉(zhuǎn)移到300 mL裝有0.5×Hoagland營養(yǎng)液的三角瓶中進行水培培養(yǎng)(為防止狗牙根根系缺氧，在溶液中加入10 μmol·L-1的MgO2提供氧氣)[13]，將吸水紙用保鮮膜包裹用于瓶口固定，并在三角瓶外壁包裹一層錫箔紙以防止藻類生長。水培適應(yīng)一周后，統(tǒng)一修剪高度為8 cm，進行鎘脅迫處理。

鎘處理濃度(將CdSO4·8/3H2O融入0.5×Hoagland營養(yǎng)液中)為1.5 mmol·L-1，每隔一天更換新的營養(yǎng)液，處理時間為兩周。對照組設(shè)置為不加CdSO4·8/3H2O2的營養(yǎng)液。每個基因組的對照和鎘處理分別設(shè)4個重復(fù)，共80個樣品。鎘處理組和對照組狗牙根均在人工溫室中進行培養(yǎng)，溫度為30 ℃/25 ℃(晝/夜)，光強度為16 000 lx，光照時間14 h·d-1。

1.3 測定指標(biāo)

鎘處理期間，每隔24 h稱量狗牙根凈重(植物-三角瓶的重量)，按Trapp等[14]的方法計算蒸騰速率。處理結(jié)束后采用9分制對草坪質(zhì)量進行目測評估。其中9分為顏色深綠、堅挺、基本無枯黃；6分為可接受的草坪質(zhì)量；0分為枯黃、死亡、無生機[15]。

按照Hiscox和Israelstm的方法[16]測定葉綠素含量。鎘處理結(jié)束后，稱取0.1 g新鮮葉片(統(tǒng)一取完全展開的第四片葉)，放入加有10 mL二甲亞砜的15 mL離心管中，在黑暗條件下震蕩72 h。取1 mL浸提液用風(fēng)光光度計檢測663、645 nm的吸光度。通過下列公式分別計算葉綠素a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)和總?cè)~綠素含量(Chl t)：

Chla=[(12.7×OD663-2.69×OD645)×Vt]/(w×1 000×Vs)

(1)

Chlb=[(22.9×OD645-4.68×OD663)×Vt]/(w×1 000×Vs)

(2)

Chlt=Chla+Chlb

(3)

式中：Vt為提取液的總體積(mL),Vs為測定時比色皿中混合液體積(mL)，w為取樣鮮重(g)。

鎘脅迫結(jié)束后，為了保證修剪高度一致，用8 cm高的硬紙筒置于三角瓶口，進行修剪，修剪后收集新鮮葉片，稱重獲得葉片鮮重(FW)，新鮮葉片經(jīng)105 ℃殺青，70 ℃烘干至恒重，稱重獲得葉片干重(DW)，生長速率為每24 h葉片的生長量(干重)。

狗牙根地上和地下部鎘濃度測定方法如下：處理結(jié)束后，將狗牙根樣品用自來水沖洗干凈，為了徹底清除根和地上部表面的重金屬，用10 mmol·L-1Na2EDTA 溶液浸泡30 min，然后用超純水漂洗兩遍，吸水紙吸干水分，105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干。稱取研磨后的植物樣0.5 g，放入消化管中，加入5 mL硝酸，2 mL氫氟酸，2 mL鹽酸，放入微波消解儀(ETHOS ONE，意大利)進行消解，消解程序為：1 500 W 130 ℃10 min；1 500 W 130 ℃ 2 min；1 500 W 180 ℃ 25 min；1 500 W 180 ℃ 25 min。微波消解結(jié)束后，定容、過濾，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS，X Series 2，德國)進行測定。

鎘濃度(mg·kg-1)計算公式如下：

鎘濃度=ρ×V/m.

式中：ρ為測得的濃度(μg·mL-1)，V為定容體積(mL)，m為干樣品質(zhì)量(g)。

1.4 狗牙根耐鎘能力綜合評價

利用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法對所有10份狗牙根進行綜合評價，其計算公式為：

X(μ)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(5)

X(μ)=1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(6)

(7)

式中：X為某種群中某一指標(biāo)的測定值，Xmin為該種群中某一測定指標(biāo)的最小值，Xmax為該種群中某一測定指標(biāo)的最大值。若某一指標(biāo)與耐鎘能力呈正相關(guān)關(guān)系，則可用隸屬函數(shù)(公式5)計算其隸屬函數(shù)值，反之，可用反隸屬函數(shù)(公式6)進行計算。最后將各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值進行累加求其平均值(公式7)，該值越大，表明耐鎘能力越強，反之則耐鎘能力越弱[17-18]。

