鎘脅迫對水培桑苗生長的影響

曾燕蓉 朱方容 等

摘要：【目的】了解鎘脅迫對水培桑苗生長發育的影響規律，篩選適宜鎘污染土壤的桑樹材料，為高耐鎘和鎘低積累桑樹品種的篩選提供參考依據。【方法】以桂桑優12和桂桑優62為試驗材料，設不同鎘濃度的水培試驗，測定桑苗的成活率和死亡率，運用線性回歸法建立鎘脅迫濃度與桑樹死亡率的回歸直線方程，計算不同桑樹品種對水培液中鎘的耐受性;調查桑苗在鎘脅迫下生長30 d的單株葉和莖鮮重及解除鎘脅迫后培養30 d的生長指標和葉片葉綠素熒光參數，分析鎘對桑苗的毒害作用。【結果】據回歸直線方程計算得知，水培30 d后，水培液中鎘對桂桑優62和桂桑優12的半致死濃度分別為1.20和1.46 mg/kg，致死濃度分別為2.07和2.54 mg/kg。水培液中鎘濃度高于0.10 mg/kg時，兩個桑品種植株的葉片、莖鮮重均小于在無鎘培養液中生長的桑苗（對照，CK）。解除鎘脅迫后，0.05 mg/kg處理桑苗的生長狀況優于CK，實際光能轉換效率[Y（II）值]低于CK，葉片光系統已受到鎘的毒害;0.10～0.50 mg/kg處理的桑苗生長狀況明顯不及CK，葉片最大光能轉化效率（Fv/Fm）和Y（II）值均明顯下降，光系統受到鎘的嚴重毒害。【結論】桑苗受到鎘的毒害作用外在表現為植株生長受抑制，其中根系受到的影響最明顯;內在表現為葉片光合作用被抑制，且該影響較難恢復。利用水培法進行桂桑優12和桂桑優62栽培時水培液中的鎘濃度應不高于1.0 mg/kg，以低于0.5 mg/kg為宜，且桂桑優12對鎘的水培耐受性高于桂桑優62。

關鍵詞： 鎘脅迫;桑苗;水培;生長狀況;葉綠素熒光特性;桂桑優12;桂桑優62

中圖分類號： S888.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2019）02-0247-10

Abstract：【Objective】The present study was conducted to understand influence rules of the growth of hydroponic mulberry seedlings under cadmium stress and screen mulberry materials suitable for cadmium contaminated soil and provide reference for high tolerance cadmium varieties and low accumulation cadmium varieties of mulberry screening.【Method】In this research，Guisangyou 12 and Guisangyou 62 were used as experimental material，hydroponic experiments with different cadmium concentrations were designed. Through determination of survival rate and mortality of mulberry seedlings，linear regression equation of cadmium stress concentration and mulberry mortality was established by linear regression method. According to the equation，the tolerance of mulberry varieties to cadmium in hydroponics were calculated. The toxic effect of cadmium on mulberry was analyzed by investigating leaf weight per mulberry plant and fresh weight of stem growing under cadmium stress for 30 d，and the growth indicators and chlorophyll fluorescence parameters of leaves for 30 d after cadmium stress was relieved. 【Result】Calculated by regression linear equation， the semi-lethal concentration of cadmium of Guisangyou 62 and Guisangyou 12 were 1.20 and 1.46 mg/kg respectively，and the lethal concentration were 2.07 and 2.54 mg/kg respectively after 30 d of hydroponic culture. When the cadmium concentration was more than 0.10 mg/kg in the hydroponic solution，the fresh weight of leaves and young stems of the two mulberry varie-ties were smaller than that grew in cadmium-free medium（control，CK）. After the stress was removed，the growth of mulberry seedlings in 0.05 mg/kg were better than that of CK，and the actual photoenergy conversion efficiency[Y（II） value] was lower than that of CK，and the photosystem of leaves had been poisoned by cadmium.The growth of mulberry seedlings treated by 0.10-0.50 mg/kg treatments were largely lower than that of the control group，the maximum photoenergy conversion efficiency（Fv/Fm） and Y（II） value of leaves were greatly reduced，and the photosystem was seriously poisoned by cadmium. 【Conclusion】The external performance of mulberry is that plant growth is inhibited if mulberry is poisoned by cadmium. Simultaneously the root system is affected the most seriously. And the internal performance of mulberry is that the leaf photosynthesis is inhibited which is more difficult to recover. The concentration of cadmium in the hydroponic liquid should be no more than 1.0 mg/kg when cultivating Guisangyou 12 and Guisangyou 62 by hydroponic method. It is better not to exceed 0.5 mg/kg. In this study， the hydroponic tolerance of Guisangyou 12 to cadmium is higher than that of Guisangyou 62.

