一种适用于镉污染土壤修复的高粱种质筛选方法及高粱种质的新用途技术

本发明专利技术涉及一种适用于镉污染土壤修复的高粱种质筛选方法及可用种质鉴别。方法包括：将高粱种子萌发，幼苗在含镉的营养液中培养，分根和地上部分收获，烘干至恒重；根据根和地上部分的干重，采用模糊数学隶属函数法计算其相应的隶属函数值，计算高粱品系的耐受系数，进行镉耐受性评价，将高粱品系划分为多个等级；以根干重作为高粱品系镉吸收量大小的参考指标，从耐受性相对强的高粱品系中筛选出镉吸收量高的品系，从而筛选出用于镉污染土壤修复的高粱种质。本发明专利技术提供了一种快速寻找镉吸收量高的高粱种质的方法及可用于土壤修复的备选高粱种质资源，为利用能源植物高粱修复镉污染土壤提供有益参考。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土壤修复
，具体涉及一种适用于镉污染土壤修复的高粱种质筛选方法及高粱种质的新用途。
技术介绍
随着采矿、冶金工业的发展，磷肥和杀虫剂的过度使用，镉污染变得越来越严重(Zhangetal.,2015)。镉作为最具毒性的重金属之一，严重影响植物的生长发育，导致作物减产，品质下降。更严重的是，镉可以通过食物链在人体积累，引起肺癌和骨骼异常等多种疾病(Bertin&Averbeck,2006；Diasetal.,2013)。因此，治理镉污染显得尤为迫切。植物修复是一种环境友好的、经济的修复技术，近年来逐渐受到人们的关注。但目前用于植物修复的多为超富集植物，不仅生物量小，生长缓慢，而且经济效益低，难以在实践中大规模应用(Liuetal.,2011)。因此有人提出可用高生物量的一般植物尤其是能源植物(如柳枝稷，高粱和芒草等)修复重金属污染的土地(Chenetal.,2011；Metwalietal.,2013；Zhangetal.,2014)。虽然这些植物吸收重金属的量较少，但因生物量高，最后吸收的重金属总量可能会更多。杨勇等(2009)比较了超富集植物遏蓝菜和3种高生物量植物印度芥菜(Brassicajuncea)、烟草(NicotianatabacumL.)和向日葵(HelianthusannuusL.)提取Cd效率的差异，结果表明烟草对Cd的提取量最多，是超富集植物遏蓝菜对Cd提取量的4倍左右，是向日葵对Cd提取量的13倍，从而证明了一些高生物量植物可以用于重金属污染土壤的修复。高粱是一种C4植物，具有很高的光合作用效率，被美国能源部列为可用于满足潜在生物质生产需求的重要草本能源植物之一(Gilletal.,2014；Gnansounouetal.,2005)。高粱的种子，富含纤维素、半纤维素的茎和叶，以及地上部分秆中糖分(主要是甜高粱)均可用于乙醇生产。已有研究表明高粱对铅、镉、镍、铬、锌和铜等都有很好的吸收能力(AlChamietal.,2015；Bonfranceschietal.,2009；Salmanetal.,2013)，而且与小麦和玉米相比，高粱对镉和铜有更强的耐受性(Metwalietal.,2013)。在镉污染土壤种植高粱(甜高粱)不仅能为乙醇生产提供原料，而且能够达到土壤修复的目的。此外，乙醇生产后产生的纤维素残渣，可以用于燃烧发电，进一步可以从灰烬中回收重金属(Woods2001；Li2013)。经过这个过程，镉从食物链转移到了能源链，避免了对人体的危害。同一植物的不同品种或品系在镉耐受和吸收方面有很大差异。Barzanti等(2011)报道不同香雪球(Alyssum)在镉的耐受性和累积方面有明显差异。Yang等(2015)比较了24个柳树(Salixspp.)品系在锰处理下的表现，结果显示不同品系在锰的耐受性和积累方面有很大差异。Shi等(2015)研究发现相同处理下12个小麦栽培种的籽粒和地上部分秆中砷和镉浓度差异显著。因此，通过种质筛选的方法寻找对重金属吸收量高的品种或品系对植物修复实践具有重要意义。国内外关于不同高粱种质对重金属吸收能力差异的研究比较少，而以植物修复为目的的高粱种质筛选更是鲜有报道。Soudek等(2013)通过测定水培条件下6个高粱(甜高粱)根和地上部分镉含量，比较了他们在镉吸收能力方面的差异。籍等(2014)通过田间试验，测定了11个高粱(甜高粱)品种中汞(Hg)、镉(Cd)、锰(Mn)、锌(Zn)、钴(Co)、铬(Cr)、铅(Pb)和铜(Cu)等8种重金属的含量，以评价他们对不同重金属吸收能力的差异。现有的技术一般需要通过测定高粱的镉含量来评价该品系对镉的吸收能力，虽然结果比较可靠，但对于数量众多的种质资源，该方法显得耗时、耗力、成本高。而如果直接开展田间试验，又有土壤条件难以控制等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于镉污染土壤修复的高粱种质筛选方法。