CN106001100A

CN106001100A - 一种显著增强繁缕对果园镉污染土壤修复能力的方法

Info

Publication number: CN106001100A
Application number: CN201610379803.1A
Authority: CN
Inventors: 廖明安; 林立金; 刘春阳; 郑书聆; 冉致; 余雪娜; 谢永东; 温铿; 钟程操; 黄佳璟
Original assignee: Sichuan Agricultural University
Current assignee: Sichuan Agricultural University
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2016-10-12

Abstract

本发明提供了一种显著增强繁缕对果园镉污染土壤修复能力的方法，该方法包括如下步骤：将扦插生根的繁缕移栽至镉污染果园土壤中，每天浇水，30天后，向繁缕喷施浓度为5‑20mg/L的赤霉素。本发明能显著的提高繁缕的镉积累量，整株镉累积量的提升幅度可高达25.51％。

Description

一种显著增强繁缕对果园镉污染土壤修复能力的方法

技术领域

本发明属于植物修复领域，具体涉及一种显著增强繁缕对果园镉污染土壤修复能力的方法。

背景技术

繁缕为石竹科一年生或越年生草本，生育期长，分枝及繁殖力强，分布广泛，近年来被发现具有一定的镉富集能力。然而，与其它镉超富集植物或富集植物相比，繁缕的单株镉提取率相对较低。如何提高其对镉的提取能力，成为其能否应用于镉修复应用方面的关键技术问题。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种显著增强繁缕对果园镉污染土壤修复能力的方法，该方法包括如下步骤：

将扦插生根的繁缕移栽至镉污染果园土壤中，每天浇水，30天后，向繁缕喷施浓度为5-20mg/L的赤霉素。

优选的，所述赤霉素的浓度为10mg/L或20mg/L。最优的，所述赤霉素的浓度为10mg/L。

优选的，所述赤霉素的喷施量为6.25ml每株繁缕。

浇水时，保持土壤的田间持水量为80％。

在喷施完赤霉素之后，还继续培养30天。

叶绿素与植物光合作用密切相关，其含量多少可直接影响植物的生长发育，而生物量是衡量植物修复效率的主要因素之一。在重金属胁迫下，植物体内叶绿素酸酯还原酶受到抑制，细胞内膜遭到破坏，从而影响了植物的光合作用、矿质元素的吸收及相关酶的活性，导致植物细胞分裂和伸长被抑制，生物量显著减少。

正常情况下，植物体内的活性氧代谢处于平衡状态，但在重金属胁迫下，植物活性氧自由基的产生速度超出了其清除的能力，造成膜脂过氧化，自由基的产生和消除只有SOD、POD、CAT三者协调一致，才能使其维持在一个较低水平，从而防止细胞遭受毒害。

重金属污染土壤的植物修复效率不仅受植物生物量的限制，而且取决于植物对重金属的富集能力，富集系数和转运系数是反应修复植物富集能力的主要指标，其值越大说明富集能力越强，修复效率越高。

本发明显著提高了镉污染果园土壤的繁缕光合色素含量(叶绿素a、b、总量及类胡萝卜素)，并显著增加了繁缕生物量。同时，本发明使繁缕叶片内抗氧化酶活性得到显著提高，增强了其对活性氧自由基氧的清除能力，有效缓解了细胞膜受伤害程度，同时减轻了活性氧对叶绿体的破坏，在一定程度上延缓植株的衰老，促进碳氮代谢，从而促进了繁缕的生长，提高了产量。

本发明发现，适宜浓度的赤霉素(GA₃)可以促进镉从繁缕根系向地上部分运输，可能原因是GA₃可通过提高ATP酶活性影响离子在细胞膜上的运输，促进植物光合作用和蒸腾速率，使更多矿质元素和镉离子通过质膜从根上转运到地上部分，从而极大地增加了地上部分的镉含量及积累量。但当GA₃浓度超过最适浓度10mg/L后，繁缕根系、地上部分镉含量以及转运系数急剧下降，甚至降低到对照以下，而且地上部分的下降幅度明显高于根系部分，这说明高浓度的GA₃不仅可以抑制繁缕根系对镉的吸收，而且能抑制镉从繁缕根系向地上部分的转运。这些结果说明GA₃浓度的不同将会极大的影响繁缕对镉污染果园土壤的修复效率。