Key words： cadmium stress; mulberry; hydroponics; growth status; chlorophyll fluorescence characteristics; Guisangyou 12; Guisangyou 62

0 引言

【研究意義】目前，我國耕地受重金屬污染面積大（孫建幫等，2015），且呈現出加劇態勢，對人們的身體健康、食品安全及生態環境均造成嚴重威脅。鎘非植物生長的必需微量元素，而是重金屬污染源之一，對植物體（鄭春榮等，2004;劉曉慶等，2017;陳寧美等，2018）和人類（李銀保等，2009）均具有毒害作用，但目前我國耕地的鎘污染情況十分嚴重（國土資源部，2014;鄧琴等，2017;楊國濤等，2018）。已有研究表明多種方法可修復鎘污染土壤或水體（曹勝等，2017;王曉美等，2018），其中桑樹在鎘污染土地的生態利用中相對于其他植物具有明顯優勢（譚勇壁，2008;徐寧等，2015）。當前，耐重金屬脅迫桑樹品種的篩選主要采用盆栽法，但該方法存在基質、灌溉和添加試驗難達一致性的問題，進而影響試驗的重復性;且桑樹是木本植物，生長發育受時間和自然環境的影響，生長周期較長，品種資源眾多，篩選和培育對鎘具有高耐性和低積累性的應用品種時工作量大、周期長，且易對環境造成二次污染，不利于實現栽桑養蠶高效無毒利用和修復重金屬污染土壤等生態效應。水培法是一種重要的無土栽培方法，日常管理較簡單，栽培的作物生長速度較快。因此，與桑樹的品種篩選及選育研究結合，建立桑樹品種對鎘耐受性的水培快速篩選方法，了解桑樹在鎘脅迫下的生長發育規律，不僅有利于加快高效篩選桑樹高耐鎘品種和鎘低積累品種的研究進程，還也對今后開展鎘污染土壤治理和生態利用具有重要意義。【前人研究進展】至今，已有較多利用水培法進行植物耐鎘或其他金屬元素品種篩選的研究。代成成（2010）結合田間和室內水培試驗，分別篩選得到不同鎘積累量的小白菜品種;郭利雙等（2015）利用水培方法進行鎘高積累棉花品種的篩選，發現棉花苗期能大量吸收培養溶液中的鎘，不同品種間吸鎘能力差異明顯;孫凱等（2016）通過水培試驗研究了6個苧麻品種在鎘脅迫下的耐受能力和吸附能力，認為水培是篩選苧麻耐鎘品種的一種快速、便捷、可靠的方法;張騫（2017）對不同品種的生菜和莧菜進行全生育期、旺盛生長期及短期含砷營養液水培試驗，并與土培試驗結果進行比較，認為短期吸收法具有用時短、污染少等優點，可作為砷低吸收作物篩選優先選用的方法，旺盛生長期水培法次之。目前有關桑樹品種對鎘耐受性的水培法研究僅是探討鎘脅迫對某個具體品種生長及生理的影響，如劉旭輝等（2012）在水培液中添加不同濃度的鋅和鎘，研究不同培養時間和桑苗不同部位吸收、積累、轉運鋅和鎘的動態變化規律;覃勇榮等（2012）以桑特優二號為材料，采用水培法研究了不同濃度鎘脅迫下是否添加EDTA處理桑苗葉片丙二醛含量的動態變化。【本研究切入點】目前，國內現有的桑樹與重金屬脅迫相關文獻報道大多采用土壤栽培方式，研究內容基本集中于桑樹在不同重金屬含量土壤中的生長發育及桑樹各部位對重金屬的富集效果方面（黃仁志等，2018），而針對桑樹品種對鎘耐受性的水培篩選研究尚無相關報道。【擬解決的關鍵問題】以廣西主栽桑樹品種桂桑優12和桂桑優62為材料，通過不同鎘濃度的水培試驗，測定桑苗的成活率和死亡率，運用線性回歸法建立鎘脅迫濃度與桑樹死亡率的回歸直線方程，計算不同品種對水培液中鎘的耐受性，建立一種操作簡單、成本低、篩選周期短、環境污染低的桑樹對鎘耐受性的水培快速篩選方法;同時調查桑苗在鎘脅迫和解除鎘脅迫后的單株莖葉鮮重，分析鎘對桑樹生長的影響，為高耐鎘和鎘低積累桑樹品種的篩選提供參考依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

