混種少花龍葵嫁接后代對(duì)枇杷鎘積累的影響.pdf

1、針對(duì)枇杷園土壤鎘污染的修復(fù)問(wèn)題，本研究從生態(tài)系統(tǒng)的生物物種多樣性出發(fā)，通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)毓麍@雜草中篩選出的潛在鎘超富集植物少花龍葵（Solanum photeinocarpum）進(jìn)行嫁接，再將少花龍葵嫁接后代與枇杷混種，研究混種對(duì)兩種植物的生理生態(tài)特性、DNA甲基化模式及鎘積累特性的影響，以期篩選出能顯著降低枇杷果實(shí)鎘含量的少花龍葵嫁接后代植株，并揭示少花龍葵嫁接后代對(duì)枇杷鎘積累量的可能生態(tài)調(diào)控機(jī)制。該研究對(duì)枇杷乃至其它水果產(chǎn)區(qū)的果園鎘污染修復(fù)

2、具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。主要研究結(jié)果如下:
　　1.采用土壤高濃度鎘污染篩選法從11種果園優(yōu)勢(shì)雜草中篩選出了6種鎘超富集植物或鎘富集植物，篩選效率高，其中，鼠麴草（Gnaphalium affine）、牛膝菊（Galinsoga parviflora）和紅果黃鵪菜（Youngia erythrocarpa）是鎘超富集植物，少花龍葵（Solanum photeinocarpum）是潛在鎘超富集植物，碎米薺（Cardamine

3、hirsuta）和豬殃殃（Galium aparine）是鎘富集植物。
　　2.通過(guò)不同濃度梯度的鎘污染(0～20 mg/kg)處理一年生枇杷實(shí)生幼苗的結(jié)果表明，隨土壤鎘濃度的增加，枇杷實(shí)生幼苗的根系生物量、莖桿生物量、葉片生物量、地上部分生物量及葉綠素含量呈降低的趨勢(shì)，但未表現(xiàn)出明顯的毒害癥狀，說(shuō)明一年生枇杷實(shí)生幼苗對(duì)土壤鎘脅迫具有較強(qiáng)的耐性。一年生枇杷實(shí)生幼苗的鎘含量在各個(gè)器官的分布為:根系＞莖桿＞地上部分＞葉片。隨土壤鎘濃度

4、的增加，一年生枇杷實(shí)生幼苗植株的鎘含量呈增加的趨勢(shì)，而地上部分的鎘積累量呈先增加后降低的趨勢(shì)（最大值出現(xiàn)在土壤鎘濃度約為10 mg/kg）。因此，枇杷實(shí)生幼苗可以作為果園鎘污染土壤的修復(fù)材料，用于土壤鎘濃度為10 mg/kg以內(nèi)的果園鎘污染土壤的修復(fù)。
　　3.將篩選出的生物量較大的鎘超富集植物牛膝菊、紅果黃鵪菜和少花龍葵秸稈施入鎘污染土壤（10 mg/kg）并種植枇杷實(shí)生幼苗，結(jié)果表明，枇杷實(shí)生幼苗的生物量大小為:少花龍葵秸稈＞

5、牛膝菊秸稈＞未施用＞紅果黃鵪菜秸稈，鎘含量的大小順序?yàn)?少花龍葵秸稈＞紅果黃鵪菜秸稈＞牛膝菊秸稈＞未施用。兩種枇杷實(shí)生幼苗的植株鎘積累量最大值均為少花龍葵秸稈處理。因此，少花龍葵秸稈是提高枇杷實(shí)生幼苗修復(fù)果園鎘污染土壤能力的最佳材料。
　　4.采用不同砧木對(duì)少花龍葵進(jìn)行嫁接，分別為:不嫁接(UG)、自根同株嫁接(SG)、自根異株嫁接(DG)和野生馬鈴薯砧木嫁接(PG)。結(jié)果表明，與UG相比，SG、DG和PG地上部分生物量均降低，這

