作物杂志, 2019, 35(6): 50-56 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2019.06.008

生理生化·植物营养·栽培耕作

不同基因型甜高粱对重金属的吸收规律研究

唐桃霞, 王致和, 施志国, 常瑛, 张英英, 李彦荣

甘肃省农业工程技术研究院,733006,甘肃武威

Research on the Absorption of Heavy Metals by Different Genotypes in Sweet Sorghum

Tang Taoxia, Wang Zhihe, Shi Zhiguo, Chang Ying, Zhang Yingying, Li Yanrong

Gansu Academy of Agri-Engineering Technology, Wuwei 733006, Gansu, China

通讯作者: 李彦荣,研究员,研究方向为土壤生态

收稿日期: 2019-06-3   修回日期: 2019-10-18   网络出版日期: 2019-12-15

基金资助: 甘肃省重点研发计划项目(17YF1FH101)

Received: 2019-06-3   Revised: 2019-10-18   Online: 2019-12-15

作者简介 About authors

唐桃霞,助理研究员,研究方向为经济作物育种 。

摘要

为探明甜高粱在多种重金属共存土壤中对各重金属的吸收规律,筛选理想的土壤修复甜高粱品种。以含有不同浓度的Cu、Cd、Pb、As、Hg农田土壤为对象,以6种不同基因型甜高粱为供试材料,分析各甜高粱品种的生物学性状,植株体中各部位重金属分布特征和富集转移能力。结果表明:醇用型品种的糖锤度均显著高于饲用型品种;大卡的干物质量最大,其次是科甜1号和大奖1180。Cd、Pb、As主要分布在甜高粱根部,不易被转移;Hg易被转移,主要分布在叶部;Cu的分布因品种而异;Cd的富集系数最大为1.61,As最小仅为0.11,科甜1号对Cu和Hg的富集能力强,科甜2号对Pb和As的富集能力强,大奖1180对Cd的富集能力和对5种重金属的平均富集能力最强。

关键词: 甜高粱 ; 重金属 ; 吸收 ; 富集

Abstract

In order to precisely figure out the regular absorption pattern of sweet sorghum to multiple heavy metals, and to select the ideal soil phytoremediation varieties, the research was conducted in the fields containing different concentrations of Cu, Cd, Pb, As, Hg with six different genotypes as the test materials, which aimed to analyze the biological traits, heavy metals content distribution, enrichment capacity and transfer capacity. The results showed that: The sugar rate of alcohol-type varieties was significantly higher than that of forage-type varieties; the dry matter quality of Daka was the largest, followed by Ketian 1 and Dajiang 1180; Cd, Pb and As were mainly distributed in the roots of sweet sorghum, which was not easy being transferred, while Hg was easily transported, mainly distributed in the leaves, and the distribution of Cu varies in different varieties. Ketian 1 possessed the strongest accumulation ability for Cu and Hg, and Ketian 2 possessed the strongest accumulation ability for Pb and As, The Dajiang 1180 possessed the strongest accumulation ability for Cd and the strongest average accumulation ability for 5 heavy metals.

Keywords: Sweet sorghum ; Heavy metals ; Absorption ; Enrichment

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本文引用格式

唐桃霞, 王致和, 施志国, 常瑛, 张英英, 李彦荣. 不同基因型甜高粱对重金属的吸收规律研究[J]. 作物杂志, 2019, 35(6): 50-56 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2019.06.008

Tang Taoxia, Wang Zhihe, Shi Zhiguo, Chang Ying, Zhang Yingying, Li Yanrong. Research on the Absorption of Heavy Metals by Different Genotypes in Sweet Sorghum[J]. Crops, 2019, 35(6): 50-56 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2019.06.008

土壤是人类赖以生存的物质基础,然而随着现代工农业的发展,大量的重金属如镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)、汞(Hg)、铜(Cu)等,通过工业三废的排放及污水灌溉和大量化肥、农药等农用物资的使用,最终累积在土壤中,造成土壤的重金属污染[1,2,3]。而植物在重金属污染的土壤中或者不能正常生长,或者将重金属吸附在植物体内,经食物链传递,最终进入人体,影响人类健康。因此,为保障粮食安全和人类健康,近年来有大量学者关注重金属污染土壤的修复[4,5,6,7],Carlos等[8]研究表明植物修复因成本低、环境友好以及可大规模原位修复等优点而受欢迎,成为近年来迅速发展的土壤重金属污染治理技术。