1.5 統(tǒng)計分析

采用SPSS20.0統(tǒng)計分析軟件，用平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤表示測定結(jié)果，分別對10個狗牙根基因型的6個耐鎘指標(biāo)進行差異顯著性分析和聚類分析，顯著性水平為P<0.05。用Sigmaplot12.3軟件進行數(shù)據(jù)作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘脅迫對狗牙根生長和生理的影響

鎘脅迫結(jié)束后，對狗牙根草坪質(zhì)量進行測定，結(jié)果顯示(圖1和圖2)，在1.5mmol·L-1鎘脅迫14d后，10個基因型的狗牙根草坪質(zhì)量均下降。但是不同基因型下降程度不同，其中，WBD1、WBD242、WBD245和WBD193與無鎘脅迫對照之間差異并不顯著(P>0.05)，尤其是后3個基因型，草坪質(zhì)量平均得分仍在8.0以上，葉色保持碧綠。其余6個基因型的草坪質(zhì)量顯著低于對照(P<0.05)，尤其是WBD144、WBD116、WBD147、WBD92這4個基因型下降幅度較大，葉片整體發(fā)黃，生長受到了嚴(yán)重的抑制。

無鎘脅迫不同基因型之間，WBD267、WBD144、WBD242、WBD116、WBD245、WBD193、WBD16草坪質(zhì)量得分較高(圖2)，彼此之間無顯著差異(P>0.05)，且均顯著高于WBD1、WBD147、WBD92這3個基因型(P<0.05)。1.5mmol·L-1鎘脅迫14d后，WBD242、WBD245、WBD193草坪質(zhì)量得分較高，彼此之間無顯著差異，且均顯著高于除WBD267之外的其余基因型。不同基因型之間，不管有無鎘脅迫，WBD242、WBD245、WBD193表現(xiàn)均較好(圖1)。

圖1 鎘處理后不同基因型的狗牙根生長狀況Fig.1 Growth status of different Bermuda grass genotypes after Cd treatment

圖2 鎘處理前后不同基因型的狗牙根草坪質(zhì)量Fig.2 Turf quality of different Bermuda grass genotypes before and after Cd treatment

注：不同小寫字母表示同一處理不同基因型間差異顯著(P<0.05)，*表示同一基因型不同處理差異顯著(P<0.05)。圖3同。

Note：Different lower case letters indicate significant difference among different Bermuda grass genotypes at 0.05 level. Columns marked with * represent statistical significance for comparison between CK and Cd treatment at 0.05. The same as Fig. 3.

生長速率結(jié)果顯示(圖3)，無鎘對照下，10個基因型的狗牙根生長速率存在一定的差異，其中WBD267、WBD193和WBD16生長速率較高，并顯著高于WBD147和WBD92(P<0.05)。1.5 mmol·L-1鎘脅迫14 d后，10個基因型的狗牙根生長速率均顯著低于對照，與對照相比，下降比率分別為76.2%(WBD1)、70.6%(WBD267)、75.2%(WBD144)、53.4%(WBD242)、77.0%(WBD116)、85.3%(WBD147)、75.4%(WBD245)、65.4%(WBD193)、65.7%(WBD92)和67.8%(WBD16)。而鎘處理的10個基因型間差異并不顯著(P>0.05)。

與草坪質(zhì)量表現(xiàn)相似，葉綠素含量在不同狗牙根基因型之間也存在差異(表2)。1.5 mmol·L-1鎘脅迫14 d后，10個狗牙根基因型的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量均下降。但是不同基因型下降程度不同，其中WBD242、WBD245和WBD193的3個指標(biāo)與無鎘對照之間差異均不顯著(P>0.05)。其余7個基因型的葉綠素總含量顯著低于對照(P<0.05)，尤其是WBD144、WBD116、WBD147和WBD16這4個基因型下降幅度較大，與對照相比，總?cè)~綠素含量分別下降了59.4%、53.8%、47.9%和52.1%。

圖3 鎘處理前后不同基因型的狗牙根生長速率Fig.3 Growth rate of different Bermuda grass genotypes before and after Cd treatment

表2 鎘處理前后不同基因型的狗牙根葉綠素含量Table 2 Chlorophyll content of different Bermuda grass genotypes before and after Cd treatment

注：不同小寫字母表示同一處理不同基因型間差異顯著(P<0.05)，*表示同一基因型不同處理差異顯著(P<0.05)。下表同。

Note：Different lower case letters indicate significant difference among different Bermuda grass genotypes at 0.05 level. Columns marked with * represent statistical significance for comparison between CK and Cd treatment at the 0.05 level. The same below.

