CN108093910B - 一种大豆自根苗嫁接用于降低后代镉污染的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大豆自根苗嫁接用于降低其后代镉污染的方法，属于植物重金属污染修复技术领域。本发明所述所述方法是采用大豆异株异苗嫁接，所述异株异苗嫁接是将两株不同大小的大豆分别作为砧木和接穗进行嫁接，所述砧木选自株高为10cm的大豆，从离地6cm处剪断作为砧木；所述接穗选自株高为5cm的大豆上部苗，接穗长度为4cm。本发明提供的嫁接方法，所得大豆嫁接后代的镉含量与未嫁接相比显著降低，且经过三代种子育苗栽培，嫁接第三代大豆作物中的镉含量仍然得以显著降低。能够很好用于大豆后代中镉污染的修复，可为现有镉污染土地中大豆的安全生产栽培提供有效的解决办法。

Description

一种大豆自根苗嫁接用于降低后代镉污染的方法

技术领域

本发明属于植物后代重金属污染修复技术领域，尤其涉及一种大豆自根苗嫁接用于降低后代镉污染的方法。

背景技术

随着现代工农业的快速发展，我国土壤受到重金属污染的情况越来越严重，受铅、砷、镉、铬等重金属污染的耕地近2×10⁷hm²，约占耕地总面积的1/5。在重金属元素中，镉被认为是耕地重金属污染中最主要的元素，污染发生率达到25.20％。在镉含量超标的土壤上种植农作物，会导致植物中毒，主要表现为茎、根生长迟缓，叶片泛黄，褶皱卷曲；光合作用、呼吸作用和蒸腾作用受到抑制，引起氧化胁迫和细胞膜损伤。因此，研究镉污染土壤的作物种植问题具有重要的现实意义。

大豆(Glycine max(Linn.)Merr.)通称黄豆。豆科大豆属一年生草本，高30-90厘米，花期6-7月，果期7-9月。大豆是中国重要粮食作物之一，已有五千年栽培历史，中国东北为其主产区。大豆种子含有丰富植物蛋白质，最常用来做各种豆制品、榨取豆油、酿造酱油和提取蛋白质，豆渣或磨成粗粉的大豆也常用于禽畜饲料。然而，土壤污染影响到了农作物的安全生产，也影响到大豆的生产，由于我国土壤已大部分遭受镉污染，大豆中镉的含量较高，给人们食用大豆带来了严重的安全隐患，特别是对大豆后代的安全生产提出了更为严峻的挑战。

现有文献报道，可采用植物嫁接技术用于改良后代的培养，嫁接是指将植物体的一部分固定在另外一个植物体上，使连接在一起的接穗和砧木进一步发育共同成长为一个完整植株的技术，其可以培育植株后代，提高植株后代修复镉污染土壤的能力。如中国专利CN 104025912 A公开了一种嫁接提高龙葵后代修复果园镉污染土壤能力的方法，其是将镉超富集植物龙葵的幼苗茎尖作为接穗，将龙葵嫁接在番茄砧木上，获得的龙葵嫁接后代能提高单位面积的镉提取量，较未嫁接的龙葵提高了9.3％。中国专利CN 104025913 A公开了一种嫁接提高荠菜后代修复果园镉污染土壤能力的方法，其采用油菜茎秆作为砧木，选取镉富集植物荠菜茎尖作为接穗进行嫁接，获得的荠菜嫁接后代能提高单位面积的镉提取量，较未嫁接的提高了93.89％。然而，对于大豆生产，特别是对其后代的安全生产，能否采用嫁接方式以及如何采用嫁接方式来实现大豆后代镉污染的修复工作，大幅度降低大豆后代中的镉含量，已成为现有大豆种植工作需要研究的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种大豆自根苗嫁接用于降低后代镉污染的方法，以期实现大豆后代的安全生产。本发明提供的大豆自根苗嫁接方法是结合目前我国种植土壤已大面积受重金属镉污染，而大豆的地上部分镉含量严重超标的现状，专门用于培育大豆自根苗嫁接后代，从而实现了大豆嫁接后代中镉含量显著下降的效果，缓解了镉在植物地上部分大量积累所造成的食品安全生产压力，实现了控制大豆中镉含量的目标，为植物后代的安全生产提供了参考。

