CN108093911A - 一种增强硫华菊对果园镉污染土壤修复能力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增强硫华菊对果园镉污染土壤修复能力的方法，所述方法包括步骤：取两株不同大小的硫华菊，利用较大的一硫华菊花作为砧木，利用较小的一株硫华菊作为接穗，进行嫁接。本发明可以促进硫华菊中镉的积累，提高硫华菊对于果园镉污染土壤的修复能力。

Description

一种增强硫华菊对果园镉污染土壤修复能力的方法

技术领域

本发明属于农业技术领域及土壤修复技术领域，具体涉及一种增强硫华菊对果园镉污染土壤修复能力的方法。

背景技术

随着城市的发展，城市重金属(特别是镉)的污染也越来越严重。目前比较常见的方法是利用镉超富集植物进行绿色修复，但从已筛选的镉超富集植物或镉富集植物来看，大多都是杂草类植物，花卉植物较少，且存在生物量低的局限性。因而，在继续筛选花卉镉超富集植物的同时，对已筛选出的花卉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。

花卉植物硫华菊(Cosmos sulphureus)是一种镉富集植物，但与其它镉超富集植物相比，其富集能力较低。鉴于此，如何提高硫华菊对于镉的富集能力，是本领域所亟需的。然而，在此方面，现有技术尚未有报道。

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增强硫华菊对果园镉污染土壤修复能力的方法，所述方法包括步骤：

取两株不同大小的硫华菊，利用较大的一株硫华菊花作为砧木，利用较小的一株硫华菊作为接穗，进行嫁接。

进行所述嫁接后，将嫁接苗置于无污染土壤中培养，待2对真叶展开后移栽至果园镉污染土壤中。

所述果园镉污染土壤中，镉含量至少为5mg/kg。

作为本发明的一种可选方案，将一株株高10cm的硫华菊的长度为6cm的下部作为砧木，将一株株高为5cm的硫华菊的长度为4cm的上部苗作为接穗，进行嫁接。

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。

一般而言，嫁接后，保持果园土壤田间持水量为80％。

本发明的有益效果：

本发明可以促进硫华菊中镉的积累，提高硫华菊对于果园镉污染土壤的修复能力。

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

供试材料名为硫华菊，取自四川省成都市温江区果园。

1.2试验方法

试验在四川农业大学进行，2016年7月，将取自同一株的硫华菊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(不嫁接处理)：硫华菊幼苗移栽种植，收集种子保存。

(2)自根同株嫁接：将一株株高10cm的硫华菊从离地约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，收集种子保存。

(3)自根异株嫁接：将一株株高10cm的硫华菊从离地约6cm处剪断作为砧木，接穗为另一株株高为10cm硫华菊的上部苗(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，收集种子保存。

(4)自根不同大小异株嫁接：将一株株高10cm的硫华菊从离地约6cm处剪断作为砧木，接穗为另一株株高为5cm硫华菊的上部苗(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，收集种子保存。

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。

1.2.1硫华菊嫁接后代的镉积累特性

2016年9月，将取自四川农业大学温江校区附近果园的潮土(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5mg/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。将硫华菊不同嫁接处理的后代种子进行分别育苗，待2对真叶展开后移栽至装有镉污染的果园土壤的盆中，每盆3株，每个处理重复5次。经常浇水以保持果园土壤田间持水量为80％。1.3测定内容与方法

2016年11月，硫华菊进入初花期后，采用乙醇-丙酮浸提法测定叶片叶绿素含量，采用常规方法测定可溶性蛋白含量、抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性。之后，对植物整株收获，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目筛。用iCAP6300型ICP光谱仪测定镉含量，并计算地上部分富集系数(BCF)＝地上部分镉含量/土壤镉含量、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)、各个器官的镉积累量。

1.4数据处理

数据均采用SPSS统计软件分析，差异显著性采用Duncan新复极差法进行多重比较，采用Excel作图。

2结果与讨论

2.1硫华菊自根苗嫁接对后代生物量的影响

从表1可以看出，在镉胁迫环境下，硫华菊经嫁接处理后，其后代的根系生物量、茎生物量、叶生物量和地上部分生物量均显著高于不嫁接处理。具体大小关系为：自根不同大小异株嫁接＞自根异株嫁接＞自根同株嫁接＞不嫁接处理，根系生物量分别增加23％(p<0.05)、7.9％(p<0.05)、4.3％(p<0.05)，地上部分生物量分别增加48.9％(p<0.05)、24％(p<0.05)、10.9％(p<0.05)。从根冠比来看，三种嫁接方式下的硫华菊后代根冠比均低于不嫁接处理的根冠比。这说明三种嫁接方法均能使硫华菊后代的生物量得到提高，其中自根不同大小异株嫁接使后代的生物量增加最大。

