CN109169222B - 桑树品种对重金属镉耐受性的水培快速筛选方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种桑树品种对重金属镉耐受性的水培快速筛选方法，以桑树为修复植物，采用水培法种植，通过向水培液中添加不同浓度重金属镉进行胁迫处理，运用线性回归法建立重金属镉胁迫浓度与桑树水培死亡率的回归直线方程，据回归直线方程计算桑树品种对重金属镉元素的品种耐受性指标，依据水培半致死浓度和致死浓度对供桑品种进行比较筛选，从而得到对重金属镉较高或较低耐受性的桑树品种。本发明具有操作简单、成本低、筛选周期短、环境污染低等特点，其中无土栽培可节约肥料和用水量、清洁卫生，省力省工、易于管理，不受地区限制、充分利用空间，摆脱自然环境的制约，并能确保试验所需的均一性和可重复性。

Description

桑树品种对重金属镉耐受性的水培快速筛选方法
技术领域
本发明属于桑树良种繁育与生态应用技术领域，尤其涉及一种桑树品种对重金属镉耐受性的水培快速筛选方法。
背景技术
植物修复技术是利用和治理重金属污染土壤的重要手段，选择修复植物是关键。已知的重金属超富集植物绝大多数生物量较小，作物生长较缓慢，根系范围有限，对浅层的土壤有一定修复作用，但修复速率较慢，且分布区域性较强；超富集植物往往只对某种重金属具有富集效果，但是土壤的重金属污染大部分是复合污染，修复周期较长，实际应用难度较大。桑树耐重金属复合污染，而且栽培技术成熟，对土壤和环境适应性强、生长较快、根系发达、生物量大、耐剪伐，相对于目前使用的修复植物具有明显优势。尽管如此，桑树土壤生长周期长，桑树品种资源多，从中筛选对重金属具强耐性或敏感性品种工作量大、周期长，易对环境造成二次污染，不利于实现栽桑养蚕高效无毒利用和修复重金属污染土壤等生态应用。现有筛选主要是采用盆栽法，但是该法存在基质、灌溉、添加试验难于一致性，影响试验的重复性，且试验周期长、容易造成二次污染。
水培法是无土栽培领域的一种重要方法，具有日常管理简单、作物长得快和减少土壤病害及微生物的影响等优势，被广泛地应用到实验室科学研究和农业生产中。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种操作简单、成本低、筛选周期短、环境污染低的桑树品种对重金属镉耐受性的水培快速筛选方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
桑树品种对重金属镉耐受性的水培快速筛选方法，以桑树为修复植物，采用水培法种植，通过向水培液中添加不同浓度重金属镉进行胁迫处理，运用线性回归法建立重金属镉胁迫浓度与桑树水培死亡率的回归直线方程，据回归直线方程计算桑树品种对重金属镉元素的品种耐受性指标，指标包括水培半致死浓度和水培致死浓度，依据水培半致死浓度和致死浓度对供桑品种进行比较筛选。
水培法种植采用可移动植物LED光照循环水培装置进行。
水培半致死浓度是桑树死亡率为50％时的重金属镉胁迫浓度，水培致死浓度是桑树死亡率为100％时的重金属镉胁迫浓度。
上述水培快速筛选方法，包括以下步骤：
(1)苗木准备
取桑种在旱地播种育苗，起苗，洗去粘根基质，保存完整根系，或者取生长一致、无病虫的现有桑苗，清水洗去根部土壤；
(2)苗木移植恢复生长
将准备好的桑苗统一栽植至可移动植物LED光照循环水培装置的水培槽内，根部浸没于水培液中，桑苗修剪去除枝叶，主茎用海绵固定于定植板，并在定植板面以上2cm处剪去茎梢，茎干总高度约8-10cm，水培生长待其恢复生长；
(3)水培液添重金属镉处理
待桑苗移植生长至4-5片叶后，水培液中添加不同浓度重金属镉，以未添加重金属镉为对照(CK)，每个处理至少3个重复；
(4)添重金属镉后处理
水培液中添重金属镉后，按正常水培条件进行水培生长30天，每10天观察、统计桑树死亡情况，以不发芽不发根为桑树死亡判断标准；
(5)数据处理
数据采用Excel软件进行统计处理，建立重金属镉胁迫浓度与桑树水培死亡率的回归直线方程，计算该桑树品种对重金属镉元素的水培半致死浓度和水培致死浓度。