6、是由于本試驗(yàn)種植的時(shí)間較短造成的。與UG相比，SG和DG均提高了少花龍葵植株鎘含量，而PG降低了其鎘含量。嫁接提高了少花龍葵DNA甲基化率，大小順序?yàn)镻G＞DG＞SG＞UG，而DNA甲基化模式變化以過(guò)甲基化為主，相對(duì)于UG的大小順序?yàn)镻G＞DG＞SG，這有利于提高少花龍葵對(duì)鎘脅迫的抗性。
　　5.通過(guò)對(duì)少花龍葵嫁接后代的鎘積累特性研究表明，嫁接沒有引起少花龍葵后代（第一代）的基因變異，但提高了其生物量、鎘含量及鎘積累量，相應(yīng)的葉綠

7、素含量、抗氧化酶活性（SOD、POD及CAT）、光合作用也得到提高，其大小順序?yàn)?PG1＞DG1＞SG1＞UG1。少花龍葵嫁接后代（第一代）的DNA甲基化水平及DNA甲基化模式的變化與嫁接當(dāng)代一致，說(shuō)明嫁接導(dǎo)致的變化后的DNA甲基化傳遞到了少花龍葵后代中。少花龍葵嫁接后代（第二代、第三代）的生物量、鎘含量就鎘積累量與其第一代的變化趨勢(shì)相同，說(shuō)明嫁接引起的表觀遺傳變異能夠比較穩(wěn)定地在少花龍葵后代中傳遞。因此，嫁接能夠提高少花龍葵后代的鎘修

8、復(fù)能力，是一種改良超富集植物的新方法。
　　6.少花龍葵嫁接后代（第一代）混種枇杷實(shí)生幼苗研究表明，混種后，兩種植物的生物量均得到提高，地上部分鎘含量及鎘積累量也得到提高，相應(yīng)的葉綠素含量、抗氧化酶活性（SOD、POD及CAT）、光合作用、可溶性糖含量、全磷含量、全鉀含量均高于單種。這些結(jié)果說(shuō)明，少花龍葵嫁接后代（第一代）混種枇杷實(shí)生幼苗的搭配方式合理，促進(jìn)了兩種植物生長(zhǎng)與鎘修復(fù)能力的提高。此外，混種后，枇杷實(shí)生幼苗的DNA甲基化

9、水平均得到提高，大小順序?yàn)?混種(PG1)＞混種(DG1)＞混種(SG1)＞混種(UG1)＞單種;而DNA甲基化模式變化以過(guò)甲基化為主，相對(duì)于單種而言的大小順序?yàn)?混種(PG1)＞混種(DG1)＞混種(SG1)＞混種(UG1)。這些結(jié)果說(shuō)明混種提高了枇杷實(shí)生幼苗的抗性。
　　7.少花龍葵嫁接后代（第一代）混種枇杷嫁接苗及結(jié)果樹的盆栽試驗(yàn)和小區(qū)試驗(yàn)研究表明，混種后，枇杷嫁接苗及結(jié)果樹的根系及嫩枝鎘含量均低于其單種，而老枝的鎘含量則高

10、于其單種?；旆N后，枇杷果實(shí)的果皮、果肉及種子鎘含量均低于單種，其大小順序均為:單種＞混種(UG1)＞混種(SG1)＞混種(DG1)＞混種(PG1)，枇杷果肉鎘含量的降低幅度8.97％～50.65％，但未達(dá)到綠色食品的限量標(biāo)準(zhǔn)（≤0.03 mg/kg），這與土壤鎘含量及枇杷品種有關(guān)?；旆N后的枇杷果實(shí)的單果重、縱徑及橫徑與單種沒有明顯變化，而總酸含量均低于單種，Vc含量、可溶性固形物含量及總糖含量高于單種，表明混種少花龍葵嫁接后代（第一代）