本发明主要的有益效果：

本发明能显著的提高繁缕的镉积累量，整株镉累积量的提升幅度可高达25.51％。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

1材料与方法

1.1试剂材料

繁缕幼苗取自四川农业大学雅安校区农场农田。将采自同一株长约10cm的繁缕枝条扦插于湿润的河砂中，盖上地膜保湿。待长出根后(一周)进行移栽，移栽前一天揭开地膜炼苗。

土壤取自四川农业大学雅安校区农场果园，为紫色土，其基本理化性质为：pH 6.94，有机质43.64g/kg，全氮3.63g/kg，全磷0.38g/kg，全钾17.54g/kg，全镉1.03×10^-4g/kg，碱解氮0.195g/kg，速效磷6.25×10^-3g/kg，速效钾0.191g/kg，有效态镉2.20×10^-5g/kg。

赤霉素(GA₃)购自Sigma-Aldrich公司。

1.2试验方法

将所取土壤风干后过6.72mm筛，以CdCl₂·2.5H₂O分析纯形式加入镉，使土壤镉浓度为25mg/kg，充分混合均匀后装入21cm×20cm(直径×高)的塑料盆，每盆4.0kg，保持湿润放置30d，不定期翻土混合。

30d后将扦插生根的繁缕苗移栽于花盆中，每盆4株。每天浇水以保持盆中土壤的田间持水量约为80％，移栽30d后分别用0(CK，清水)、5、10、20、40mg/L的GA₃溶液喷施繁缕，每盆喷施25mL，每个处理重复3次。喷施30d后进行各指标测定。

选取成熟的繁缕叶片，用乙醇、丙酮1:1混合液浸泡法测定光合色素含量。选取顶部幼嫩叶片测定抗氧化酶活性和可溶性蛋白含量，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法测定，超氧化物歧化酶(SOD)活性用NBT光还原法测定，过氧化氢酶(CAT)活性用紫外吸收法测定，可溶性蛋白含量用考马斯亮蓝法测定。之后，整株采收，用自来水冲洗干净，再用去离子水冲洗3次后，将植物根系和地上部分分别封装，于110℃杀青15min，75℃烘干至衡重，称重，粉碎。采用蒽酮比色法测定繁缕地上部分可溶性糖含量，原子吸收分光光度法测定根系和地上部分镉含量。

1.3数据处理

所有数据均采用Excel 2010进行统计，SPSS 20.0软件进行分析(Duncan新复极差法进行多重比较)。抗性系数＝处理组总生物量/对照组总生物量，富集系数(BCF)＝地上部分(根系)镉含量/土壤镉浓度，转运系数(TF)＝植物地上部分镉含量/根系镉含量，转运量系数(TAF)＝(地上部分镉含量×地上部分生物量)/(根系镉含量×根系生物量)，镉提取率(MER)＝单种植物镉提取总量×100/土壤镉总量。

2结果与分析

2.1喷施GA₃对繁缕生物量的影响

由表1可知，外源喷施GA₃提高了繁缕根系、地上部分、总生物量以及根冠比和抗性系数。与对照相比，繁缕各器官生物量在GA₃浓度为10mg/L时均达到显著水平，随后随着GA₃浓度的继续升高，虽有不同程度的增加，但与浓度为10mg/L相比，仅根系生物量出现显著增加，地上部与总生物量增加量均不显著。根系、地上部、总生物量以及根冠比和抗性系数均在GA₃浓度为40mg/L时达到最大，分别比对照提高了18.60％、12.40％、13.18％、5.53％和13.20％。