能对重金属污染的土壤进行修复的植物有两大类,一类是超富集植物,一类是能源植物[4],超富集植物由于其生物学特性的限制无法大规模推广[9],而C4植物甜高粱[Sorghum bicolor (L.) Moench]具有光合效率高、生物量大、抗逆性强、适应性广等特点,且茎秆高大、含糖量高,可以通过生物发酵技术生产燃料乙醇[10,11],是优质的能源植物。甜高粱在作为能源植物栽培的同时能够吸收土壤重金属[3,5],其体内吸收的重金属元素将在生物发酵后集中在酒糟中,后者燃烧成灰烬使重金属高度富集,灰烬继续处理后可用于工业生产,是环境友好型能源植物。前人关于甜高粱对重金属吸收的研究多集中在对Cd、Pb等的吸附研究或对单一重金属的研究[12,13,14],而关于甜高粱的富集效应如何,哪个基因型对重金属的吸附作用强等报道较少,因此,本试验以石羊河流域武威平原区农田土壤为研究对象,研究不同基因型甜高粱的生物学性状及其对Cu、Cd、Pb、As、Hg 5种重金属的富集和转移能力,进而为重金属污染土壤植物修复提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于石羊河流域武威平原区的甘肃省农业工程技术研究院试验基地内(103°05′E,37°30′N),海拔1 740m,属大陆性干旱气候,年平均气温7.7℃,年平均降雨量194.75mm,年均日照时数2 724.8h,无霜期150d左右。试验区土壤pH 8.49、有机质20.17g/kg、电导率189.77μS/cm、水溶性盐0.65g/kg,重金属含量如表1所示。试验区重金属铬(Cr)、镍(Ni)、Cu、Cd、Pb、As、Hg的含量均高于王生朴等[15]研究得出的甘肃省土壤相应重金属含量值。

表1   试验区重金属含量与甘肃省土壤重金属含量比较

Table 1  The content of heavy metal in the experimental areas were compared with the heavy metal content in Gansu Province soil mg/kg

重金属Heavy metalCrNiCuCdPbAsHg
甘肃省土壤
Soil of Gansu Province
60.2331.6522.480.08720.5310.820.017
试验区Test point80.5937.0431.550.20123.3316.440.049

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1.2 试验设计与方法

1.2.1 试验设计 试验选取6个甜高粱品种:科甜2号(中国科学院植物研究所提供),大奖2180(甘肃猛犸种业提供),科甜1号(中国科学院植物研究所提供),BJ0603(中国科学院近代物理研究所提供),大奖1180(甘肃猛犸种业提供),大卡(甘肃省农业科学院提供),其中科甜2号和科甜1号是醇用型甜高粱,其余4个品种为饲用型甜高粱。采用随机区组设计,3次重复,小区面积45m2(4.5m×10m),小区间距1.0m,每小区3膜,平作,膜面宽120cm,膜间距30cm,每膜种植4行,共计12行,株行距20cm×40cm。2018年3月29日试验地施尿素300kg/hm2、磷酸二铵300kg/hm2、硫酸钾150kg/hm2,3月30日机械铺设滴灌带及覆膜一次完成。覆膜前用50%异丙草·莠除草剂3L/hm2,对水450kg地面喷施[16]。4月19日播种,每穴下种3~5粒,播深3~4cm;5月2日按1株/穴间苗,保苗约126 000株/hm2;9月13日取样测定生物学性状,并分析根、茎、叶3个部位的生物干重和重金属Cu、Cd、Pb、As、Hg的含量。

1.2.2 不同基因型甜高粱生物性状测定 收获前每小区随机选取10株,调查株高、主茎粗、节间数、分蘖系数、糖锤度。株高用卷尺测植株由地面到顶端的长度;使用游标卡尺测定茎粗,以植株基部向上1/3处节间的直径为准;节间数为从植株主茎基部5cm以上数起的茎节间数;分蘖系数为小区中选取的10株的总茎数(植株主茎+分蘖茎)除以选取植株数10。糖锤度:取自基部向上数第4节茎秆汁液,使用WYT型手持糖量计(成都光学仪器厂)测定含糖量;收获地上部分后,将茎叶分离,并挖取深度为20cm的对应植株的根系,用自来水洗净晾干,将各品种的根、茎、叶置于105℃烘箱中杀青10min,后在70℃下烘至恒重,称量各部位的干重。

1.2.3 植株样品重金属含量的测定 植株中各重金属含量的测定参照《GB 5009.268-2016食品安全国家标准食品中多元素的测定》执行。

1.2.4 土壤中重金属总量的测定 在万分之一天平上精确称取0.1~0.3g经风干、研磨至粒径小于0.149mm(100目)的土壤样品,用HCl-HNO3-HF-HClO4消解,消解液中Cd、Pb含量采用电感耦合等离子体质谱法测定,Cu含量采用电感耦合等离子体发射光谱法测定;重金属Hg、As用王水水浴法消解,As含量采用氢化物发生-原子荧光光谱法测定,Hg含量采用蒸气发生-冷原子荧光光谱法测定。