步骤(2)中，桑苗播种长至10-15cm高，经控水炼苗10天后起苗，或现有桑苗修剪保留主茎10-15cm高。
步骤(2)的水培条件为：室内种植；基础水培液采用无土栽培生长期专用型水溶性肥料兑水2000倍；光照用LED植物灯为光源，其红光与蓝光配比为8∶1，光照周期为光照14h、黑暗10h；水培槽用水泵运行供氧，每小时运行15min。
无土栽培生长期专用型水溶性肥料中各营养元素含量为：硝态氮12.0％，铵态氮8.0％，磷10％，钾20％，铁0.100％，锰0.050％，锌0.050％，铜0.025％，硼0.025％，钼0.010％。
步骤(3)中添加的重金属镉来自化学品氯化镉，混匀后保证水培液中重金属镉的添加浓度为0～2.3mg/kg。
针对目前利用和治理重金属污染土壤中桑树品种筛选存在的问题，发明人建立了一种桑树品种对重金属镉耐受性的水培快速筛选方法，以桑树为修复植物，采用水培法种植，通过向水培液中添加不同浓度重金属镉进行胁迫处理，运用线性回归法建立重金属镉胁迫浓度与桑树水培死亡率的回归直线方程，据回归直线方程计算桑树品种对重金属镉元素的品种耐受性指标，指标包括水培半致死浓度和水培致死浓度，依据水培半致死浓度和致死浓度对供桑品种进行比较筛选，从而得到对重金属镉较高或较低耐受性的桑树品种。总之，本发明具有操作简单、成本低、筛选周期短、环境污染低等特点，其中无土栽培可节约肥料和用水量、清洁卫生，不需要中耕、翻地、除草等作业，省力省工、易于管理，避免土壤连作障碍、土传病害危害，不受地区限制、充分利用空间，摆脱自然环境的制约，并能确保试验所需的均一性和可重复性。
具体实施方式
以下通过具体实例进一步说明本发明如何实施例。其中，为使桑树快速成活、快速生长，水培法所用装置为中国专利“可移动植物LED光照循环水培装置”(专利号201410348053.2，公开日2014-10-08)的水培装置；水培方法参照该专利操作。
(1)苗木准备
取桂桑优62、桂桑优12种子，用育苗基质泥炭土与珍珠岩1∶1混合为基质的苗床中播种育苗，待幼苗长至10-15cm高，经控水炼苗10天后，起苗，洗去粘根基质，保存完整根系。
(2)苗木移植恢复生长
将准备好的桑苗统一栽植至可移动植物LED光照循环水培装置的水培槽内，根部浸没于水培液中，桑苗修剪去除枝叶，主茎用海绵固定于定植板，并在定植板面以上2cm处剪去茎梢，茎干总高度约8-10cm，水培生长待其恢复生长；
水培条件为：室内种植；基础水培液采用无土栽培生长期专用型水溶性肥料(20-10-20型)兑水2000倍；光照用LED植物灯为光源，其红光与蓝光配比为8∶1，光照周期为光照14h(6：00至20：00光照)、黑暗10h(20：01至次日的05：59黑暗)；水培槽用水泵运行供氧，每小时运行15min。
无土栽培生长期专用型水溶性肥料中各营养元素含量为：硝态氮12.0％，铵态氮8.0％，磷(P205)10％，钾(K20)20％，铁(螯合态)0.100％，锰(螯合态)0.050％，锌(螯合态)0.050％，铜(螯合态)0.025％，硼0.025％，钼0.010％。
(3)水培液添重金属镉处理
待桑苗移植生长15天长至4-5片叶后，水培液中添加不同浓度重金属镉，设置6个处理区：0.1mg/kg、0.5mg/kg、1.0mg/kg、1.5mg/kg和2.0mg/kg，以未添加重金属镉为对照(CK)，每个处理3个重复，每个重复28株；重金属镉来自化学品氯化镉，先将适量氯化镉溶解于少量水中，再将氯化镉水溶液加入准备好的水培液中，混匀后保证水培液中重金属镉的添加浓度为0～2.3mg/kg。
(4)添重金属镉后处理
水培液中添重金属镉后，按正常水培条件进行水培生长30天，每10天观察、统计桑树死亡情况，以不发芽不发根为桑树死亡判断标准；
(5)数据处理和耐受性比较
数据采用Excel软件进行统计处理，建立重金属镉胁迫浓度(y)与桑树水培死亡率(x)的回归直线方程，得到：
①桂桑优62回归方程y＝0.0173x+0.3395，回归系数为R2＝0.8505；
②桂桑优12回归方程y＝0.0216x+0.3785，回归系数为R2＝0.8342。
