CN107980382A

CN107980382A - 利用嫁接提高牛膝菊后代对镉污染修复能力的方法

Info

Publication number: CN107980382A
Application number: CN201711351159.8A
Authority: CN
Inventors: 张芬琴; 王小明; 曾秀存; 关天霞; 许耀照; 欧若含; 林立金; 廖明安
Original assignee: Hexi University
Current assignee: Hexi University
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2018-05-04
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: CN107980382B

Abstract

本发明提供了一种利用嫁接提高牛膝菊后代对镉污染修复能力的方法，所述方法包括如下步骤：以鬼针草作为砧木，以牛膝菊作为接穗，进行嫁接，收集嫁接处理后接穗的后代。本发明可以促进牛膝菊嫁接后代对于镉的吸收积累，提高牛膝菊嫁接后代对于镉污染土壤的修复能力。

Description

利用嫁接提高牛膝菊后代对镉污染修复能力的方法

技术领域

本发明属于农业技术领域及土地修复技术领域，具体涉及一种利用嫁接提高牛膝菊后代对镉污染修复能力的方法。

背景技术

随着经济的发展，工业污染、农田灌溉、农用物资等因素造成重金属对土壤的污染日趋严重，其中镉污染尤为突出，我国镉污染耕地面积达到1.3×10⁴hm²，涉及11个省市25个地区，因此，治理镉污染土壤问题迫在眉睫。目前，比较常见的方法是利用镉超富集植物进行绿色修复，现已发现的镉超富集植物只有20余种，且这些镉超富集植物生物量普遍较低、个体矮小、生长缓慢，导致修复效率低，因而，在继续筛选镉超富集植物的同时，对已筛选出的镉超富集植物进行改良是很有必要的，这样能够使其充分发挥在植物修复中的作用。

牛膝菊是一种镉超富集植物，可作为镉污染土壤的修复，由于其生物量小，对镉污染土壤的修复效率较低，因此亟待寻求提高其修复土壤能力的方法。目前对于如何进一步提高其对镉污染土壤的修复能力还非常少。

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利用嫁接提高牛膝菊后代对镉污染修复能力的方法，所述方法包括如下步骤：以鬼针草作为砧木，以牛膝菊作为接穗，进行嫁接，收集嫁接处理后接穗的后代。