表1硫华菊自根苗嫁接对后代生物量的影响

注：数据后的小写字母表示5％水平的差异，下同。

2.2硫华菊自根苗嫁接对后代镉含量的影响

从表2可以看出，经过三种嫁接方式处理后，硫华菊后代的根系镉含量、茎镉含量、叶镉含量和地上部分镉含量均显著低于不嫁接处理的相应部位镉含量。具体大小关系为：不嫁接处理＞自根同株嫁接＞自根异株嫁接＞自根不同大小异株嫁接,自根同株嫁接、自根异株嫁接、自根不同大小异株嫁接三种嫁接方式使硫华菊后代根系镉含量分别降低13.4％(p<0.05)、19.1％(p<0.05)、27.8％(p<0.05)，地上部分镉含量分别降低10.7％(p<0.05)、20.4％(p<0.05)、28.6％(p<0.05)。从表中还可以看出，嫁接处理后硫华菊地上部分富集系数照不嫁接处理呈下降趋势，但是均大于1，并没有改变硫华菊是镉富集植物这一属性。还可以发现自根同株嫁接硫华菊后代的转运系数最高。

表2硫华菊自根苗嫁接对后代镉含量的影响

2.3硫华菊自根苗嫁接对后代镉积累量的影响

三种嫁接方式处理后硫华菊后代在镉胁迫条件下，根系镉积累量均显著低于不嫁接处理，大小关系为：不嫁接处理＞自根同株嫁接＞自根不同大小异株嫁接＞自根异株嫁接，分别降低9.7％(p<0.05)、11.1％(p<0.05)、12.5％(p<0.05)。但是叶积累量反而显著高于不嫁接处理，大小关系为：自根不同大小异株嫁接＞自根异株嫁接＞自根同株嫁接＞不嫁接处理，分别增加11.3％(p<0.05)、12.3％(p<0.05)、15.6％(p<0.05)，但三种嫁接处理相互之间差异不显著。茎和地上部分镉积累量自根不同大小异株嫁接方式显著高于不嫁接处理，另两种嫁接方式低于不嫁接处理，具体大小关系为：自根不同大小异株嫁接＞不嫁接处理＞自根同株嫁接＞自根异株嫁接，地上部分镉积累量分别增加6.3％(p<0.05)、-0.89％(p>0.05)、-1.4％(p<0.05)。从转运系数上看，三这种嫁接处理的数值均大于不嫁接处理，说明嫁接处理均有利于促进镉从硫华菊根部转移到地上部分。

表3硫华菊自根苗嫁接对后代镉积累量的影响

2.4硫华菊自根苗嫁接对后代光合色素的影响

从表4可以看出，经嫁接处理后，硫华菊后代植株的叶绿素a含量、叶绿素b含量，类胡萝卜素含量以及叶绿素总含量均显著高于不嫁接处理，但三种嫁接相互之间差异不显著(p>0.05)。自根同株嫁接、自根异株嫁接、自根不同大小异株嫁接三种嫁接方式，硫华菊后代叶绿素a分别增加10.1％(p<0.05)、8.3％(p<0.05)、15.1％(p<0.05)。叶绿素b分别增加7.5％(p<0.05)、9.8％(p<0.05)、15.6％(p<0.05)。类胡萝卜素分别增加7.2％(p<0.05)、8.6％(p<0.05)、13.6％(p<0.05)，叶绿素总含量分别增加9.6％(p<0.05)、8.5％(p<0.05)、15.2％(p<0.05)。其中自根不同大小异株嫁接处理后的后代光合色素含量最大。说明嫁接有利于增加硫华菊后代光合色素的含量。从叶绿素a/b上看，自根同株嫁接＞不嫁接处理＞自根不同大小异株嫁接＞自根异株嫁接，说明自根异株嫁接较自根同株嫁接更有利于吸收更大范围波长的光。