供試桑樹品種為桂桑優12和桂桑優62，試驗苗木均為廣西蠶業科學研究院自育桑苗。供試鎘源為水合氯化鎘（CdCl2·2?H2O），分析純，含量≥99.0%，成都市科龍化工試劑廠生產。水培設施為可移動植物LED光照循環水培裝置，為廣西蠶業科學研究院自主發明專利（專利號：ZL201420403636.6）。無土栽培生長期使用肥料為專用型水溶性肥料（20-10-20型），武漢瑞萊肥料有限公司生產。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 苗木準備 2014年6月，取桂桑優62種子在廣西蠶業科學研究院苗圃旱地播種育苗;2015年7月，帶土挖取苗莖6 mm、無病蟲的一年生實生苗，清水輕輕洗掉根部土壤，修剪枝葉后保留主莖25～30 cm，移植于可移動植物LED光照循環水培裝置中，作為桑苗對鎘的耐受性試驗I的材料。

2016年9月，分別取桂桑優12和桂桑優62種子，在廣西蠶業科學研究院大棚苗床中直接播種育苗，基質為泥炭土和珍珠巖為1∶1的混合基質，待幼苗長至高10～15 cm，經控水煉苗10 d后，輕輕起苗并抖掉大部分基質，用清水洗去少量粘根基質，根系盡量保持完整，移植于水培裝置中，作為桑苗對鎘的耐受性試驗II的材料。

2017年3月，采用2016年相同方法再次播種育苗，作為鎘對水培桑苗生長影響的試驗材料。

1. 2. 2 桑樹室內水培條件 桑樹室內水培的溫度條件為自然溫度25～31 ℃，采用無土栽培專用型水溶性肥料對水2000倍作為基礎水培液，桑苗生長所需光照以LED植物燈（紅、藍光配比8∶1）為光源，光照周期設為光照14 h（6：00—20：00）、黑暗10 h（20：01—次日05：59）。水培槽內用水泵運行供氧，每小時運行15 min。

水溶液中添加的鎘來自水合氯化鎘，先將適量水合氯化鎘溶解于少量水中，再將氯化鎘水溶液加入準備好的水培液中，混勻保證水培液中鎘的分布均勻一致。

1. 2. 3 水培桑苗對鎘的耐受性試驗I 2015年7—9月，將桂桑優62一年生苗統一栽植至水培槽內，根部浸沒于水培液中，修剪去除枝葉，主莖用海綿固定于定植板定植孔中，并于板面上2 cm處剪去莖梢，莖干高度8～10 cm，水培液共設6個鎘脅迫處理，鎘濃度分別為0.1、1.0、10.0、25.0、50.0和100.0 mg/kg，以未添加鎘的水培液為對照（CK），每處理3個重復，每重復28株，測試桑樹葉片和根的萌發、生長對鎘的最大耐受性。

1. 2. 4 水培桑苗對鎘的耐受性試驗II 2016年10—11月，以桂桑優12和桂桑優62當年生苗為材料，以水培液鎘濃度1.0 mg/kg為中心設5個鎘脅迫處理，鎘濃度分別為0.1、0.5、1.0、1.5和2.0 mg/kg，以未添加鎘的水培液為CK，每處理3個重復，每重復28株，測試桑樹葉片和根系正常生長過程中對鎘脅迫的最大耐受性。

1. 2. 5 鎘脅迫對水培桑苗生長的影響測試 2017年5—7月，為保證桑苗較高的成活率和良好的生長，以0.50 mg/kg為鎘脅迫濃度上限，設4個鎘脅迫處理，鎘濃度分別為0.05、0.10、0.25和0.50 mg/kg，以未添加鎘的水培液為CK，每處理3個重復，每重復21株。添鎘水培30 d后，桑苗在定植板以上2 cm處剪去枝葉，排去含鎘水培液，換成無鎘的基礎水培液，解除鎘脅迫繼續水培。無鎘水培30 d后，觀察各處理桑苗的生長情況。

1. 3 測定項目及方法

水培桑苗對鎘的耐受性試驗：水培液中添加鎘后，按正常水培條件水培生長30 d，每10 d觀察并統計桑樹的成活率和死亡率，有新芽萌發視為成活，不發芽不發根為桑樹死亡判斷標準。