为了实现上述目的，本发明提供了一种大豆自根苗嫁接用于降低其后代镉污染的方法，所述自根苗嫁接为采用异株异苗嫁接，所述异株异苗嫁接是将两株不同大小的大豆分别作为砧木和接穗进行嫁接，所述砧木选自株高为10cm的大豆，从离地6cm处剪断作为砧木；所述接穗选自株高为5cm的大豆上部苗，接穗长度为4cm。

本发明通过选择大豆自根苗嫁接处理，并按照本发明的上述方法，采用异株异苗进行嫁接，结果惊奇地发现，当砧木选自株高为10cm的大豆，接穗选自株高为5cm的大豆上部苗，按照本发明的嫁接方法进行异株异苗嫁接时，所得大豆嫁接后代的镉含量与未嫁接相比显著降低，且经过三代种子育苗栽培，嫁接第三代大豆作物中的镉含量仍然得以显著降低。研究结果表明，采用本发明的上述嫁接方法，能够很好用于大豆后代中镉污染的修复，大豆自根苗嫁接后代镉含量降低效果显著，可为现有镉污染土地中大豆的安全生产栽培提供有效的解决办法。

进一步的，本发明所述的大豆自根苗嫁接用于降低其后代镉污染的方法，主要包括以下步骤：

(1)将一株株高为10cm的大豆从离地约6cm处剪断作为砧木，将另一株株高为5cm的大豆上部苗作为接穗进行异株异苗嫁接，所述接穗的长度为4cm，并保留砧木叶片；

(2)嫁接后根据土壤水分实际情况不定期浇水，用地膜覆盖保湿，并用遮阳网遮光降温；

(3)嫁接10～15天后移除地膜和遮阳网进行炼苗，定植后进行日常管理，待大豆开花时，采用硫酸纸袋进行套袋隔离；待种子成熟后，分别收集种子保存。

进一步的，步骤(1)中所述嫁接方法采用劈接法，并用宽为1cm、长20cm的塑料带进行绑缚，使砧木与接穗的结合部分牢牢贴在一起。

进一步的，步骤(2)中保持土壤田间持水量为80％。

进一步的，所述炼苗的方法为在定植前2～3天减少浇水量，以保持幼苗不萎蔫为准。

进一步的，所述日常管理包括清除杂草、浇水和病害防治。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明提供了一种可对大豆后代镉污染进行修复的嫁接处理方法，其嫁接后代的镉含量与未嫁接之前相比可显著降低；

(2)本发明提供的嫁接方法获得的大豆嫁接后代，嫁接后第三代后代的镉含量仍然保持在较低水平，可降低镉在大豆中的积累量；

(3)本发明提供的嫁接方法可为其他植物后代中降低重金属镉污染以及遭受其他重金属污染植物后代的安全生产培育提供可行性指导。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术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

(一)试验方法

1.1材料与方法

2016年4月，将取自同一株的大豆的种子进行播种和育苗，待株高约10cm时进行嫁接处理。

嫁接处理方式如下：(1)不嫁接处理：大豆幼苗移栽种植，收集种子保存；(2)同株嫁接：即同一株大豆上部作接穗，下部作砧木进行嫁接。将一株株高10cm的大豆从离地约6cm处剪断，其上部为接穗(4cm)，下部为砧木(6cm)进行嫁接，并保留砧木叶片，接穗和砧木在生理上保持一致；(3)异株同苗嫁接：即两株相同大小的大豆分别作为砧木和接穗进行嫁接。将一株株高10cm的大豆从离地约6cm处剪断作为砧木，接穗为另一株株高为10cm大豆的上部苗(4cm)进行嫁接，并保留砧木叶片，接穗和砧木在生理上存在一定差异；(4)异株异苗嫁接：即两株不同大小的大豆分别作为砧木和接穗进行嫁接(大的作砧木，小的作接穗)。