1.2.5 计算公式 根部重金属吸收量=根部重金属含量×根部干物质重(茎部和叶部算法同根部)

重金属总吸收量=根部重金属吸收量+茎部重金属吸收量+叶部重金属吸收量

重金属富集系数和转移系数的计算公式为:

富集系数=植物体重金属含量/土壤重金属含量[17]

转移系数=地上部重金属含量/根部重金属含量[17]

1.3 数据分析

用Excel 2003和SPSS v22.0软件进行数据的统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同基因型甜高粱生物性状分析

不同基因型甜高粱在同一理化性状的试验地生物学性状如表2所示。各基因型株高之间存在显著性差异,株高变化范围在287.20~380.70cm;各基因型的主茎粗之间也存在显著性差异,大奖1180的主茎较其他基因型粗;节间数变化范围在9.78~12.22,节间数最多的为科甜2号,最少的为科甜1号;分蘖系数表现也因基因型不同而异,大奖2180的分蘖能力最强,大卡的分蘖能力最弱;糖锤度之间差异性较大,科甜1号糖锤度最高达20.43%,其次为科甜2号,大卡最低为7.90%。各基因型不同器官的干物质量存在差异,但均未达到显著水平,由大到小均表现为茎>叶>根,其中大奖1180和大卡叶的干物质量较其他基因型重,单株干物质量由大到小依次是大卡>科甜1号>大奖1180>大奖2180>BJ0603>科甜2号,干物质量分别为341.07、311.37、311.28、288.45、281.81、253.92g/株,茎干重与单株干重表现趋势一致。综上可知,醇用型品种的糖锤度均显著高于饲用型品种;大卡的干物质量最大,其次是科甜1号和大奖1180。

表2   不同基因型甜高粱生物学性状

Table 2  Biological traits of different genotypes of sweet sorghum

品种
Variety
株高(cm)
Plant height
主茎粗(mm)
Main stem thick
节间数
Number of internode
分蘖系数
Tiller coefficient
糖锤度(%)
Sugar hammer
干重(g/株) Dry weight (g/plant)
根Root茎Stem叶Leaf
科甜2号Ketian 2360.00a18.59b12.22a2.31b15.63b30.41a159.87a63.64a
大奖2180 Dajiang 2180344.70ab15.16c11.33ab3.10a14.03c34.58a172.47a81.40a
科甜1号Ketian 1287.20c21.13b9.78c2.25b20.43a36.64a185.68a89.05a
BJ0603345.70ab15.14c10.67bc3.04a12.10d33.87a173.15a74.79a
大奖1180 Dajiang 1180380.70a26.20a12.11a2.19b8.73e30.00a173.70a107.58a
大卡Daka313.00bc19.73b11.67a2.06b7.90e36.58a197.52a106.97a

Note: Different lowercase letters indicate significant difference between varieties (P<0.05)

注:不同小写字母表示品种间差异显著(P<0.05)

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2.2 不同基因型甜高粱各部位重金属分布特征

图1可知,甜高粱植株体中重金属的含量因品种和部位的不同而不同。

图1

图1   不同基因型甜高粱重金属含量比较

Fig.1   Comparison of heavy metals content in different genotypes of sweet sorghum


大奖1180和大卡中Cu含量分布特征均为叶>根>茎,其余4个品种表现为根>叶>茎,根、叶部Cu含量均最高的是大奖1180,茎部Cu含量科甜1号最高,根、茎、叶中Cu含量均最低的是大奖2180;Hg含量表现趋势为叶(0.0122~0.0161mg/kg)>根(0.0080~0.0106mg/kg)>茎(0.0039~0.0060mg/kg),表明土壤中的Hg被甜高粱根部吸收后,大部分转运到叶部,其中科甜1号各部位的Hg含量均高于其他品种;重金属Pb、As、Cd含量主要分布在根部,说明这3种重金属被甜高粱根部吸收后不易转运到地上部分,以As的转运能力最弱。

2.3 不同基因型甜高粱重金属吸收特征

重金属吸收量与各部位重金属含量和干物质量呈正比。6个甜高粱品种不同部位中Cu、Hg、Pb、As、Cd的吸收量和单株的总吸收量如图2所示,各甜高粱对Cu、Hg、Cd的吸收量均表现为地上部吸收量大于地下部,且茎对Cd的吸收量高于根和叶,根和叶对As的吸收量高于茎,根、茎和叶对Pb均具有较强吸收作用。

图2

图2   不同基因型甜高粱各部位重金属吸收量比较

Fig.2   Comparison of heavy metals absorption in different genotypes of sweet sorghum