表4硫华菊自根苗嫁接对后代光合色素的影响

2.5硫华菊自根苗嫁接对其后代酶活性以及可溶性蛋白质含量影响

从表5可看出，经过不同方式嫁接处理后的硫华菊，其后代植株中的可溶性蛋白含量均高于未嫁接植株后代，但是差异不显著。自根不同大小异株嫁接的硫华菊后代的可溶性蛋白质含量最高,相比于不嫁接处理增加16.7％(p>0.05)。三种嫁接处理SOD、POD和CAT活性较不嫁接处理均有所提高，具体大小关系为：自根不同大小异株嫁接＞自根异株嫁接＞自根同株嫁接＞不嫁接处理，SOD活性分别提高29.1％(p<0.05)、17.7％(p<0.05)、7.8％(p<0.05)，POD活性分别提高214.2％(p<0.05)、52.0％(p>0.05)、13.5％(p>0.05)，CAT活性分别提高118.8％(p<0.05)、67.5％(p<0.05)、45％(p>0.05)。其中自根不同大小异株嫁接处理较其他两种嫁接处理均有显著的提高。这些说明嫁接处理有助于提高酶活性，且自根异株嫁接后代比自根同株嫁接后代酶活性更高。

表5硫华菊自根苗嫁接对后代酶活性的影响

表观遗传学认为，嫁接改变了植物所处的环境，因此诱导了植物对抗环境变化所产生的变异，进而改变了植物的表现型。这种变异包括DNA甲基化模式的改变，可以通过孟德尔遗传的方式遗传给后代。

本发明中硫华菊经过自根同株嫁接、自根异株嫁接、自根不同大小异株嫁接三种处理后发现生物量均显著高于对照，其中自根不同大小异株嫁接生物量最高。因为根系起到了从土壤中吸收提供植物生长发育的营养，根系的生长状况直接影响地上部分生长状况。硫华菊后代生物量增加的可能原因是当硫华菊经过嫁接后，较大植株的根系给硫华菊提供了超过原根系所能提供的营养，过剩的营养使硫华菊产生了能够遗传给后代的促进植物营养吸收利用的变异。从光合色素上来看，嫁接有利于硫华菊对光的利用。其中三种嫁接方法对于各种光合色素含量的影响差异不显著，说明不同的嫁接方式不是能够影响硫华菊后代光合色素的含量的因素。从酶活性上看，嫁接处理有利于硫华菊后代酶活性的提高，其中自根不同大小异株嫁接的效果最为优异。

对于硫华菊后代镉积累特性的研究中发现，经过嫁接的硫华菊后代镉含量显著低于不经过嫁接处理的硫华菊后代。但是其中自根同株嫁接要显著高于自根异株嫁接后代。这可能是因为硫华菊后代镉积累量与接穗和砧木的亲缘性有关，亲缘性越高越有利于硫华菊对镉的积累。从镉含量来看，部分结果与镉积累量存在差异，可能原因是硫华菊本身嫁接后各部分的生物量不同，进而造成镉积累量不同。其中通过转运系数可以发现，自根同株嫁接均高于其他处理，这说明自根同株嫁接有利于硫华菊后代将镉从根系运输到地上部分。经过嫁接后的硫华菊后代，其耐性减弱后减少了对镉的吸收，反而使镉从根系向地上部分的转运能力增强。这种自根同株嫁接产生的新型转运机制有待进一步研究。

Claims (7)

1.一种增强硫华菊对果园镉污染土壤修复能力的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

取两株不同大小的硫华菊，利用较大的一株硫华菊花作为砧木，利用较小的一株硫华菊作为接穗，进行嫁接。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述嫁接后，将嫁接苗置于无污染土壤中培养，待2对真叶展开后移栽至果园镉污染土壤中。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述果园镉污染土壤中，镉含量至少为5mg/kg。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将一株株高10cm的硫华菊的长度为6cm的下部作为砧木，将一株株高为5cm的硫华菊的长度为4cm的上部苗作为接穗，进行嫁接。

5.根据权利要求1、2或4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5所述的方法，其特征在于，进行所述嫁接时，保留砧木叶片。

7.根据权利要求6任一项所述的方法，其特征在于，嫁接后，保持果园土壤田间持水量为80％。