将一株株高为10cm的大豆从离地约6cm处剪断作为砧木，接穗为另一株株高为5cm大豆的上部苗(4cm)进行嫁接，并保留砧木叶片，接穗和砧木在生理上存在较大差异。嫁接后根据土壤水分实际情况不定期浇水，用地膜覆盖保湿，并用遮阳网遮光降温；嫁接10～15天后移除地膜和遮阳网进行炼苗，炼苗方法为在定植前2～3天减少浇水量，以保持幼苗不萎蔫为准，定植后进行清除杂草、浇水和病害防治等日常管理工作。

嫁接方法为劈接法，用宽为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。待这些大豆开花时，采用硫酸纸袋进行套袋隔离；待种子成熟后，分别收集种子保存，记作：未嫁接后代1、同株嫁接后代1、异株同苗嫁接后代1和异株异苗嫁接后代1。2016年7月，将未嫁接后代1、同株嫁接后代1、异株同苗嫁接后代1和异株异苗嫁接后代1种植，分别收集种子保存，记作：未嫁接后代2、同株嫁接后代2、异株同苗嫁接后代2和异株异苗嫁接后代2。2017年4月，将未嫁接后代2、同株嫁接后代2、异株同苗嫁接后代2和异株异苗嫁接后代2种植，分别收集种子保存，记作：未嫁接后代3、同株嫁接后代3、异株同苗嫁接后代3和异株异苗嫁接后代3。

1.2试验设计

2017年6月，将取自四川农业大学温江校区附近农田的潮土(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30d，不定期翻土混合，使土壤充分混合均匀。2017年7月，将大豆不同嫁接处理的后代(第一代、第二代和第三代)种子进行分别育苗，待1对真叶展开后移栽至装有镉污染土壤的盆中，每盆4株。试验为12个处理，分别为：未嫁接后代1、同株嫁接后代1、异株同苗嫁接后代1、异株异苗嫁接后代1、未嫁接后代2、同株嫁接后代2、异株同苗嫁接后代2、异株异苗嫁接后代2、未嫁接后代3、同株嫁接后代3、异株同苗嫁接后代3和异株异苗嫁接后代3，每个处理重复6次。经常浇水以保持土壤田间持水量为80％。

1.3测定内容与方法

2017年8月，大豆进入初花期后，每个处理选取三个重复，取其中部位置相同的成熟叶片测定可溶性蛋白含量、抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性。之后，对每个处理选取的三个重复大豆整株收获，用自来水将根系、茎秆、叶片清洗干净，再用去离子水冲洗3次，于110℃杀青15min，75℃烘干至衡重，称重，粉碎，过100目尼龙筛。称取1.0000g样品，用硝酸-高氯酸(体积比为4:1)消化后定容至50ml，再在iCAP 6300型ICP光谱仪(Thermo Scientific,USA)上测定镉含量，并计算转运系数。2017年9月，待每个处理剩余的三个重复籽粒成熟后，收取籽粒，测定籽粒的镉含量，即将籽粒粉碎，过100目尼龙筛，称取1.0000g样品，用硝酸-高氯酸(体积比为4:1)消化后定容至50ml，再在iCAP 6300型ICP光谱仪(ThermoScientific,USA)上测定其镉含量。

1.4计算公式

根冠比＝根系干重/地上部干重；转运系数(TF)＝地上部分镉含量/根系镉含量。

(二)试验结果与分析

2.1自根苗嫁接对大豆后代生物量的影响

不同嫁接处理大豆后代各部位生物量的测定结果如表1所示。由表1可知，在镉胁迫条件下，大豆嫁接后代根瘤生物量和根系生物量中，异株异苗嫁接后代1较未嫁接后代1均显著提高，提高幅度分别为25.00％和15.23％；而同株嫁接后代1和异株同苗嫁接后代1的根瘤生物量与未嫁接后代1基本无变化，根系生物量略有提升。从地上部生物量来看，异株异苗嫁接后代1较未嫁接后代1显著提高(P＜0.05)，提高幅度达27.41％；而同株嫁接后代1和异株同苗嫁接后代1较未嫁接后代1提高幅度较小。