蒸騰速率結(jié)果顯示(圖4)，隨著處理時間的延長，蒸騰速率整體呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，且10個狗牙根基因型的蒸騰速率均低于對照。1.5 mmol·L-1鎘脅迫12 d后，基因型WBD242、WBD1、WBD267、WBD193和WBD245的蒸騰速率仍高于對照的50%，其余5個基因型的蒸騰速率均低于對照的50%。

2.2 不同基因型狗牙根耐鎘性的綜合評價

計算供試狗牙根基因型的隸屬函數(shù)值，綜合評價每份狗牙根的耐鎘能力，結(jié)果顯示(表3)，狗牙根不同基因型間耐鎘能力差異很大，平均隸屬函數(shù)值變化范圍為0.08～0.95。其中，WBD1、WBD267、WBD242、WBD245和WBD193平均隸屬函數(shù)值較高，分別為0.53、0.71、0.95、0.51和0.81。尤其是基因型WBD242，平均隸屬函數(shù)值高達(dá)0.95，其草坪質(zhì)量、生長速率、葉綠素a含量和總?cè)~綠素含量4個單項指標(biāo)的隸屬值均為最大。WBD144、WBD116、WBD147、WBD92和WBD16這5個基因型平均隸屬函數(shù)值較低，分別為0.08、0.19、0.26、0.47和0.27。根據(jù)綜合得分越高耐鎘性越強的規(guī)律，基因型WBD242和WBD193的耐鎘能力最強，而基因型WBD144和WBD116的耐鎘能力最弱。

圖4 鎘處理前后不同基因型的狗牙根標(biāo)準(zhǔn)化蒸騰速率Fig.4 Normalized relative transpiration (NRT) of different Bermuda grass genotypes before and after Cd treatment

表3 鎘脅迫下不同基因型狗牙根6個耐鎘指標(biāo)的隸屬函數(shù)值Table 3 Subordinate function value of six Cd resistance indexes of Bermuda grass genotypes

Note: TQ，GR，Chl a，Chl b，Chlt and TR indicate turf quality, growth rate, chlorophyll a content, chlorophyll b content, total chlorophyll content and transpiration rate, respectively.

2.3 供試狗牙根基因型耐鎘性的聚類分析

以草坪質(zhì)量、生長速率、葉綠素a含量、葉綠素b含量、總?cè)~綠素含量和蒸騰速率6個生長指標(biāo)為依據(jù)，采用平均距離法對供試10個狗牙根基因型進行聚類分析(圖5)。在平均距離14處，10個狗牙根基因型被分為3組。其中第1組僅有WBD242，屬于高耐鎘型；第2組包括WBD92、WBD144、WBD147、WBD116和WBD16，屬于鎘敏感型；第3組包括WBD267、WBD1、WBD193和WBD245，屬于耐鎘型。這一聚類分析結(jié)果與根據(jù)各基因型綜合得分獲得的耐鎘性排序結(jié)果基本一致。

圖5 不同狗牙根耐鎘性的聚類分析結(jié)果Fig.5 Results of cluster analysis of Cd resistance of Bermuda grass

2.4 供試狗牙根基因型地上和地下部鎘含量及轉(zhuǎn)移系數(shù)

狗牙根地上部分鎘含量在不同基因型間存在明顯差異(圖6)。根據(jù)測定結(jié)果，大部分狗牙根基因型的地上部分都累積了高濃度的鎘離子，其中WBD144、WBD147、WBD116和WBD245這4個基因型的鎘含量較高，在150 mg·kg-1以上，顯著高于WBD1和WBD92(P<0.05)。地上部分鎘含量最低的是WBD92，僅為39.1 mg·kg-1，顯著低于除WBD1以外的其它所有基因型。其余基因型地上部鎘含量在50～150 mg·kg-1。

與地上部鎘含量表現(xiàn)相似，地下部鎘含量在不同狗牙根基因型之間也存在明顯差異(圖6)。整體而言，狗牙根地下部鎘含量在368～818 mg·kg-1，遠(yuǎn)高于地上部。但部分地上部鎘含量高的基因型如WBD144和WBD147，其地下部鎘離子含量反而較低。地上部鎘離子含量最高的WBD116，其地下部鎘含量也是最高的，達(dá)818 mg·kg-1。其余7個基因型地下部鎘含量在514～619 mg·kg-1。

鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)在10個狗牙根基因型之間也存在明顯差異(圖6)。鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)較大的兩個基因型為WBD144和WBD147，分別為0.37和0.42，其中，WBD147顯著高于除WBD144以外的其余所有基因型(P<0.05)。轉(zhuǎn)移系數(shù)最小的基因型是WBD92，僅為0.08。其余基因型的轉(zhuǎn)移系數(shù)在0.13～0.29。

3 討論

植物在重金屬鎘脅迫下，其耐鎘性是一個復(fù)雜的過程，耐鎘能力的高低是植物體內(nèi)多種代謝的綜合表現(xiàn)[19-20]。不同植物種類對重金屬污染的耐受性有很大的差別，即存在種間差異，而同一物種的不同品種之間亦存在很大的差異。如禾谷類作物對鎘的耐受能力普遍高于蔬菜類[21]。狗牙根具有很好的耐鎘能力，而且在中國南方重金屬污染區(qū)域為常見優(yōu)勢種[11-12]。然而，目前對于狗牙根耐鎘方面的研究主要集中在生理和生化方面，對于狗牙根耐鎘性評價的研究鮮有報道。

圖6 鎘處理后不同基因型狗牙根地上部、地下部鎘含量及轉(zhuǎn)移系數(shù)Fig.6 Cd concentration in shoot and root, and Cd translocation factor of different Bermuda grass genotypesd

注：不同小寫字母表示不同基因型間存在顯著差異(P<0.05)。

Note：Different lower case letters indicates significant difference among different bermuda grass genotypes at the 0.05 level.

本研究通過對10份狗牙根基因型進行鎘脅迫，發(fā)現(xiàn)在1.5 mmol·L-1鎘脅迫14 d后，供試的狗牙根基因型均出現(xiàn)植株生長緩慢，下垂并黃化，根系褐化，蒸騰速率變慢等受害癥狀，說明1.5 mmol·L-1的鎘濃度對狗牙根植株的生長發(fā)育具有一定的抑制作用，但不同基因型的受害程度差異較大，說明供試的10個狗牙根基因型對鎘脅迫的耐受性存在很大的差異。

植物的耐鎘性是復(fù)雜的數(shù)量性狀，在鎘脅迫下，植物細(xì)胞在結(jié)構(gòu)、生理、生化等方面發(fā)生一系列的應(yīng)激反應(yīng)，最終表現(xiàn)在植物表型和生理性狀方面[22]。因此，利用單一性狀指標(biāo)來評價植物的耐鎘能力有很大的局限性。目前，尚缺乏可用來鑒定植物耐鎘性的綜合評價體系。為全面、客觀、準(zhǔn)確地評價某種植物的耐鎘能力，需根據(jù)多個性狀進行綜合評價。模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法客觀合理、運算簡便，克服了單一性狀指標(biāo)評價的局限性，因此被用于評價多種植物，如不同花生(Araohishypogaea)品種的抗旱性[23]和苧麻(Boehmerianivea)的耐鎘能力[17]。本研究通過水培鎘脅迫，利用隸屬函數(shù)法綜合評價了10個狗牙根基因型的耐鎘能力，并對10個基因型耐鎘性進行聚類分析，結(jié)果表明，10個狗牙根基因型耐鎘能力依次為WBD242>WBD193>WBD267>WBD1>WBD245>WBD92>WBD16>WBD147>WBD116>WBD144。采用WPGMA聚類分析方法對供試10個狗牙根基因型進行分組，結(jié)果表明，在平均距離14處，10個狗牙根基因型被分為3組，即高耐鎘性、鎘敏感型和耐鎘型。