进行嫁接后，种植在无重金属污染的土中。

作为本发明的一个可选方案，以株高10cm的鬼针草上长度为6cm的下部苗作为砧木。

作为本发明的一个可选方案，以株高10cm的牛膝菊上长度为4cm的上部苗作为接穗。

优选的，进行所述嫁接时，采用劈接法。进行所述嫁接时，保留砧木叶片及幼芽。

所述镉污染土壤中，镉含量至少为10mg/kg。

一般而言，保持土壤田间持水量为80％。

本发明的有益效果：

本发明可以促进牛膝菊嫁接后代对于镉的吸收积累，提高牛膝菊嫁接后代对于镉污染土壤的修复能力。

附图说明

图1为鬼针草及牛膝菊正反嫁接后代对土壤pH值的影响结果图，图中标注的小写字母表示5％水平的差异；

图2为鬼针草及牛膝菊正反嫁接后代对土壤有效态镉含量的影响，图中标注的小写字母表示5％水平的差异。

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试验材料

2013年9月，四川农业大学雅安校区农场(农田生态型)各收集一株具有成熟果实的鬼针草和牛膝菊，分别采集其种子，风干，保存。2014年5月，将采集的牛膝菊和鬼针草种子分别播种和育苗，待株高约10cm时开始嫁接，嫁接处理分为牛膝菊不嫁接(CK)、鬼针草不嫁接(CK)、牛膝菊作为砧木嫁接、鬼针草作为砧木嫁接。牛膝菊不嫁接(CK)：直接将牛膝菊幼苗移栽种植，收集种子保存。鬼针草不嫁接(CK)；直接将鬼针草幼苗移栽种植，收集种子保存。牛膝菊作为砧木嫁接；将牛膝菊和鬼针草幼苗分别从离地约6cm处剪断，牛膝菊幼苗下部苗(6cm)作为砧木，鬼针草的上部苗(4cm)作为接穗进行嫁接，保留砧木叶片及幼芽。鬼针草作为砧木嫁接；将牛膝菊和鬼针草幼苗分别从离地约6cm处剪断，鬼针草幼苗下部苗(6cm)作为砧木，牛膝菊的上部苗(4cm)作为接穗进行嫁接，保留砧木叶片及幼芽。嫁接方法为劈接法，用宽约1cm、长20cm的塑料带进行绑缚，使砧木与接穗的结合部分牢牢地贴在一起。嫁接后浇水并保持土壤田间持水量为80％，用地膜覆盖保湿，并用遮阳网遮盖。10d后逐步移除地膜和遮阳网，并取下绑缚的塑料薄膜。嫁接成活后，全部种植在无重金属污染的土中，根据土壤水分实际情况不定期浇水确保土壤水分保持在田间持水量的80％左右。待鬼针草果实成熟后，分别收集未嫁接、正反嫁接处理的砧木及接穗的后代种子保存，分别记为：牛膝菊CK、牛膝菊砧木、牛膝菊接穗、鬼针草CK、鬼针草砧木、鬼针草接穗。

1.2盆栽试验

2015年1月，将取自四川农业大学雅安校区农场农田的潮土(未检测出镉)风干，过5mm筛，分别称取3.0kg装于15cm×18cm(高×直径)的塑料盆内。将CdCl₂·2.5H₂O溶液加入土壤中，使土壤镉含量为10mg/kg，保持土壤湿润，放置60d，不定期翻土混合，使土壤充分混合均匀。2015年3月，将采用鬼针草与牛膝菊正反嫁接后代(牛膝菊CK、牛膝菊砧木、牛膝菊接穗、鬼针草CK、鬼针草砧木、鬼针草接穗)种子直接撒播于农田中，地膜覆盖保湿，待出苗后揭开地膜。2015年4月，将2对真叶展开的长势一致的植物幼苗分别种植于盆中，每盆4株，每个处理重复3次。经常浇水以保持土壤田间持水量为80％。

1.3测定项目及方法

待植物进入盛花期后，测定叶片光合色素含量。之后，对植物整株收获，洗净，烘干，称重，粉碎，过100目筛。称取0.500g植物样品，加入硝酸-高氯酸(体积比为4:1)放置12h后消化至溶液透明，过滤，定容至50ml，用iCAP 6300型ICP光谱仪测定(ThermoScientific,USA)镉含量。土壤样品风干后，过1mm筛，采用pH计测定土壤pH(土水比为1:2.5)，采用DTPA-TEA浸提法提取土壤有效态镉，并用iCAP6300型ICP光谱仪测定土壤有效镉含量。

1.4数据处理方法

数据采用SPSS系统进行方差分析(Duncan新复极差法进行多重比较)。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)＝(地上部镉含量×地上部分生物量)/(根系镉含量×根系生物量)。

2.结果分析

2.1相互嫁接对鬼针草及牛膝菊后代生物量的影响

由表1可以看出，相互嫁接后，鬼针草接穗嫁接后代和鬼针草砧木嫁接后代的根系、茎干、叶片及地上部分生物量较鬼针草CK均有所提高，以鬼针草砧木嫁接后代最大，与鬼针草CK相比，鬼针草砧木嫁接后代的根系、茎干、叶片、地上部分生物量分别提高了17.60％(P＜0.05),5.07％(P＜0.05),4.60％(P＜0.05),4.81％(P＜0.05)，而牛膝菊接穗嫁接后代及牛膝菊砧木嫁接后代的根系、茎干、叶片及地上部分生物量较牛膝菊CK也有所提高，其中以牛膝菊接穗嫁接后代最大，与牛膝菊CK相比，牛膝菊接穗嫁接后代的根系、茎干、叶片、地上部分生物量分别提高了18.21％(P＜0.05),16.96％(P＞0.05),18.92％(P＜0.05),17.84％(P＜0.05)。说明相互嫁接促进了鬼针草和牛膝菊嫁接后代的生长。从根冠比来看，鬼针草接穗嫁接后代和鬼针草砧木嫁接后代的根冠比均大于鬼针草CK，与鬼针草嫁接后代相似，牛膝菊接穗嫁接后代和牛膝菊砧木嫁接后代的根冠也均大于牛膝菊CK，说明鬼针草及牛膝菊正反嫁接后代根系所占比重均大于CK，有利于增强对重金属胁迫的抗性。

