CN108124621A - 不同生态型牛膝菊相互嫁接改良其后代修复镉污染的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了不同生态型牛膝菊相互嫁接改良其后代修复镉污染的方法，属于植物重金属污染修复技术领域。本发明提供的采用不同生态型牛膝菊相互嫁接用于改良植物后代修复镉污染的方法，是将矿山生态型牛膝菊作为砧木，将农田生态型牛膝菊作为接穗进行嫁接，得到改良型牛膝菊嫁接后代，所述改良型牛膝菊嫁接后代中砧木后代和接穗后代的镉含量与未嫁接相比均显著降低。本发明提供的方法可以显著降低超富集植物牛膝菊后代中镉含量的积累，以期为植物后代的安全生产提供参考，缓解镉在超富集植物中地下和地上部分大量积累所造成的食品安全生产压力。
Description
技术领域
本发明属于重金属污染植物后代修复技术领域，尤其涉及一种不同生态型牛膝菊相互嫁接改良其后代修复镉污染的方法。
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。
牛膝菊(Galinsoga parviflora)又名辣子草、向阳花、铜锤草，为菊科牛膝菊属一年生草本植物，是一种广泛分布的野菜。近几年来，在我国西南的一些地区，人们对牛膝菊越发喜爱，他们摘取牛膝菊幼嫩的茎叶食用。然而，土壤污染影响到了蔬菜的安全生产，也影响到牛膝菊的生产。现有研究已经表明，牛膝菊同时也是一种镉超富集植物，其植株的地下部分和地上部分的镉含量可分别达到78.25g·kg-1和87.04g·kg-1，而牛膝菊所表现出的对土壤中镉的富集作用已被学者应用于植物修复技术领域，将超富集植物牛膝菊用于修复土壤中的镉，而这一举措在改善土壤镉环境的同时，却对牛膝菊后代的安全生产提出了更为严峻的挑战，人们食用牛膝菊茎叶所带来的食品安全隐患已造成重大威胁。
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，上述嫁接方法均是用于提高镉超富集植物后代对土壤镉的富集能力，并不能用于解决降低作物后代的镉含量，难以实现对嫁接后代的安全生产。
发明内容
本发明的目的是为了实现牛膝菊后代的安全生产，结合目前我国种植土壤已大面积受重金属污染，而超富集植物牛膝菊的地上部分镉含量超标严重的问题，而提供一种可以降低牛膝菊后代中镉含量的方法，以期为植物后代的安全生产提供参考，缓解镉在植物地上部分大量积累所造成的食品安全生产压力。
为了实现上述目的，本发明提供了一种采用不同生态型牛膝菊相互嫁接用于改良植物后代修复镉污染的方法，所述方法是将矿山生态型牛膝菊作为砧木，将农田生态型牛膝菊作为接穗进行嫁接，得到改良型牛膝菊嫁接后代，所述改良型牛膝菊嫁接后代中砧木后代和接穗后代的镉含量与未嫁接相比均显著降低。
申请人通过查阅相关资料得知，在不同的环境分布着生态型不同的牛膝菊，其中，农田生态型牛膝菊生长在无污染或重金属含量很低的环境中，矿山生态型牛膝菊生长在重金属含量较高的环境中，而在污染介质上，来自污染地比来自未污染地的生态型生长好，同时重金属积累量也更多。申请人通过对这两种不同生态型的牛膝菊进行相互嫁接，结果惊奇地发现，将矿山生态型牛膝菊作为砧木，将农田生态型牛膝菊作为接穗进行嫁接时，所得改良型牛膝菊嫁接后代中砧木后代和接穗后代的镉含量与未嫁接相比均显著降低，而这一表现与背景技术中的两篇专利中的报道均有着明显差异，通过采用不同生态型牛膝菊相互嫁接的方法，能够很好用于牛膝菊后代中镉污染的修复，有望实现西南地区牛膝菊野菜的安全生产。
本发明中所指的相互嫁接用于修复牛膝菊后代镉污染的方法，主要包括以下步骤：
(1)选取矿山生态型牛膝菊，将株高为6cm±0.2cm植株剪断，保留3对真叶作为砧木；选取农田生态型牛膝菊，将株高为6cm±0.2cm的上部苗剪下，保留1对真叶作为接穗进行嫁接；
(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，待嫁接后代成熟后分别收集砧木和接穗的种子。
进一步的，步骤(1)中所述嫁接方法采用劈接法，并用塑料带进行绑缚，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超富集植物牛膝菊后代中镉污染进行修复的方法，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是采用两种不同生态型牛膝菊进行相互嫁接，其中嫁接砧木后代和接穗后代的镉含量与未嫁接之前相比均获得显著降低；