其中,各品种Cu的单株总吸收量变幅为1 587.02(大奖2180)~2 437.87(大卡)μg/株,说明Cu的吸收量与干物质量呈正相关关系,科甜1号根、茎中Cu吸收量均最高,但叶的吸收量较低,总吸收量与大卡相当;各品种不同部位对Cd的吸收量均表现为茎部最大(10.44~27.14μg/株),其次是叶部(4.34~8.52μg/株),根部吸收量最小(3.94~5.92μg/株),单株总吸收量变幅为18.71(科甜2号)~38.69(大奖1180)μg/株,说明对Cd吸收量最强的是大奖1180,其次是大卡,若对Cd污染的土壤进行修复可以选择饲用型甜高粱大奖1180和大卡;6个不同甜高粱品种各部位对Hg的吸收特征表现为叶>茎>根,单株总吸收量各基因型间存在较大差异,科甜1号吸收量最大,达到2.94μg/株,其次为大卡,科甜2号吸收量最小;各品种对Pb的吸收量存在差异,变幅为178.52(大奖2180)~218.16(大卡)μg/株,大卡和科甜1号对Pb的总吸收量相对较高,且各部位中叶部吸收量最大;对As的吸收量差异和含量表现趋势一致,均为根部(37.63~54.23μg/株)>叶部(26.42~40.38μg/株)>茎部(16.60~21.87μg/株),总吸收量因品种变化而存在较大差异,变幅为80.66~116.47μg/株,大卡的总吸收量最高。

2.4 不同基因型甜高粱对重金属的富集能力和转移能力

表3可知,在Cu、Cd、Pb、As、Hg共存的土壤中,6个甜高粱品种对5种重金属的平均富集能力不同,其中大奖1180对5种重金属的平均富集能力最强(0.24),其次是大卡和科甜1号,大奖2180最弱(0.19);各重金属在甜高粱植株体中的富集效应因甜高粱品种和植株部位不同而异,除Hg的富集系数为叶(0.29)>根(0.19)>茎(0.11)外,其他各重金属均为根的富集能力强于茎和叶。综合比较甜高粱单株对5种重金属的总富集系数,发现对Cd的富集系数最大,对As的富集系数最小,由大到小依次为Cd(1.61)>Cu(0.75)>Hg(0.59)>Pb(0.12)>As(0.11),对Cu、Cd、Pb、As、Hg的富集能力最强的品种分别是科甜1号、大奖1180、科甜2号、科甜2号、科甜1号。

表3   不同基因型甜高粱对重金属的富集系数

Table 3  Enrichment coefficients of heavy metals in different genotypes of sweet sorghum

重金属
Heavy metal
部位
Part
品种 Variety均值
Average
单株总富集系数
Total enrichment
coefficients per plant
科甜2号
Ketian 2
大奖2180
Dajiang 2180
科甜1号
Ketian 1
BJ0603大奖1180
Dajiang 1180
大卡
Daka
Cu根Root0.280.260.320.290.340.300.30±0.030.75
茎 Stem0.160.120.210.170.140.170.16±0.03
叶Leaf0.300.260.290.300.310.310.29±0.02
Cd根Root0.650.720.650.690.940.810.74±0.111.61
茎 Stem0.330.400.480.400.780.610.50±0.17
叶Leaf0.340.390.420.400.280.400.37±0.05
Pb根Root0.080.070.080.060.070.080.07±0.010.12
茎 Stem0.010.010.010.010.010.010.01±0.00
叶Leaf0.050.040.040.060.040.040.04±0.01
As根Root0.090.070.100.070.080.090.08±0.010.11
茎 Stem0.010.010.010.010.010.010.01±0.00
叶Leaf0.030.020.020.020.020.020.02±0.00
Hg根Root0.210.170.220.160.180.180.19±0.020.59
茎 Stem0.110.080.120.110.100.110.11±0.01
叶Leaf0.300.310.330.270.250.290.29±0.03
均值Average0.20±0.170.19±0.200.22±0.190.20±0.190.24±0.280.23±0.23-

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表4可知,甜高粱对不同重金属的平均转移系数存在差异,各甜高粱品种对Cu、Cd、Pb、As、Hg 5种重金属的平均转移系数由大到小依次是BJ0603>大奖2180>科甜1号=大卡>科甜2号>大奖1180;同一重金属在不同甜高粱植株体内转移系数也存在差异,其中重金属Pb在6个材料中的转移系数变幅最大,在BJ0603中高达1.10,大卡中仅为0.60,说明基因型对Pb的转移影响较大。综上,6个甜高粱品种对Cu、Cd、Pb、As、Hg的转移能力最强的品种分别是科甜2号、科甜1号、BJ0603、大奖2180和BJ0603、BJ0603,6个基因型甜高粱对各重金属平均转移能力由强到弱依次是Hg(2.14)>Cu(1.54)>Cd(1.17)>Pb(0.78)>As(0.36)。