据回归直线方程计算桑苗死亡率为50％、100％时，镉胁迫浓度桂桑优62应为1.20mg/kg、2.07mg/kg，桂桑优12应为1.46mg/kg、2.54mg/kg。
(6)品种间对重金属镉耐受性的比较
相同条件下水培30天，水培液中镉对桂桑优62、桂桑优12当年生桑苗的半致死浓度分别为1.20和1.46mg/kg，致死浓度分别为2.07和2.54mg/kg。因此，品种桂桑优12对重金属镉的水培耐受性高于品种桂桑优62。实际土壤栽培表明，桂桑优12重金属镉耐受性表现优于桂桑优62，与上述筛选结果一致。
结果：试验表明，应用本发明桑苗生长快，移栽修剪后水培2-3天即恢复生长，萌出新根，萌发新芽；水培10-15天后，桑苗生长至4-5片叶，即可添加含0.1-2.0mg/kg低浓度镉的水培液，添后10-20天桑苗中毒症状开始出现，30天品种间差异较明显达到理想试验效果；同时，桑树生长发育不受外界自然温度、湿度、光照的影响，桑苗移植后45天左右即可完成一次筛选试验，大大缩短桑树品种对镉耐受性的筛选周期，省时省工、节约成本，达到试验所需的均一性和可重复性，实现了桑树品种对镉耐受性的水培快速、高效筛选，为桑树强耐重金属品种选育和生态应用开发奠定了基础，具有较高的科研和实用价值。而同样的桑树品种对镉耐受性的筛选采用常用的土壤栽培法，桑苗移植45天，增加的生长量较小，未能表现出任何中毒症状。

Claims (5)

1.一种桑树品种对重金属镉耐受性的水培快速筛选方法，其特征在于以桑树为修复植物，采用水培法种植，通过向水培液中添加不同浓度重金属镉进行胁迫处理，运用线性回归法建立重金属镉胁迫浓度与桑树水培死亡率的回归直线方程，据回归直线方程计算桑树品种对重金属镉元素的品种耐受性指标，指标包括水培半致死浓度和水培致死浓度，依据水培半致死浓度和水培致死浓度对供桑品种进行比较筛选；所述水培半致死浓度是桑树死亡率为50％时的重金属镉胁迫浓度，水培致死浓度是桑树死亡率为100％时的重金属镉胁迫浓度；该方法具体包括以下步骤：
(1)苗木准备
取桑种在旱地播种育苗，起苗，洗去粘根基质，保存完整根系，或者取生长一致、无病虫的现有桑苗，清水洗去根部土壤；
(2)苗木移植恢复生长
将准备好的桑苗统一栽植至可移动植物LED光照循环水培装置的水培槽内，根部浸没于水培液中，桑苗修剪去除枝叶，主茎用海绵固定于定植板，并在定植板面以上2cm处剪去茎梢，茎干总高度8-10cm，水培生长待其恢复生长；
(3)水培液添重金属镉处理
待桑苗移植生长至4-5片叶后，水培液中添加不同浓度重金属镉，以未添加重金属镉为对照，每个处理至少3个重复；
(4)添重金属镉后处理
水培液中添重金属镉后，按正常水培条件进行水培生长30天，每10天观察、统计桑树死亡情况，以不发芽不发根为桑树死亡判断标准；
(5)数据处理
数据采用Excel软件进行统计处理，建立重金属镉胁迫浓度与桑树水培死亡率的回归直线方程，计算该桑树品种对重金属镉元素的水培半致死浓度和水培致死浓度。
2.根据权利要求1所述的水培快速筛选方法，其特征在于步骤(1)中，桑苗播种长至10-15cm高，经控水炼苗10天后起苗，或现有桑苗修剪保留主茎10-15cm高。
3.根据权利要求1所述的水培快速筛选方法，其特征在于步骤(2)的水培条件为：室内种植；基础水培液采用无土栽培生长期专用型水溶性肥料兑水2000倍；光照用LED植物灯为光源，其红光与蓝光配比为8∶1，光照周期为光照14h、黑暗10h；水培槽用水泵运行供氧，每小时运行15min。
4.根据权利要求3所述的水培快速筛选方法，其特征在于：所述无土栽培生长期专用型水溶性肥料中各营养元素含量为：硝态氮12.0％，铵态氮8.0％，磷10％，钾20％，铁0.100％，锰0.050％，锌0.050％，铜0.025％，硼0.025％，钼0.010％。
5.根据权利要求1所述的水培快速筛选方法，其特征在于步骤(3)中添加的重金属镉来自化学品氯化镉，重金属镉的添加浓度为0～2.3mg/kg。
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