(3)本发明提供的方法可为其他超富集植物后代中降低重金属镉污染以及其他重金属污染植物的后代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试验材料
牛膝菊种子分别采自四川省雅安市汉源县唐家山铅锌矿区(矿山生态型)和四川农业大学雅安校区农场农田(农田生态型)。四川农业大学雅安校区农场(30°23'N，103°48'E)位于四川省雅安市雨城区，平均海拔620m，属亚热带湿润季风气候区，多年平均气温16.2℃，多年平均降雨量为1743.3mm，多年平均日照1035h，多年平均蒸发量为1011.2mm。唐家铅锌矿区(29°24'N，102°38'N)位于四川省雅安市汉源县唐家乡，平均海拔890m。现保有铅锌矿储量为145.8万t，年采矿10万t，已连续开采15a，零星堆积约60多万m3废矿渣。矿区地处北温带与季风带之间的山地亚热带气候区，具有典型的干热河谷气候特点，多年平均气温17.9℃，多年平均降雨量为741.8mm，多年平均日照1475.8h，多年平均蒸发量为1248.2mm。
试验土壤为沙壤土，取自成都市温江区农田，其基本理化特性为：pH 7.09，全氮1.50g·kg-1，全磷0.76g·kg-1，全钾18.02g·kg-1，全镉1.96mg·kg-1，碱解氮94.82mg·kg-1，速效磷6.30mg·kg-1，速效钾149.59mg·kg-1，其中供试土壤背景有效镉含量未检出。
1.2嫁接
将上述牛膝菊种子分别播种育苗，待株高约6cm(处于快速生长阶段)时进行嫁接处理，处理方式包括：(1)矿山生态型不嫁接处理(记为矿山)：直接将矿山生态型牛膝菊幼苗移栽种植，收集种子保存；(2)农田生态型不嫁接处理(记为农田)：直接将农田生态型牛膝菊幼苗移栽种植，收集种子保存；(3)矿山生态型作为砧木嫁接(矿山砧木/农田接穗)：将一株矿山型株高6cm的牛膝菊剪断，留3对真叶作为砧木，接穗为另一株农田型株高为6cm的牛膝菊的上部苗(留1对真叶)进行嫁接，分别收集砧木和接穗的种子，种子分别记为矿砧和农穗；(4)农田生态型作为砧木嫁接(农田砧木/矿山接穗)：将一株农田型株高6cm的牛膝菊剪断，留3对真叶作为砧木，接穗为另一株矿山型高6cm的牛膝菊的上部苗(留1对真叶)进行嫁接，分别收集砧木和接穗的种子，种子分别记为农砧和矿穗。
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，嫁接后根据土壤水分实际情况不定期浇水，保持土壤田间持水量为80％，用地膜覆盖保湿，并用遮阳网遮光降温。10d后逐步移除地膜和遮阳网炼苗，并取下绑缚的塑料薄膜。待牛膝菊果实成熟后，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，分别为：矿山不嫁接种子(矿山)、农田不嫁接种子(农田)、矿山砧木种子(矿砧)、农田砧木种子(农砧)、矿山接穗种子(矿穗)、农田接穗种子(农穗)。
1.3试验设计
将土风干、压碎、过6.72mm(3目)筛后，称取2.5kg装于21cm×20cm(高×直径)的塑料盆内，分别加入50mg·kg-1的镉，镉的加入形式为分析纯的CdCl2·2.5H2O，使其与土壤充分混匀，保持土壤田间持水量的80％，自然放置平衡4周，不定期翻土混合，使土壤充分混合均匀。将收集的嫁接后代种子放于种子发芽箱中进行发芽育苗，培育基质为无污染试验土壤与营养土2:1的比例混合而成，育苗箱内温度为25℃，湿度为80％，光照为4000lx。待幼苗高约3cm，2片真叶展开时移栽于装有含镉土壤盆中，每盆种植4株。试验种子处理分别为：矿山、农田、矿砧、农砧、矿穗、农穗，每个处理重复3次。在整个生长过程中不定期的交换盆与盆的位置以减弱边际效应的影响，并及时去除杂草，防治病虫害。
待植株成熟后对植株整株收获，并采集土壤备用。用自来水将牛膝菊植株上的泥土洗净，再用去离子水反复冲洗，于105℃下杀青15min，70℃烘至恒重。分别测定植株根系、茎秆、叶片的生物量及镉含量。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值(土水比为1:2.5)，土壤有效态镉含量用0.005mol·L-1DTPA-TEA浸提(土液比1:2.5)，用iCAP6300型ICP光谱仪测定。
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嫁接对牛膝菊后代生物量的影响