表4   不同基因型甜高粱对重金属的转移系数

Table 4  Transfer coefficients of heavy metals in different genotypes of sweet sorghum

品种VarietyCuCdPbAsHg均值Average
科甜2号Ketian 21.641.030.790.371.931.15±0.63
大奖2180 Dajiang 21801.451.080.810.402.341.22±0.74
科甜1号Ketian 11.541.380.640.292.081.19±0.72
BJ06031.621.161.100.402.351.33±0.72
大奖1180 Dajiang 11801.411.130.720.341.901.10±0.60
大卡Daka1.561.250.600.332.231.19±0.76
均值Average1.54±0.091.17±0.130.78±0.180.36±0.042.14±0.20-

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3 讨论

3.1 甜高粱对重金属的吸收特征和在各器官中的分布特征

不同品种的甜高粱在污染土壤中种植,对不同重金属的吸收有选择性,因此,各种质和各部位对重金属的吸收和分布存在较大差异[17,18]。本研究中6个不同品种的甜高粱干物质量最大的为大卡(341.07g/株),大卡对Cu、Pb、As的吸收量均高于其他基因型材料,而对Cd和Hg的吸收量均居6个材料的第2位,这与前人研究得出的生物量与重金属吸收量相关的结果[4,19]相似。植株对各重金属的吸收量可能还受土壤重金属含量的影响[20],本研究试验区土壤的Cr、Ni、Cu、Cd、Pb、As、Hg的含量均高于王生朴等[15]研究得出的甘肃省土壤相应重金属含量值,由于土壤中各重金属含量不同,因此植物对其的吸收量也不相同,可能与各重金属离子间的相互作用有关。本研究还发现重金属Hg含量主要分布在甜高粱叶中,Cd、Pb、As含量主要分布在甜高粱根部,这与再吐尼古丽·库尔班等[21]的研究结果一致。因此在土壤修复时,尽可能完全收获根、茎、叶等各器官。

3.2 不同基因型甜高粱对重金属的富集能力

筛选对重金属污染土壤有修复能力的甜高粱品种,应该考虑其对重金属的富集能力,而富集系数是反映甜高粱对土壤重金属吸收能力的指标。植物对不同重金属的积累能力大小存在差异[22],本研究也发现6个甜高粱品种对各重金属的富集能力存在差异,大奖1180可同时对Cu、Cd、Pb、As、Hg进行强富集,富集系数达0.24,其次是大卡和科甜1号,因此大奖1180、大卡和科甜1号可作为Cu、Cd、Pb、As、Hg污染土壤重金属吸收和土壤修复的理想品种。本研究同时发现甜高粱对Cd的总富集系数最大,这与秦华等[23]的研究结果一致。本研究还发现,饲用型品种大奖1180对Cd的富集能力较其他品种强,可建议用于Cd污染土壤的修复,醇用型品种科甜1号对Cu和Hg的富集能力较其他品种强,建议用于Cu、Hg污染土壤的修复,醇用型品种科甜2号对Pb和As的富集能力强,建议用于Pb和As污染土壤的修复。本研究只对农田土壤中的Cu、Cd、Pb、As、Hg 5种重金属进行了分析,若要明确甜高粱对各重金属的最大富集能力,对土壤的修复效果如何,还需进一步深入研究。

3.3 不同基因型甜高粱对重金属的转移能力

植物对重金属的抗性表现为避性与耐性两种,耐性又具有两条基本途径:排斥与富集,排斥机制中,植物通过减少根系吸收和向地上部运输重金属来降低植株体内重金属含量;富集机制则是重金属在植物体内以不具生物活性大分子形式存在[24]。本研究中发现6个基因型甜高粱对各重金属平均转移能力由强到弱依次是Hg(2.14)>Cu(1.54)>Cd(1.17)>Pb(0.78)>As(0.36),甜高粱对Hg和Cu的转移能力强,可能属于排斥机制,对As的转移能力弱,可能是As被甜高粱根系吸收后,易形成大分子物质,而Cd和Pb的转移系数较Cu和Hg小,这与陈梦妮[25]针对3个甜高粱品种对Cd、Pb胁迫的响应及富集效应的研究结果一致。

3.4 甜高粱对重金属的吸收应用

选择对重金属富集和转移能力强的品种是利用甜高粱修复重金属污染土壤的关键。本研究中2份醇用型甜高粱和4份饲用型甜高粱对5种重金属均有选择性的吸收作用,醇用型甜高粱科甜1号对Cu和Hg的富集能力较强,科甜2号对Pb和As的富集能力强,饲用型品种大奖1180对5种重金属或对Cd的富集能力较醇用型品种强,这与张树攀[1]在高粱属牧草对土壤重金属Cd的响应及富集效应的研究结果一致,醇用型甜高粱可以在提取生物能源后回收利用,但是饲用型甜高粱大奖1180吸收重金属后,如何回收利用,还有待进一步研究。