不同植物對鎘的積累能力存在很大的差異，同一植物不同組織對鎘的積累能力也不盡相同[24]。有研究表明，植物體吸收的大部分鎘固定在根部[25]。在草類作物中，植物吸收的鎘有65%～90%被固定在根部[26]。本研究表明，供試狗牙根基因型的地上部鎘濃度小于地下部。這說明狗牙根對鎘具有一定的吸收能力，而且吸收的鎘主要集中在根部。供試的10個基因型中，WBD144、WBD147、WBD116和WBD245這4個基因型地上部鎘離子濃度較高，均在150 mg·kg-1以上。尤其是WBD144和WBD147兩個基因型，其轉(zhuǎn)移系數(shù)也是所有基因型中最高的，表明這兩個狗牙根基因型能有效的吸收培養(yǎng)液中的鎘離子并轉(zhuǎn)運至地上部。盡管WBD144和WBD147能夠吸收大量的重金屬，但是1.5 mmol·L-1鎘脅迫14 d后，其葉片失綠發(fā)黃，生長緩慢，葉綠素含量顯著下降，且平均隸屬函數(shù)值很低，很可能是因為過高濃度的鎘導(dǎo)致光合作用受阻，代謝紊亂。因此，WBD144和WBD147可用于輕度鎘污染土壤的植物修復(fù)。此外，狗牙根基因型WBD242、WBD245和WBD193表現(xiàn)優(yōu)異，在1.5 mmol·L-1鎘脅迫14 d后，其葉色濃綠，草坪質(zhì)量和葉綠素含量仍保持較高的水平，和無鎘脅迫組相比差異并不顯著，綜合評價結(jié)果也表明，這3個基因型平均隸屬函數(shù)值較高，表明這3個基因型對鎘具有很強的耐受性，另外，盡管這3個基因型對鎘的轉(zhuǎn)移系數(shù)低于0.5，但其地上部積累的鎘離子濃度分別高達(dá)119.0、177.0和124.2 mg·kg-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于超富集植物的標(biāo)準(zhǔn)[27]。因此，WBD242、WBD245和WBD193在高濃度鎘污染土壤的植被重建方面具有極高的應(yīng)用潛力。

4 結(jié)論

狗牙根對鎘脅迫的耐受性存在顯著的基因型間差異，不同基因型富集和轉(zhuǎn)移鎘的能力也不盡相同。本研究利用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法對10個狗牙根基因型進行了耐鎘性的綜合評價，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基因型WBD242、WBD245和WBD193耐鎘能力較強，且地上部積累的鎘離子濃度較高，可用于高濃度鎘污染土壤的植物修復(fù)。基因型WBD144和WBD147具有最大的地上部鎘離子濃度和鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)，但是耐鎘能力較弱，可用于輕度鎘污染土壤的植物修復(fù)。在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)實際目標(biāo)選擇合適的狗牙根基因型。

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(責(zé)任編輯 王芳)

Cadmium tolerance and accumulation in different Bermuda grass genotypes

Liu Xiang-yu1, Li Xiao-ning2, Han Shi-juan2, Xie Yan2

(1.The First Secondary School, Dongying 257091, China; 2.Key Laboratory of Plant Germplasm Innovation and Characteristic Agriculture, Wuhan Plant Garden, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430074, China)

As a common and dominant species in heavy metal contaminated soils in southern China, Bermuda grass can be potentially used for Cd phytoremediation. The growth response following exposure and tolerance to Cd, as well as accumulation of Cd of 10 Bermuda grass genotypes were studied under hydroponic culture conditions with 1.5 mmol·L-1of Cd. The results indicated that under Cd stress conditions, all of the Bermuda grass genotypes appeared to show symptoms such as slow growth, drawl plant, yellow and wilting leaves, and poor root growth. Differences in the degree of damage in different genotypes were significant. Among them, three genotypes (WBD242, WBD245, and WBD193) exhibited less severe damage in turf quality, chlorophyll content, and transpiration rate under Cd stress. These three genotypes showed the strongest Cd accumulation ability (119.0, 177.0, 124.2 mg·kg-1in aboveground parts, respectively), which surpassed the putative criteria for hyper-accumulation plants expected to be used for phytoremediation of severe Cd contaminated soil. However, we also found that two other accessions, WBD144 and WBD147, showed the highest translocation capacity for Cd, but with weaker Cd tolerance, which could be applied for phytoremediation of slightly polluted area. Our findings could be used as guidance for future studies on phytoremediation and reconstruction.

Bermuda grass; Cd tolerance; screening; Cd accumulation; Cd pollution; translocation factor; plant repiration

Xie Yan E-mail：xieyan60b@126.com

2016-07-25接受日期：2016-08-30

國家自然青年科學(xué)基金(31502009)

劉翔宇(1999-)，男，山東東營人，在讀高中生。E-mail:dyqhyn@163.com

謝燕(1987-)，女，甘肅張掖人，助理研究員，博士，主要從事草坪草遺傳育種與逆境生理學(xué)研究。E-mail：xieyan60b@126.com

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0399

S543+.903;Q945.78

A

1001-0629(2016)12-2465-10*

劉翔宇,李曉寧,韓世娟,謝燕.不同基因型狗牙根耐鎘及鎘富集特性.草業(yè)科學(xué),2016,33(12)：2465-2474.

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