不同嫁接处理牛膝菊后代各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，牛膝菊嫁接后代根系生物量中，农穗较农田提高了26.67％(P＜0.05)，而矿砧较矿山降低了18.18％(P＜0.05)。从地上部生物量来看，农穗及农砧较农田无显著变化，矿穗和矿砧较矿山显著降低(P＜0.05)，且分别降低了12.64％、18.39％。对于整株生物量，除矿砧较矿山显著降低(P＜0.05)，且降低了17.59％，其余处理整株生物量均无明显变化。就根冠比而言，根冠比由大到小为：农穗＞农砧＞农田，矿穗＞矿砧＞矿山，说明嫁接促进了牛膝菊后代根系的生长，增加了根系所占的比重，以此来抵御镉胁迫。
表1嫁接对牛膝菊后代生物量的影响
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嫁接对牛膝菊后代镉含量的影响
不同嫁接处理牛膝菊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，嫁接后代根系镉含量表现为农田＞农穗＞农砧，矿穗＞矿山＞矿砧，农穗较农田降低了1.89％(P＜0.05)，矿砧较矿山显著降低了26.13％(P＜0.05)。矿穗较矿山升高了15.15％(P＜0.05)，而农砧较农田显著降低了13.88％(P＜0.05)。从地上部分镉含量来看，矿砧较矿山无明显变化，而农穗较农田显著降低，降低了5.96％(P＜0.05)；矿穗较矿山显著升高了9.81％(P＜0.05)；而农砧较农田显著降低，降低了9.23％(P＜0.05)。整株镉含量与根系镉含量变化一致，农穗和矿砧较各自对照分别降低了4.79％(P＜0.05)和7.96％(P＜0.05)，而矿穗较矿山升高了10.87％(P＜0.05)，农砧较农田降低了10.05％(P＜0.05)。就转运系数而言，由大到小为农砧＞农田＞农穗，矿砧＞矿山＞矿穗，可见嫁接促进了砧木后代镉从根系向地上部分的转运，而降低了接穗后代镉从根系向地上部分的转运。
从整体情况考虑，选择以矿砧和农穗中镉含量均显著降低的方式用于修复牛膝菊后代中的镉污染，起到了意想不到的效果，因此选用矿山生态型牛膝菊作为砧木，选用农田生态型牛膝菊作为接穗的嫁接方式，对牛膝菊后代镉污染的修复效果最好。
表2嫁接对牛膝菊后代镉含量的影响
2.3牛膝菊嫁接后代对土壤有效镉含量及土壤pH的影响
对不同嫁接处理牛膝菊后代土壤中有效镉含量及土壤pH的测定结果如表3所示。从表3可以看出，就土壤pH而言，矿穗较矿山显著升高，其余处理均无显著变化。从土壤有效态镉含量上来看，农穗的土壤有效态镉含量最低，矿山的土壤有效态镉含量最高。农穗、矿砧均较各自对照显著降低，分别降低了5.16％(P＜0.05)和6.75％(P＜0.05)；而矿穗较矿山显著降低，降低了3.94％(P＜0.05)。因此选用矿山砧木/农田接穗的嫁接方式效果最佳。
表3牛膝菊嫁接后代对土壤有效镉含量及土壤pH的影响
Claims (6)
1.不同生态型牛膝菊相互嫁接改良其后代修复镉污染的方法，其特征在于，是将矿山生态型牛膝菊作为砧木，将农田生态型牛膝菊作为接穗进行嫁接，得到改良型牛膝菊嫁接后代，所述改良型牛膝菊嫁接后代中砧木后代和接穗后代的镉含量与未嫁接相比均显著降低。
2.根据权利要求1所述的不同生态型牛膝菊相互嫁接改良其后代修复镉污染的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)选取矿山生态型牛膝菊，将株高为6cm±0.2cm植株剪断，保留3对真叶作为砧木；选取农田生态型牛膝菊，将株高为6cm±0.2cm的上部苗剪下，保留1对真叶作为接穗进行嫁接；
(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，待嫁接后代成熟后分别收集砧木和接穗的种子。
3.根据权利要求2所述的不同生态型牛膝菊相互嫁接改良其后代修复镉污染的方法，其特征在于，步骤(1)中所述嫁接方法采用劈接法，并用塑料带进行绑缚，使砧木与接穗的结合部分牢牢贴在一起。
4.根据权利要求2所述的不同生态型牛膝菊相互嫁接改良其后代修复镉污染的方法，其特征在于，步骤(2)中保持土壤田间持水量为80％。
5.根据权利要求2所述的不同生态型牛膝菊相互嫁接改良其后代修复镉污染的方法，其特征在于，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。
6.根据权利要求2所述的不同生态型牛膝菊相互嫁接改良其后代修复镉污染的方法，其特征在于，所述日常管理包括清除杂草、浇水和病害防治。
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