4 结论

在多种重金属共存的农田土壤中,重金属Hg被甜高粱植株吸收后主要分布在叶部,Cd、Pb、As主要分布在根部,Hg的转移能力最强,As的转移能力最弱;各基因型甜高粱对重金属吸收量与干物质量呈正相关关系;饲用型品种大奖1180对Cd的富集能力较强,醇用型品种科甜1号对Cu和Hg的富集能力较其他品种强,可用作Cu、Hg污染土壤的生物修复材料,醇用型品种科甜2号对Pb和As的富集能力较强,可用作Pb和As污染土壤的生物修复材料。

参考文献

张树攀 .

高粱属牧草对土壤重金属镉的响应及富集效应的研究

扬州:扬州大学, 2010.

[本文引用: 2]

刘大林, 王秀萍, 胡楷崎 , .

土壤镉含量对高粱属植物生理生化特性的影响

生态学杂志, 2011,30(11):2478-2482.

URL     [本文引用: 1]

通过盆栽模拟试验研究了土壤镉(Cd)含量对一年生高粱属植物(甜高粱、高丹草和苏丹草)根系活力、叶片脯氨酸含量和细胞膜透性等生理生化指标的影响。结果表明,土壤Cd含量>25 mg·kg-1时,3种高粱属植物根系活力均显著下降(P<0.05);3种高粱属植物叶片中脯氨酸的含量在各浓度处理下均显著增加(P<0.05);Cd胁迫影响了3种高粱属植物叶片和根系的细胞膜通透性,表现为不同程度的增加。

祁剑英 .

能源作物甜高粱与玉米对重金属的富集及响应

晋中:山西农业大学, 2017.

[本文引用: 2]

贾伟涛, 吕素莲, 冯娟娟 , .

利用能源植物治理土壤重金属污染

中国生物工程杂志, 2015,35(1):88-95.

DOI:10.13523/j.cb.20150113      URL     [本文引用: 3]

随着工农业的发展,土壤重金属污染日益加剧,严重威胁着粮食生产和人类健康。植物修复因其成本低、环境友好以及可大规模原位修复等优点备受关注,成为近年来迅速发展的重金属污染土壤治理技术。在介绍国内外植物修复技术发展与应用现状的基础上,提倡大力发展能源植物修复重金属污染土地,并结合湖南重金属污染田间试验结果,重点对甜高粱(Sorghum bicolor (Linn.) Moench)用于重金属污染土壤修复的优势、可行性及提高修复效率的措施进行了深入分析与探讨。利用甜高粱治理土壤重金属污染,能将土壤修复与生物能源生产有机结合,使重金属从粮食链转入能源链,同时兼顾了生态和经济效益,具有广阔的应用前景。

薛忠财, 李纪红, 李十中 , .

能源作物甜高粱对镉污染农田的修复潜力研究

环境科学学报, 2018,38(4):1621-1627.

URL     [本文引用: 2]

通过田间控制试验,研究在不同镉污染条件下甜高粱对镉的吸收和积累规律,并采用先进固态发酵(ASSF)技术对甜高粱进行能源化利用,阐明能源植物甜高粱对镉污染农田的修复潜力.结果表明:甜高粱对镉具有较强的吸收能力和耐性,在不同浓度的镉处理条件下,均可以完成正常生育期(167 d),但当土壤镉含量达到33 mg·kg-1时其生长受到显著抑制.在甜高粱植株内,根部的镉浓度最高,呈现根 > 茎 > 叶 > 籽粒的分布特点,单株镉的积累量最高可达到0.84 mg(土壤镉含量为18 mg·kg-1).甜高粱对镉的吸收与土壤中的镉含量具有显著的线性关系(P<0.05),随着土壤中镉含量的增加显著增加,但是镉处理对甜高粱茎秆的糖和水分含量,以及发酵过程中糖利用率和乙醇转化率均没有影响.因此,在镉污染农田上种植甜高粱,可以确保生产的产品不进入食物链而进入能源产业链,既可以生产生物乙醇的原材料,产生经济效益,又可以吸收土壤中镉,实现对镉污染农田的边生产边修复.

曹明超, 任宇鹏, 张严严 , .

原位淋洗法修复重金属污染土壤研究进展

应用化工, 2019,48(3):668-672,676.

[本文引用: 1]

曹兴涛, 谷广锋, 王新新 , .

重金属污染土壤修复的二次污染与防治

应用化工, 2019,48(2):490-493.

[本文引用: 1]

Carlos G, Itzia A .