本专利技术所提供的适用于镉污染土壤修复的高粱种质筛选方法，包括下述步骤：1)将高粱种子萌发，将得到的幼苗在含镉的营养液中培养，分根和地上部分收获，分别将收取的高粱幼苗的根和地上部分烘干至恒重，然后称重；2)分别根据高粱的根和地上部分的干重，采用模糊数学隶属函数法计算根干重隶属函数值和地上部分干重隶属函数值，再根据某一高粱品系的根干重隶属函数值和地上部分干重隶属函数值计算所述高粱品系的耐受系数从而进行该品系高粱的镉耐受性评价，并将高粱品系划分为多个等级；3)进行相关性分析和通径分析，确定根干重为高粱品系镉吸收量大小的重要参考指标，根据各个品系的根干重从耐受性相对强的高粱品系(第I和II等级品系)中筛选出镉吸收量高的品系，即筛选出适用于镉污染土壤修复的高粱种质。上述方法步骤1)中，所述营养液具体可为1/2Hoagland营养液。所述1/2Hoagland的成分为：2.5mMCa(NO3)2,2.5mMKNO3,0.5mMKH2PO4,1mMMgSO4,0.01mMFe-EDTA和微量元素。所述营养液中Cd最终浓度为5-15μM。所述培养为温室培养。温室培养的条件为：白天25℃，晚上20℃，光照16h，相对湿度60％。所述烘干可在70℃的烘箱中进行。上述方法步骤2)中，所述某一高粱品系的耐受系数为其根干重隶属函数值和地上部分干重隶属函数值的平均值。上述方法步骤2)中，根据耐受系数大小将高粱品系分为五个等级，第I等级为镉耐受性最强的品系第II等级为镉耐受性较强的品系第III等级为镉耐受性中等的品系第IV等级为镉敏感的品系第V等级为最敏感的品系通过上述方法筛选出的高粱种质在镉污染土壤修复中的应用也属于本专利技术的保护范围。所述高粱种质为CHEDOMBA，DhurraNo.7，MN4138，Juar(编号“52”)，MALNAL，NYTWAL，UMMELTEIMAN，Co.1，MN2089或ETS3080。优选地，所述高粱种质为CHEDOMBA、DhurraNo.7或MN4138。本专利技术通过对96个高粱品系镉处理后根干重，地上部分干重、根中镉含量和地上部分镉含量与单株镉总量进行相关性分析和通径分析，结果显示根干重与单株镉总量的直接相互作用最强，因此根干重更能反映高粱对镉的提取能力，可以作为预测高粱对镉吸收量的重点参考指标。在实际应用中，对相同条件下生长的不同高粱品系即可通过根干重大小来判定其吸收镉能力强弱。这样就极大地减少了工作量，降低了成本，节省了时间。本专利技术提供了一种快速寻找镉吸收量高的高粱种质的方法，为利用能源植物高粱(甜高粱)修复镉污染土壤提供有益参考。本专利技术方法的创新之处在于：a.建立了能源植物高粱镉耐受性的评价方法；b.根据96个高粱品系基础数据提出用根的干重作为初步评价高粱吸收能力的重要参考指标；c.建立了筛选适合植物修复的高粱品系的标准。附图说明图1为实施例中不同高粱品系的耐受系数等级分布图。图2根和地上部分各自干重和镉浓度与单株镉总量相关性分析。图3为不同高粱品系的根干重分布图。图4为不同高粱品系单株镉总量。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术进行说明，但本专利技术并不局限于此。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于镉污染土壤修复的高粱种质的筛选方法，包括下述步骤：1)将高粱种子萌发，将得到的幼苗在含镉的营养液中培养，分根和地上部分收获，分别将收取的高粱幼苗的根和地上部分烘干至恒重，然后称重；2)分别根据高粱的根和地上部分的干重，采用模糊数学隶属函数法计算根干重隶属函数值和地上部分干重隶属函数值，再根据某一高粱品系的根干重隶属函数值和地上部分干重隶属函数值计算所述高粱品系的耐受系数从而进行该品系高粱的镉耐受性评价，并将高粱品系划分为多个等级；4)进行相关性分析和通径分析，确定根干重为高粱品系镉吸收量大小的重要参考指标，根据各个品系的根干重从耐受性相对强的高粱品系中筛选出镉吸收量高的品系，即筛选出可用于镉污染土壤修复的高粱种质。

【技术特征摘要】
1.一种用于镉污染土壤修复的高粱种质的筛选方法，包括下述步骤：1)将高粱种子萌发，将得到的幼苗在含镉的营养液中培养，分根和地上部分收获，分别将收取的高粱幼苗的根和地上部分烘干至恒重，然后称重；2)分别根据高粱的根和地上部分的干重，采用模糊数学隶属函数法计算根干重隶属函数值和地上部分干重隶属函数值，再根据某一高粱品系的根干重隶属函数值和地上部分干重隶属函数值计算所述高粱品系的耐受系数从而进行该品系高粱的镉耐受性评价，并将高粱品系划分为多个等级；4)进行相关性分析和通径分析，确定根干重为高粱品系镉吸收量大小的重要参考指标，根据各个品系的根干重从耐受性相对强的高粱品系中筛选出镉吸收量高的品系，即筛选出可用于镉污染土壤修复的高粱种质。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中，所述营养液为1/2Hoagland营养液；所述营养液中Cd最终浓度为5-15μM；所述培养为温室培养；温室培养的条件为：白天25℃，晚上20℃，光照16h，相对湿度60％；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李银心，贾伟涛，冯娟娟，李十中，
申请(专利权)人：清华大学，中国科学院植物研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11