各嫁接后代2和嫁接后代3各部位生物量的表现趋势与嫁接后代1的相似，均表现为异株异苗嫁接后代2和3较未嫁接后代2和3显著提升，而同株嫁接后代2和3以及异株同苗嫁接后代2和3的提升效果不明显。

表1 自根苗嫁接对大豆后代生物量的影响

注：不同小写字母表示不同处理在5％显著水平上差异显著，下同。

2.2自根苗嫁接对后代大豆镉含量的影响

不同嫁接处理大豆后代各部位镉含量的测定结果如表2所示。由表2可得，在镉胁迫的条件下，嫁接后代各部位镉含量均表现为未嫁接后代＞同株嫁接后代＞异株同苗嫁接后代＞异株异苗嫁接后代，且第三代异株异苗嫁接后代3与未嫁接后代3相比镉含量仍得以显著下降。可见选用异株异苗嫁接方法获得的大豆嫁接后代的镉修复效果最好，可以推广使用。

表2 自根苗嫁接对后代大豆镉含量的影响

2.3自根苗嫁接对大豆后代酶活性以及可溶性蛋白质含量的影响

不同嫁接处理大豆后代各抗氧化酶活性和可溶性蛋白质含量的测定结果如表3所示。从表3可以看出，异株异苗嫁接后代与其他处理组相比，其抗氧化酶活性显著增强，可溶性蛋白含量得以大幅度提升。

表3 自根苗嫁接对大豆后代酶活性以及可溶性蛋白质含量的影响

2.4自根苗嫁接对大豆后代酶活性以及可溶性蛋白质含量的影响

不同嫁接处理大豆后代籽粒中镉含量、土壤pH及土壤有效态镉含量的测定结果如表4所示。从表4可以看出，三代异株异苗嫁接后代与其他处理组相比，大豆籽粒中镉含量最低，镉降低效果最明显；土壤中有效态镉的含量也出现较大幅度下降，土壤pH略有升高，变化幅度不大。

表4 自根苗嫁接对大豆后代籽粒镉含量、土壤pH及土壤有效态镉含量的影响

从上述分析结果可知，从整体考虑，选择采用本发明的异株异苗嫁接方式可获得镉含量显著降低的大豆嫁接后代，其对植物镉污染的修复效果最好。

Claims (1)

1.一种大豆自根苗嫁接用于降低其后代镉污染的方法，其特征在于，所述自根苗嫁接为采用异株异苗嫁接，所述异株异苗嫁接是将两株不同大小的大豆分别作为砧木和接穗进行嫁接，所述砧木选自株高为10cm的大豆，从离地6cm处剪断作为砧木；所述接穗选自株高为5cm的大豆上部苗，接穗长度为4cm；

其具体步骤为：

(1)将一株株高为10cm的大豆从离地6cm处剪断作为砧木，将另一株株高为5cm的大豆上部苗作为接穗进行异株异苗嫁接，所述接穗的长度为4cm，并保留砧木叶片；所述嫁接方法采用劈接法，并用宽为1cm、长20cm的塑料带进行绑缚，使砧木与接穗的结合部分牢牢贴在一起；

(2)嫁接后根据土壤水分实际情况不定期浇水，用地膜覆盖保湿，保持土壤田间持水量为80％，并用遮阳网遮光降温；

(3)嫁接10～15天后移除地膜和遮阳网进行炼苗，所述炼苗的方法为在定植前2～3天减少浇水量，以保持幼苗不萎蔫为准，定植后进行日常管理，所述日常管理包括清除杂草、浇水和病害防治，待大豆开花时，采用硫酸纸袋进行套袋隔离；待种子成熟后，分别收集种子保存。