Phytoextraction:a cost-effective plant-based technology for the removal of metals from the environment

Bioresource Technology, 2001,77(3):229-236.

DOI:10.1016/s0960-8524(00)00108-5      URL     PMID:11272009      [本文引用: 1]

Phytoremediation is an emerging technology that uses plants to clean up pollutants (metals and organics) from the environment. Within this field of phytoremediation, the utilization of plants to transport and concentrate metals from the soil into the harvestable parts of roots and above-ground shoots is usually called phytoextraction. Most traditional remediation methods do not provide acceptable solutions for the removal of metals from soils. By contrast, phytoextraction of metals is a cost-effective approach that uses metal-accumulating plants to clean up these soils. Subsequently, the harvestable parts, rich in accumulated metals, can be easily and safely processed by drying, ashing or composting. Some extracted metals can also be reclaimed from the ash, generating recycling revenues. Phytoextraction appears a very promising technology for the removal of metal pollutants from the environment and may be, at present, approaching commercialization.

李长阁, 于涛, 傅桦 , .

转基因植物修复重金属污染土壤研究进展

土壤, 2007,39(2):181-189.

[本文引用: 1]

梅晓岩, 刘荣厚 .

中国甜高粱茎秆制取乙醇的研究进展

中国农学通报, 2010,26(5):341-345.

[本文引用: 1]

梁艳, 伍彦华, 林一雄 .

甜高粱在制取燃料乙醇和白酒中的应用

轻工科技, 2016,32(3):29-31.

[本文引用: 1]

Metwali M R, Gowayed S M H, Al-Maghrabi O A ,et al.

Evaluation of toxic effect of copper and cadmium on growth,physiological traits and protein profile of wheat (Triticum aestivium L.),maize (Zea mays L.) and sorghum (Sorghum bicolor L.)

World Applied Sciences Journal, 2013,21(3):301-314.

[本文引用: 1]

崔振魁 .

晋甜杂2号甜高粱对Cd、Pb胁迫的响应

晋中:山西农业大学, 2016.

[本文引用: 1]

郑海飘, 敖和军, 杜志艳 , .

不同类型高粱对重金属镉吸收积累的动态变化

分子植物育种, 2018,16(19):6481-6487.

[本文引用: 1]

王生朴, 连兵 .

甘肃省土壤环境背景值特征及其分布规律

甘肃环境研究与监测, 1993,23(3):1-7.

[本文引用: 2]

王致和, 张肖凌, 张秀华 , .

几种除草剂对饲用型甜高粱的除草效果

中国糖料, 2015,37(1):31-32,34.

[本文引用: 1]

籍贵苏, 严永路, 吕芃 , .

不同高粱种质对污染土壤中重金属吸收的研究

中国生态农业学报, 2014,22(2):185-192.

URL     [本文引用: 3]

利用重金属含量较高的污水污染土壤, 以未污染土壤作对照, 种植8个甜高粱品种、2个饲用高粱品种和1个粒用高粱品种, 检测8种重金属在高粱植物体内不同器官的含量, 以研究不同高粱种质对重金属的吸收特性。结果表明: 甜高粱对汞(Hg)、镉(Cd)、锰(Mn)和锌(Zn)的吸收在两种土壤间差异显著, 对钴(Co)、铬(Cr)、铅(Pb)和铜(Cu)的吸收差异不显著。Mn在甜高粱体内含量表现为未污染土壤高于污染土壤; 而Zn含量在不同器官之间存在差异, 未污染土壤叶中含量远高于穗, 穗中含量远高于茎和根。不同重金属在甜高粱体内的储存部位不同, 污染土壤上Hg、Cd、Co、Cr和Zn在根中积累量较高, Cu、Mn和Pb在穗中的积累量较高。甜高粱、饲用高粱和粒用高粱对重金属的吸收、运输及储存在品种之间差异较大, 同一品种对不同重金属的吸收也存在差异。饲用高粱表现为叶部对Cr和Zn的储存量较高, 而粒用高粱'晋中0823'则显示了茎对多种重金属的储存能力。高粱根对土壤中重金属的富集系数较高, 为0.02(Pb)~0.23(Cd), 转移系数变幅为0.21(Co)~3.42(Pb)。对同一种重金属的吸收量品种间差异较大, 甜高粱'西蒙'根对Co、Cr、Cu、Mn、Pb和Zn具有高富集系数, 粒用高粱'晋中0823'茎对Hg、Cd、Mn、Pb和Zn富集系数较高。高粱对重金属的吸收能力与转移能力不同步, 甜高粱'绿能1号'具有对多种重金属的高转移能力, 粒用高粱'晋中0823'只对Zn有较高的转移能力。因此本文认为甜高粱对不同重金属的吸收和转移有选择性。对Zn吸收并转移到地上部后, 首先储存在叶和穗中, 当吸收量足够大时, 茎和根也成为储存器官; 对Mn的吸收与其他重金属的吸收存在竞争作用, Hg吸收后很少向地上部转移; 而对Cu、Mn和Pb吸收后在穗部的储存量较大。饲用高粱与甜高粱相比对重金属的吸收未显示明显的不同, 甜高粱'西蒙'根对多种重金属具有强储存能力, 而粒用高粱'晋中0823'的茎秆显示了比甜高粱更强的储存能力, 甜高粱'绿能1号'对多种重金属的转移能力较强。所以, 选择富集和转移能力均强的高粱品种能更有效地吸收土壤中的重金属, 达到修复污染土壤的目的。

