籽粒苋对土壤中镉的耐性和积累特征

摘 要 籽粒苋是一种生物量大、易栽培的镉（Cd）富集植物，具有作为Cd污染土壤修复植物的潜力. 比较了两个基因型籽粒苋（K112和R104）的耐Cd性特征，土壤Cd污染浓度范围是0~50 mg kg-1，生长60 d收获. 结果表明，籽粒苋K112（Amaranthus hypochondriacus L. Cv. ‘K112’）与R104（A. hypochondriacus L. Cv. ‘R104’）生物量随土壤中Cd浓度的增加而逐步下降，在土壤中Cd浓度<16 mg kg-1时，其生物量积累没有受到明显的影响. 在本试验最高Cd浓度条件（50 mgkg-1）下仍可生长，但生物量显著下降. 两种籽粒苋叶中Cd含量随土壤中Cd浓度增加而快速上升，在土壤Cd浓度为16
mg kg-1时，叶内Cd浓度分别达120.63和109.96 mg kg-1 (DW)，达到超富集植物的临界标准. Cd在植物体内的分布特征为叶>根>茎. 籽粒苋两个品种相比，K112吸收Cd的能力大于R104，尤其是在高Cd浓度时，两种籽粒苋对Cd的绝对提取量相似，并随土壤Cd浓度的上升而快速增加. 籽粒苋K112和R104对土壤中的Cd具有很强的耐性和积累的能力，可作为Cd污染土壤的修复植物. 图4 表1参22

    植物修复技术是目前经济有效的重金属污染土壤修复方法之一，即将具有一定重金属富集能力的植物种植于污染土地上，生长一定时间后将植物地上部或整株收获并集中填埋或焚烧，通过多次种植富集植物后使土壤重金属含量降低到可接受的水平[1~2]. 这一技术的应用前提在于植物组织积累高浓度某元素以及植物的高生物量，从而实现可观的重金属去除量. 因此，重金属富集植物是植物修复的基础，国内外均在努力寻找富集植物并已取得相当的研究进展，如已报道的Cd超富集植物有宝山堇菜（Viola baoshangensis L.）[3], 印度芥菜（Brassica junicea L.）[4~5]、龙葵（Solanum nigrum L.）[6]等. 然而，目前发现的绝大多数超富集植物生物量小或地域性强，不适宜大面积污染土壤的修复，继续寻找生物量大、生长迅速、富集重金属能力强的植物是植物修复技术走向实际应用的关键. 已有的研究表明，一些高生物量农作物通常富集水平一般，但生物量大，使得实际富集总量大，如玉米、向日葵、烟草等[7~8]具有生长快、生物量大、易栽培、农耕习
性清楚等优点，具有作为修复植物的潜力，与野外发现的一些超富集植物相比，在应用推广上具有明显的优势[9]. 如苏德纯等在十字花科中筛选出具有Cd超积累特性的油菜品种，发现印度芥菜（B. junicea）所在的十字花科芸苔属植物中有很多种或基因型具有较强的吸收Cd的特性[10].
    我们在研究中发现一种苋科植物—— 籽粒苋（Amaranthus hypochondriacus L.）具有很强的Cd富集能力，在土壤Cd浓度为3 mg kg-1时，地上部分Cd含量高达50.96 mgkg-1 [14]. 籽粒苋是苋科植物中生物量大、生长迅速、易栽培和收割的牧草品种，因而具有作为Cd污染土壤修复植物的潜
力. 早在1995年，周启星等在沈阳张士污灌区生物样品调查中发现野生苋为富Cd植物[11]. 范洪黎等研究显示，苋科植物中很多品种具有Cd富集特征，如苋属植物天星米（Amaranthus mangostanus L.）在土壤Cd浓度为2 5 mg kg-1条件下，其地上部Cd含量达到234 mg kg-1 [12]. Chunilall等也发现食用红叶苋菜（Amaranthus dubius L.）和绿叶苋菜（Amaranthus. hybridus L.）对Cd有极强的富集能力[13]. 因此，本研究探讨了籽粒苋两个品种（K112和R104）的耐Cd性及富集能力，评估其在不同污染水平土壤上的可能应用范围，以期为籽粒苋应用于修复Cd污染土壤提供直接的依据.