表1鬼针草及牛膝菊相互嫁接后代的生物量

注:同列数据后不同小写字母表示在0.05水平差异显著，下同。

表中，“鬼针草接穗”代表的是鬼针草作为接穗开花结果后代，其基因与鬼针草的一致；“鬼针草砧木”代表的是鬼针草作为砧木发的侧枝开花结果后代，其基因与鬼针草的一致；“牛膝菊接穗”代表的是牛膝菊作为接穗开花结果后代，其基因与牛膝菊的一致；“牛膝菊砧木”代表的是牛膝菊作为砧木发的侧枝开花结果后代，其基因与牛膝菊的一致；下同。

2.2相互嫁接对鬼针草及牛膝菊后代叶片光合色素的影响

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，从表2可以看出，相互嫁接后，鬼针草接穗嫁接后代和鬼针草砧木嫁接后代的叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量及叶绿素总量与鬼针草CK差异均不显著；牛膝菊接穗嫁接后代的叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量及叶绿素总量均高于牛膝菊砧木嫁接后代和牛膝菊CK，且分别较牛膝菊CK提高了4.13％(P＜0.05)、2.24％(P＞0.05)、3.79％(P＜0.05)、3.74％(P＜0.05)，这有利于牛膝菊接穗后代光合作用的提高，促进其生长。就叶绿素a/b而言，鬼针草接穗嫁接后代和鬼针草砧木嫁接后代的叶绿素a/b均大于鬼针草CK，其中，最大值为鬼针草砧木嫁接后代4.306，是鬼针草CK的1.060倍，牛膝菊接穗嫁接后代和牛膝菊砧木嫁接后代的叶绿素a/b均大于牛膝菊CK，其中，最大值为牛膝菊砧木嫁接后代4.030，是牛膝菊CK的1.064倍。

表2鬼针草及牛膝菊相互嫁接后代的叶片光合色素含量

2.3相互嫁接对鬼针草及牛膝菊后代镉含量的影响

从表3可知，相互嫁接后，鬼针草接穗嫁接后代和鬼针草砧木嫁接后代的根系、茎干、叶片及地上部分镉含量较鬼针草CK均有所降低，其根系、茎干、叶片及地上部分镉含量的大小顺序为：鬼针草CK＞鬼针草接穗嫁接后代＞鬼针草砧木嫁接后代，鬼针草接穗嫁接后代和鬼针草砧木嫁接后代的地上部分镉含量较鬼针草CK分别降低了11.76％(P＜0.05)、17.37％(P＜0.05)，牛膝菊接穗嫁接后代和牛膝菊砧木嫁接后代的根系、茎干、叶片及地上部分镉含量较牛膝菊CK均有所降低，其根系、茎干、叶片及地上部分镉含量的大小顺序为：牛膝菊CK＞牛膝菊砧木嫁接后代＞牛膝菊接穗嫁接后代，牛膝菊接穗嫁接后代和牛膝菊砧木嫁接后代的根系镉含量较牛膝菊CK分别降低了23.81％(P＜0.05)、21.25％(P＜0.05)。就转运系数而言，鬼针草接穗嫁接后代和鬼针草砧木嫁接后代的转运系数均低于鬼针草CK，其大小顺序为鬼针草CK＞鬼针草接穗嫁接后代＞鬼针草砧木嫁接后代,而牛膝菊接穗嫁接后代和牛膝菊砧木嫁接后代的转运系数均高于牛膝菊CK，其大小顺序为牛膝菊接穗嫁接后代＞牛膝菊砧木嫁接后代＞牛膝菊CK,说明鬼针草和牛膝菊相互嫁接能够提高镉从牛膝菊嫁接后代根系向地上部分的转运能力。