EI-Sawaf N .

Response of sorghum spp. to sewage waste-water irrigation

International Journal of Agriculture and Biology, 2005,7(6):869-874.

[本文引用: 1]

杨勇, 王巍, 江荣风 , .

超累积植物与高生物量植物提取Cd效率的比较

生态学报, 2009,29(5):2732-2737.

URL     [本文引用: 1]

利用植物修复污染的土壤已受到广泛的关注。采用土壤盆栽试验,比较了超累积植物遏蓝菜与3种高生物量植物印度芥菜、烟草和向日葵对长期施用含镉有机、无机肥料污染的土壤(总Cd,2.87mg·kg-1)的提取效率。研究结果表明,遏蓝菜富集镉的能力明显高于其他3种植物,其地上部镉含量可达43.7mg·kg-1,分别是烟草、印度芥菜和向日葵(叶)的10、27和56倍;而地上部生物量最高的植物烟草,其生物量干重为24.8g·pot-1,分别是遏蓝菜、印度芥菜、向日葵的35倍、3倍、2倍。4种植物提取镉最多的是烟草,每盆可以提取117μg,遏蓝菜和印度芥菜提取镉量分别为35μg·pot-1和30μg·pot-1,向日葵提取量最少,每盆仅为10μg左右。植物对土壤中镉的提取效率分别为:烟草 1%,遏蓝菜0.6%,印度芥菜 0.5%,向日葵0.08%。4种植物种植后,土壤总镉和有效态镉含量没有显著的变化。

贺玉姣 .

能源植物甜高粱对重金属Pb、Zn、Cu胁迫的生理适应性研究

南京:南京农业大学, 2008.

[本文引用: 1]

再吐尼古丽·库尔班, 吐尔逊·吐尔洪, 阿不都热依木·卡德尔 , .

甜高粱对土壤重金属Cd的吸收规律

西北农林科技大学学报(自然科学版), 2012,40(12):152-156.

[本文引用: 1]

李建钢, 刘瑞媛, 彭丹妮 , .

甜高粱在镉胁迫下的生理生化和应答机理研究进展

生物技术通报, 2018,34(11):27-35.

[本文引用: 1]

秦华, 贺前锋, 刘代欢 , .

重金属铅镉对甜高粱生长的影响及其积累特性研究

中国农学通报, 2018,34(13):119-125.

[本文引用: 1]

Zhuang P, Shu W S, Li Z , et al.

Removal of metals by sorghum plants from contaminated land

Journal of Environmental Sciences, 2009,21(10):1432-1437.

DOI:10.1016/s1001-0742(08)62436-5      URL     PMID:19999999      [本文引用: 1]

The growth of high biomass crops facilitated by optimal of agronomic practices has been considered as an alternative to phytoremediation of soils contaminated by heavy metals. A field trial was carried out to evaluate the phytoextraction efficiency of heavy metals by three varieties of sweet sorghum (Sorghum biocolor L.), a high biomass energy plant. Ethylene diamine tetraacetate (EDTA), ammonium nitrate (NH4NO3) and ammonium sulphate ((NH4)2SO4) were tested for their abilities to enhance the removal of heavy metals Pb, Cd, Zn, and Cu by sweet sorghum from a contaminated agricultural soil. Sorghum plants always achieved the greatest removal of Pb by leaves and the greatest removal of Cd, Zn and Cu by stems. There was no significant difference among the Keller, Rio and Mray varieties of sweet sorghums in accumulating heavy metals. EDTA treatment was more efficient than ammonium nitrate and ammonium sulphate in promoting Pb accumulation in sweet sorghum from the contaminated agricultural soil. The application of ammonium nitrate and ammonium sulphate increased the accumulation of both Zn and Cd in roots of sorghum plants. Results from this study suggest that cropping of sorghum plants facilitated by agronomic practices may be a sustainable technique for partial decontamination of heavy metal contaminated soils.

陈梦妮 .

三个甜高粱品种对镉、铅胁迫的响应及富集效应

晋中:山西农业大学, 2017.

[本文引用: 1]

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