表1喷施GA₃对繁缕生物量的影响

注：DW表示干重。表中数据为分析结果的平均值±标准差，同列不同小写字母表示显著差异(P<0.05)，下同。

2.2喷施GA₃对繁缕光合色素的影响

植物叶片中光合色素的含量是反应植物光合能力的重要参数。由表2可知，适宜浓度的GA₃处理可缓解镉胁迫条件下繁缕光合色素含量降低。当GA₃浓度较低时，叶绿素含量及类胡萝卜素含量均随着GA₃浓度的增加而显著增加，叶绿素a及叶绿素总含量在GA₃浓度为10mg/L时达到最大，叶绿素b和类胡萝卜素含量则在20mg/L时出现峰值，分别比对照高出13.25％和18.71％。随着GA₃浓度的继续增大，光合色素含量反而显著降低。说明低浓度的GA₃能明显缓解镉对繁缕光合机构的破坏，而当浓度较高时缓解作用将会减弱。但繁缕叶绿素a/b随GA₃浓度变化波动较大，无明显的变化规律。

表2喷施GA₃对繁缕光合色素含量的影响

注：FW表示鲜重，下同。

2.3喷施GA₃对繁缕抗氧化酶活性及碳氮代谢产物含量的影响

由表3可见，与对照相比，外源GA₃使繁缕SOD、POD和CAT活性升高，均呈先上升后下降的趋势，且在GA₃浓度为10mg/L时达到最大，分别高出对照39.87％、25.28％和130％。随着GA₃浓度继续增大，三者均出现降低，但SOD活性降低不显著。GA₃处理后，与对照相比，可溶性蛋白和可溶性糖含量虽显著升高，但各浓度处理之间差异不显著，同样在GA₃浓度为10mg/L时达到最大，分别高出对照28.52％和16.41％，随后出现不显著降低。

表3喷施GA₃对繁缕抗氧化酶活性及碳氮代谢产物含量的影响

2.4喷施GA₃对繁缕镉含量的影响

如表4所示，随着GA₃浓度的增加，繁缕根系和地上部中镉含量均呈先增加后降低的趋势，在GA₃浓度为10mg/L时达到最大，分别为154.02mg/kg和52.80mg/kg，但根系中镉含量的增加均未达到显著水平。随着GA₃浓度的继续升高，各部分镉含量降低，且在GA₃浓度为40mg/L根系和地上部镉含量都显著低于对照。根系、地上部分富集系数和转运系数变化趋势与镉含量变化趋势一致，也在浓度为10mg/L达到峰值，分别比对照高出3.68％，22.05％和17.75％。

表4喷施GA₃对繁缕镉含量的影响

2.5喷施GA₃对繁缕镉积累量的影响

镉积累总量取决于植物各部位镉的含量和生物量。由表5可以看出，外源喷施GA₃使繁缕各部分镉积累量增加，且地上部分积累量及增加幅度均大于根系。当GA₃浓度较低时，繁缕镉积累量与浓度呈正相关，根系镉积累量在20mg/L时最大，但与10mg/L相比差异不显著，地上部与整株镉积累量最大值出现在GA₃浓度为10mg/L，比对照分别高出31.20％和25.51％，均达到显著水平。但当GA₃浓度继续增大时，各部分镉积累量急剧降低，当达到40mg/L时，地上部及整株镉积累量显著低于对照。转运量系数及金属提取率的变化与地上部镉积累量的变化规律相同，在10mg/L时达到最大值2.35与0.349，40mg/L时最低，且明显低于对照，这说明了它们之间存在极大的相关性。

表5喷施GA₃对繁缕镉积累量的影响

Claims

1.一种显著增强繁缕对果园镉污染土壤修复能力的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述赤霉素的浓度为10mg/L或20mg/L。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述赤霉素的浓度为10mg/L。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述赤霉素的喷施量为6.25ml每株繁缕。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，浇水时，保持土壤的田间持水量为80％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在喷施完赤霉素之后，还继续培养30天。