表3鬼针草及牛膝菊相互嫁接后代的镉含量

2.4相互嫁接对鬼针草及牛膝菊后代镉积累量的影响

从表4可以看出，相互嫁接处理后，鬼针草接穗嫁接后代和鬼针草砧木嫁接后代的根系镉积累量均显著高于鬼针草CK，其茎杆、叶片及地上部分镉积累量则显著低于鬼针草CK，且都以鬼针草砧木嫁接后代最小，分别较鬼针草CK降低了15.30％(P＜0.05)、12.12％(P＜0.05)、13.39％(P＜0.05)，牛膝菊接穗嫁接后代和牛膝菊砧木嫁接后代的根系镉积累量均显著低于牛膝菊CK，分别较牛膝菊CK降低了9.94％(P＜0.05)、8.56％(P＜0.05)，与根系镉积累量不同，牛膝菊接穗嫁接后代和牛膝菊砧木嫁接后代的茎秆、叶片及地上部分镉积累量均高于牛膝菊CK，且都以牛膝菊接穗嫁接后代最大，分别较未嫁接提高了7.63％(P＞0.05)、11.94％(P＜0.05)、10.04％(P＞0.05)。从转运量系数(TAF)来看，鬼针草接穗嫁接后代和鬼针草砧木嫁接后代的转运量系数均低于鬼针草CK，而牛膝菊接穗嫁接后代和牛膝菊砧木嫁接后代的转运量系数均高于牛膝菊CK，其大小顺序为牛膝菊接穗嫁接后代＞牛膝菊砧木嫁接后代＞牛膝菊CK，说明鬼针草和牛膝菊相互嫁接有利于促进镉从牛膝菊嫁接后代根系向地上部分的积累。

表4鬼针草及牛膝菊相互嫁接后代的镉积累量

2.5土壤pH、土壤有效态镉含量

相互嫁接后，与鬼针草CK相比，鬼针草接穗嫁接后代和鬼针草砧木嫁接后代的土壤pH均有所升高，但差异均不显著，而土壤有效态镉含量较鬼针草CK均有所降低，其大小顺序为：鬼针草CK＞鬼针草砧木嫁接后代＞鬼针草接穗嫁接后代，鬼针草接穗嫁接后代和鬼针草砧木嫁接后代的土壤有效态镉含量较鬼针草CK分别降低了1.80％(P＞0.05)、3.19％(P＜0.05)，牛膝菊接穗嫁接后代和牛膝菊砧木嫁接后代的土壤pH也有所升高，差异均不显著，但其土壤有效态镉含量较牛膝菊CK均有所降低，大小顺序为：牛膝菊CK＞牛膝菊砧木嫁接后代＞牛膝菊接穗嫁接后代，牛膝菊接穗嫁接后代和牛膝菊砧木嫁接后代的土壤有效态镉含量较牛膝菊CK分别降低了12.24％(P＜0.05)、0.92％(P＞0.05)。

