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苦荞低镉积累品种筛选及富集转运特征分析(三)

来源:时间:2025-04-21 21:15:07

2.4不同苦蕎品種對Cd的苦荞轉運能力

轉運係數是評價苦蕎對Cd的轉運能力及分配情況的重要依據,以TFF-T表征Cd從地下部分轉移到地上莖、低镉葉部分的积累及富集转能力,以TFY-Z表征Cd從穎殼部分轉移到籽粒部分的品种能力,以TFF-U表征Cd從地下部分轉移到地上部分的筛选能力,以TFT-Z表征Cd從莖、运特葉部分轉移到籽粒部分的征分能力。結果如圖2所示,苦荞7個苦蕎品種不同部位轉運係數表現為TFF-T>TFF-U>TFY-Z>TFT-Z,低镉莖葉部分對Cd的积累及富集转轉運係數(TFF-T)在1.0水平左右,黔黑苦1號、品种黔苦2號、筛选3號及5號的运特TFF-T大於1水平,其中以黔苦2號苦蕎莖葉部分對Cd的征分轉運能力最強;Cd從穎殼向籽粒轉運係數(TFY-Z)在0.36~0.61之間,黔苦2號與黔苦6號的苦荞TFY-Z大於0.5水平,表明籽粒Cd來源與穎殼有很大的關係。7個苦蕎地上部分對Cd轉運係數(TFF-U)在0.46~0.89之間,Cd從莖葉部向籽粒部的轉運係數(TFT-Z)在0.18~0.36之間,TFF-U與TFT-Z相差最大在黔苦2號,TFF-T與TFT-Z相差最大在黔黑苦1號,分別相差5倍和13.8倍。

3討論

3.1苦蕎低Cd積累品種的篩選依據與應用

作物的不同基因對Cd耐受性和敏感性不同,在Cd的脅迫下,作物體內酶活性存在差異,導致不同品種作物各部位對Cd的解毒能力不一致,從而表現出同一作物不同品種間對Cd的積累能力存在差異。本研究的7個苦蕎品種間也呈現出顯著基因型差異,如表3所示,這種差異主要集中在根和籽粒兩個部位,這為苦蕎低Cd積累品種篩選工作的可行性提供了依據。低Cd積累品種植物會將Cd積累在根部,通過莖、葉部阻攔從而降低籽粒Cd含量,故苦蕎低Cd積累品種篩選主要以籽粒Cd含量、對Cd的富集轉運能力作為依據。結合表3、表5和圖2來看,在研究的7個苦蕎品種中,苦蕎對Cd的富集、轉運係數皆小於1,莖葉部分對Cd向上遷移的阻攔效果明顯,其中黔黑苦1號、黔苦3號苦蕎籽粒對Cd的積累量並列最低,且富集轉運能力最弱。為進一步加強Cd低積累苦蕎品種的篩選依據,圖1將7個苦蕎品種植株與籽粒Cd積累量進行係統聚類分析,黔黑苦1號和黔苦3號苦蕎品種的植株與籽粒部分Cd積累量較低,被列為較低值類;表明黔黑苦1號和黔苦3號可作為低Cd積累苦蕎品種。

貴州屬中國西南喀斯特中心區域,碳酸鹽廣泛分布,區域碳酸鹽岩上發育的石灰(岩)土背景值達1.115 mg/kg,受自然高Cd背景值與人為Cd輸入的多重疊加,貴州省Cd汙染情況極為嚴重,成為土壤Cd超標高風險區域。由於貴州省耕地土壤資源匱乏,土壤肥力差,隻能選擇邊生產邊修複的形式來控製土壤汙染,低風險品種作物的發掘對該地受汙染土壤的安全利用與農作物安全生產具有重要的意義。本試驗供試7個苦蕎品種籽粒Cd超標率達100%,選出的黔黑苦1號與黔苦3號苦蕎品種籽粒Cd含量皆為0.12 mg/kg,未達到國家穀物食品安全限值標準0.1 mg/kg(GB 2762-2017),不適宜在試驗地中、高度Cd汙染區域種植,是否適宜在輕度Cd汙染上種植還需進一步研究。當地部門應考慮通過試驗研究引入外來低Cd積累苦蕎品種,或通過土壤Cd鈍化、葉麵阻隔等係列汙染防治措施來保證苦蕎的安全生產。本試驗涉及到的苦蕎品種僅為當地主栽品種,數量有限,篩選出的黔黑苦1號與黔苦3號僅代表供試7個苦蕎品種中相對Cd積累能力較弱的品種,在這基礎上可進一步引入更多的外來苦蕎品種,選育出適宜當地各類程度Cd汙染土壤種植的苦蕎品種。

3.2苦蕎植株對Cd的富集轉運特征分析

富集轉運能力是解析Cd在植物體內分配情況的主要依據,供試7個苦蕎品種不同部位對Cd的富集能力表現出葉>莖≈根>穎殼>籽粒的特征,根、莖、葉對Cd的富集能力要遠大於穎殼、籽粒。Cd從苦蕎根部轉運至莖葉的轉運係數是從莖葉轉運至籽粒的8.2倍,值得注意的是,Cd從穎殼至籽粒的轉運係數達0.5左右,達到中等強度水平,表明Cd在苦蕎莖葉部向上遷移的過程中,穎殼對Cd遷移至籽粒部分的阻攔能力較差。本研究中7個苦蕎地上部分對Cd的富集、轉運係數皆在0.6左右水平,達到Cd中度富集水平。結合表5和圖2,苦蕎主要將Cd積累在根、莖、葉部位,這一結果與同為禾穀類的其他作物區別較大。符雲聰等總結國內外文獻,發現小麥不同部位Cd富集順序為根>葉>莖>籽粒,且小麥主要將Cd富集在根部;薛忠財等在研究高粱對農田Cd汙染修複潛力中發現高粱不同部位Cd富集順序為根>葉>莖>籽粒,高粱主要將Cd富集在根部,這一特性與小麥相似。楊寒雯等研究水稻Cd富集轉運特征中顯示水稻不同部位Cd富集順序為根>莖>葉>籽粒,水稻根部是富集Cd的主要場所。與高粱、水稻、小麥相比,苦蕎對Cd具有更高富集轉運能力,可食部位更容易受到Cd汙染,在受Cd汙染土壤上進行苦蕎生產時,要特別注意苦蕎籽粒安全問題。

4結論

1)低Cd積累苦蕎品種選育對汙染土壤的安全利用具有重要意義,本研究篩選出的低Cd積累苦蕎品種不適宜試驗區域Cd中、高汙染地區種植。7個苦蕎籽粒Cd超標率為100%,當地部門應關注苦蕎Cd超標問題,加強選育適宜該地區種植的低Cd積累苦蕎品種。

2)Cd主要富集在苦蕎葉、根、莖部位,並呈現出葉>根≈莖>穎殼>籽粒的富集順序,苦蕎對Cd的富集轉運能力高於同為禾穀作物的水稻、高粱、小麥,可食部位更容易受到Cd的汙染。

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