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镉(cadmium,Cd)是一种剧毒元素,在土壤中具有较强的移动性,且对作物具有高毒害性,被列为首位土壤重金属污染物[1-3]. 2014年4月环境保护部和国土资源部联合公布的全国土壤污染状况调查公告显示,我国耕地土壤环境质量堪忧,其点位超标率达19.4%;Cd污染点位超标率高达7.0%,位居8种无机污染物首位,土壤Cd污染问题日趋严重.相关研究表明在Cd污染土壤上种植作物,Cd会通过食物链进入人体内富集,危害人体健康[2, 4].日本的骨痛病就是典型例证.因此,土壤Cd污染治理及修复问题备受环境科学领域国内外学者广泛关注.
植物修复技术作为一种新兴的绿色生物技术,具有操作简单、经济及技术上能够大面积实施等优点,被认为是修复重金属污染土壤的最佳选择.黑麦草(Lolium multiflorum L.)为一年生或多年生草本科植物,生长速度快、分蘖力强、产量高.其对土壤重金属具有较强的富集作用,是一种理想的土壤重金属修复植物[5].大量研究结果显示,丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌能显著提高宿主植物对重金属胁迫的耐受能力,减轻重金属对植物生长的危害,在土壤修复方面具有较好的应用前景[6-9].而冯海艳等[10]研究发现,丛枝真菌能促进一些植物对Cd,Zn等重金属的吸收.
Cd易在蔬菜中积累,且不同种类及品种蔬菜对Cd的吸收积累能力均存在显著差异[1, 11-14].番茄(Lycopersicon esculintum Mill.)富含丰富的维生素和矿物质,对人体健康具有多种功效,是我国栽培最为普遍的果菜之一.相关研究显示,番茄对Cd毒害较敏感,在中低Cd污染水平土壤上种植番茄,其果实中Cd质量分数超标,对番茄的食用安全造在潜在威胁[1, 15].目前,有关微生物强化植物对土壤Cd污染修复的报道较少,且不统一[9, 10, 16].因此,笔者在前期土培试验基础上,采用大田试验探讨在中低浓度Cd污染的菜园土壤上,研究黑麦草和丛枝菌根真菌单一或复合处理对番茄产量、抗性、Cd质量分数及积累量,以及其对番茄根际土壤Cd形态的影响,考察黑麦草能否修复土壤Cd污染以及减少番茄Cd吸收,同时明确从枝菌根真菌对黑麦草修复Cd污染是否具有强化作用,以期为番茄无害化栽培和土壤Cd污染修复提供理论依据.
Effects of Ryegrass and Arbuscular mycorrhiza on Cd Absorption by Tomato Varieties and on Cadmium Forms and Microbial Population in the Rhizosphere
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摘要: 采用大田试验研究在重金属Cd(5.943 mg/kg)污染下,黑麦草和丛枝菌根对2个品种番茄(“德福mm-8”和“洛贝琪”)产量,Cd质量分数以及对根际Cd形态的影响.结果表明,黑麦草和丛枝菌根单一或复合处理使2个品种番茄果实、叶、茎、根及植株总干质量不同程度增加,增幅达2.67%~38.42%;同时显著降低2个番茄品种的果实、叶、茎及根部的Cd质量分数,降幅达4.59%~42.45%.番茄叶、根和茎为Cd主要积累部位,果实中Cd积累较少. “洛贝琪”表现出Cd低积累特性,其果实Cd质量分数、积累量及植株Cd总积累量均低于“德福mm-8”.在Cd污染土壤上,种植番茄的同时套种黑麦草或接种丛枝菌根,可减少土壤中可交换态(EXC-Cd),碳酸盐态(CAB-Cd),铁锰氧化态(Fe-Mn-Cd)及Cd全量,其中土壤Cd全量降幅达8.65%~23.21%(“德福mm-8”)和15.89%~27.52%(“洛贝琪”).番茄果实Cd质量分数与土壤可交换态Cd,铁锰氧化态Cd质量分数之间呈显著正相关性关系(p<0.05).接种丛枝菌根能促进黑麦草的生长及其对Cd的吸收,黑麦草地上部及总生物量、黑麦草Cd质量分数及Cd积累量均显著增加,分析番茄Cd质量分数与黑麦草Cd质量分数,二者呈显著负相关性(p<0.05).Abstract: In a field trial, two tomato varieties ("Defu mm-8" and "Luobeiqi") were grown in a Cd-polluted soil (Cd 5.943 mg/kg) and treated with ryegrass (Lolium perenne L.) and/or Arbuscular mycorrhiza to investigate the effects of ryegrass interplanting and A. mycorrhiza inoculation on the yield and Cd content of the tomato crop and on Cd forms in the rhizosphere. The results showed that either single or combined treatment of ryegrass and A. mycorrhiza increased, in different extent, the dry weight of the fruit and the roots, stem and