3.小区试验结果

从表5可以看出，小区试验中，鬼针草接穗嫁接后代和鬼针草砧木嫁接后代单位面积的植物地上部分生物量均高于鬼针草CK，其中以鬼针草砧木嫁接后代最大，较鬼针草CK提高了8.19％(P＜0.05)，鬼针草接穗嫁接后代第二，较鬼针草CK提高了1.87％(P＞0.05)，牛膝菊接穗嫁接后代和牛膝菊砧木嫁接后代单位面积的植物地上部分生物量均高于牛膝菊CK，其中以牛膝菊接穗嫁接后代最大，较牛膝菊CK提高了13.96％(P＜0.05)，牛膝菊砧木嫁接后代第二，较牛膝菊CK提高了2.83％(P＞0.05)。从镉含量来看，鬼针草和牛膝菊相互嫁接后代地上部分镉含量与盆栽试验一致：鬼针草CK＞鬼针草接穗嫁接后代＞鬼针草砧木嫁接后代；牛膝菊CK>牛膝菊砧木嫁接后代>牛膝菊接穗嫁接后代，与鬼针草CK相比，鬼针草接穗嫁接后代和鬼针草砧木嫁接后代地上部分镉含量分别降低了7.84％(P＜0.05)、16.79&(P＜0.05)，而牛膝菊砧木嫁接后代和牛膝菊接穗嫁接后代地上部分镉含量与牛膝菊CK相比差异不显著。鬼针草接穗嫁接后代和鬼针草砧木嫁接后代的地上部分镉提取量均低于鬼针草CK，鬼针草砧木嫁接后代较鬼针草CK显著降低了9.81％，但牛膝菊接穗嫁接后代和牛膝菊砧木嫁接后代地上部分镉提取量均高于牛膝菊CK，牛膝菊接穗嫁接后代较牛膝菊CK显著提高了8.72％。

表5鬼针草及牛膝菊相互嫁接后代的单位面积生物量及镉提取量

有研究者推测:嫁接很可能作为一种逆境诱导接穗进行自身调控以应对不利环境,从而产生变异表型，这种在逆境中所产生的变异，如对DNA进行甲基化等方式进行修饰，使基因表达发生改变，是可以通过孟德尔方式传递给后代的，Boyko等研究表明，处于逆境中的植物会通过DNA甲基化和组蛋白修饰等表观遗传调控来应对不利环境,并且这种适应性大多可以以孟德尔方式传递给后代。

在本发明中，将鬼针草及牛膝菊相互嫁接的后代种植于镉污染土壤中，通过盆栽试验和小区试验表明，鬼针草接穗嫁接和砧木嫁接后代以及牛膝菊接穗嫁接和砧木嫁接后代都表现出比各自未嫁接有更高的生物量，说明在嫁接过程中鬼针草和牛膝菊都产生了表观遗传的变异，并且这种变异遗传给了下一代，从而提高了鬼针草及牛膝菊嫁接后代对镉胁迫的抵御能力，其变异机理还有待进一步研究。而除了牛膝菊接穗嫁接后代的光合色素显著高于牛膝菊CK外，其余处理的的光合色素含量均与各自未嫁接差异不显著。本发明还发现，鬼针草和牛膝菊相互嫁接处理后代的土壤pH均高于未嫁接，而土壤有效态镉含量则均低于未嫁接，这与嫁接改变了植物的生理生态环境，从而影响植物分泌的有机酸及化感物质有关含量有关。

本发明发现，在镉污染条件下，鬼针草及牛膝菊相互嫁接后代的根系和地上部分镉含量均低于各自未嫁接，但牛膝菊接穗嫁接后代和牛膝菊砧木嫁接后代的转运系数却高于牛膝菊CK，说明鬼针草与牛膝菊相互嫁接能够提高镉从牛膝菊根系向地上部分的转运能力。本发明还发现，鬼针草接穗嫁接后代和鬼针草砧木嫁接后代的地上部分镉积累量均显著低于鬼针草CK，而牛膝菊砧木和牛膝菊接穗的地上部分镉积累量均与牛膝菊CK相比有所提高，其中以牛膝菊接穗嫁接后代的最高，较牛膝菊CK提高了10.04％。因此，牛膝菊接穗嫁接后代能够有效提高对土壤镉的富集能力，可应用于镉污染土壤的修复。

Claims

1.利用嫁接提高牛膝菊后代对镉污染修复能力的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

以鬼针草作为砧木，以牛膝菊作为接穗，进行嫁接，收集嫁接处理后接穗的后代。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行嫁接后，种植在无重金属污染的土中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以株高10cm的鬼针草上长度为6cm的下部苗作为砧木。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以株高10cm的牛膝菊上长度为4cm的上部苗作为接穗。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述嫁接时，采用劈接法。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述嫁接时，保留砧木叶片及幼芽。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镉污染土壤中，镉含量至少为10mg/kg。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，保持土壤田间持水量为80％。