leaves and the whole plant of both tomato varieties, by 2.67%~38.42%; and decreased the Cd concentrations in their fruit and roots, stem and leaves, by 4.59%~42.45%. Cd accumulation in tomato was in the order of leaf > stem > root > fruitv In all treatments of the trial, cv. Luobeiqi had lower Cd concentration and Cd accumulation in its fruit and Cd accumulation in the whole plant than cv. Defu mm-8. In tomato cultivation in a Cd-polluted soil, ryegrass interplanting and/or A. mycorrhiza inoculation decreased EXC-Cd, CAB-Cd, Fe-Mn-Cd and total Cd (by 8.65%~23.21% for Defu mm-8 and 15.89%~27.52% for Luobeiqi) in the soil. The concentration of Cd in the fruit showed a significant positive relationship with soil EXC-Cd and Fe-Mn-Cd (p < 0.05). Inoculation of mycorrhizal fungi significantly increased the shoot and total biomass of ryegrass and its Cd concentration and Cd accumulation. Cd concentration of tomato was in a significant negative relationship with that of ryegrass (p < 0.05).
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Key words:
- ryegrass /
- Arbuscular mycorrhiza /
- tomato variety /
- Cd absorption /
- rhizosphere Cd form .
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表 1 丛枝菌根对黑麦草生物量的影响
处理 地上部干质量/(g·穴-1) 地下部干质量/(g·穴-1) 总干质量/(g·穴-1) 与德福mm-8套作 与洛贝琪套作 与德福mm-8套作 与洛贝琪套作 与德福mm-8套作 与洛贝琪套作 Cd+黑麦草 9.85±1.47b 10.12±0.68b 5.61±0.65b 5.15±1.04b 15.45±2.11b 15.27±1.71b Cd+黑麦草+丛枝菌根 10.67±0.65a 11.33±1.44a 6.64±1.22a 5.94±0.54a 17.27±0.58a 17.27±1.97a 注:表中所列数据为平均值±标准差,同列数据后小写字母不同表示不同处理之间差异有统计学意义(p<0.05). 表 2 丛枝菌根对黑麦草Cd质量分数及积累量的影响
处理 Cd积累量/(mg·穴-1) Cd积累量/(mg·穴-1) Cd积累量/(mg·穴-1) 地上部 地下部 地上部 地下部 与德福mm-8套作 与洛贝琪套作 与德福mm-8套作 与洛贝琪套作 与德福mm-8套作 与洛贝琪套作 与德福mm-8套作 与洛贝琪套作 与德福mm-8套作 与洛贝琪套作 Cd+黑麦草 2.288±0.02a 1.612±0.19b 3.224±0.32bc 2.614±0.16c 0.023±0.001ab 0.016±0.002b 0.018±0.001b 0.013±0.001c 0.041±0.002b 0.029±0.001c Cd+黑麦草+丛枝菌根 2.700±0.28a 2.635±0.02a 4.101±0.25a 3.485±0.26ab 0.029±0.003a 0.030±0.004a 0.027±0.001a 0.021±0.001b 0.056±0.001a 0.051±0.002a 注:表中所列数据为平均值±标准差,同列数据后小写字母不同表示不同处理之间差异有统计学意义(p<0.05). 表 3 番茄各部位Cd质量分数与黑麦草各部位Cd质量分数的相关系数
项目 番茄果实 番茄叶 番茄茎 番茄根 黑麦草地上部 黑麦草地下部 番茄果实 1 番茄叶 0.340 1 番茄茎 0.609* 0.798** 1 番茄根 0.429 0.943** 0.792** 1 黑麦草地上部 -0.335 -0.722* -0.651 -0.592 1 黑麦草地下部 -0.237 -0.673 -0.624 -0.595 0.902** 1 注:n=8;**表示p<0.01,*表示p<0.05,差异有统计学意义. -
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