鎘脅迫對水培桑苗生長的影響試驗：水培液添加鎘后，按正常水培條件水培生長30 d，每3～5 d觀察并記錄桑苗根、莖、葉的生長發育情況，30 d后將桑樹定植板上部保留2 cm左右統一剪下調查統計各處理桑樹的單株葉、莖鮮重。解除鎘脅迫后，正常水培條件下生長30 d后，測量記錄桑苗的株高、葉長、葉寬、葉片大小與數量、各部位鮮重;每處理選擇生長最均勻的3株桑苗，每株桑苗選擇中部葉面積最大的功能葉片（其中CK和0.05 mg/kg處理為第4葉位，0.10與0.25 mg/kg處理為第3葉位，0.50 mg/kg處理為第2葉位），每葉取葉柄兩側的中央區域，用葉綠素熒光儀（型號Mini-PAM-Ⅱ，德國WALZ 公司）測定桑苗的葉綠素熒光值。

1. 4 統計分析

試驗數據采用 Excel 2007進行初步統計，采用SPSS 16.0進行處理間差異顯著性分析。

2 結果與分析

2. 1 水培桑苗對鎘的最大耐受性試驗結果

2. 1. 1 水培桑苗對鎘的耐受性試驗I結果 由表1可知，除50.0 mg/kg處理培養20 d外，桂桑優62一年生桑苗添鎘培養10～20 d的成活率與CK均無顯著差異（P>0.05，下同）;培養30 d后鎘脅迫處理的成活率均極顯著低于CK（P<0.01，下同），而死亡率極顯著高于CK。水培前期，桑苗新根未長出或剛長出，植株主要依靠自身營養萌生新芽，鎘未到達莖葉產生毒害，因此各處理成活率相差不明顯;水培30 d后，CK和低濃度（0.1～1.0 mg/kg）鎘脅迫處理的桑苗已有新根長出，高濃度（≥10.0 mg/kg）鎘脅迫處理的桑苗新根難萌發、舊根出現腐爛，鎘對桑苗根、葉萌發及生長的毒害作用已體現，此時鎘脅迫處理桑苗的成活率和死亡率與對照的差異均達極顯著水平。

試驗中觀察發現，0.1 mg/kg鎘脅迫處理已對桑苗根、葉的萌發及生長產生一定程度的毒害，其中根系直接接觸水培液受到的毒害更直接、明顯，但在此濃度下植株還能基本維持生長;鎘濃度在1.0 mg/kg以上時，鎘對桑苗根、葉的萌發及生長產生較大毒害作用，葉片典型癥狀表現為變小、數量減少，葉脈黃化直至蔓延整張葉片，最后黃化枯萎，CK桑苗的正常黃化葉片則表現為脈間失綠、全葉均勻黃化但葉脈仍保持綠色（圖1），根系典型癥狀表現為新根數量變少、長度變短、根尖稍膨大、難發新根（圖2），最明顯表現為水培液面下難發新根，但液面與定植板中間孔隙層仍可見部分新根長出（圖2-B）。此外，1.0～100.0 mg/kg鎘濃度處理桑苗在水培30 d后的成活率雖保持在52.38%～88.10%，但隨著水培時間的推移，這些鎘中毒桑苗即使前期萌發新葉，由于缺乏新根導致無法吸收水培液的營養物質，不能維持植株正常生長需要，待植株在苗圃生長積累的主莖營養耗盡后葉片即開始枯萎、掉落，直至植株死亡。鎘濃度越高，植株受到的不良影響越嚴重，成活株后期死亡越快且越多，鎘的毒害性越明顯。綜上所述，要保證桑樹葉片和根系較好的萌發、生長，水培溶液中鎘的最大脅迫濃度應小于1.0 mg/kg。

2. 1. 2 水培桑苗對鎘的耐受性試驗II結果 由試驗I結果可知，鎘濃度大于1.0 mg/kg時即對水培桑苗葉片、根系的萌發和生長產生不利影響，因此試驗II改用桂桑優12和桂桑優62當年生實生苗為材料，以1.0 mg/kg為中心，將鎘濃度設為0～2.0 mg/kg。由表2可知，水培30 d后，鎘濃度≤0.5 mg/kg時桂桑優12和桂桑優62的幼苗仍能基本保持枝葉正常生長，死亡率為0;但當鎘濃度為0.1 mg/kg時，桂桑優62根系已難發新根，桂桑優12新根數量變少、變短，鎘已對桑苗產生毒害;鎘濃度≥1.0 mg/kg時，桑苗開始出現葉片黃化枯萎、無新根、生長停止甚至死亡的現象，死亡率上升至7.14%～91.67%，鎘脅迫濃度越高，桑苗死亡率越高。

根據試驗II結果，借鑒動物半致死濃度的線性回歸計算方法（李翠萍等，2012），初步建立鎘脅迫濃度（y）與桑苗水培死亡率（x）的回歸直線方程，得到桂桑優62的回歸方程為y=0.0173x+0.3395，回歸系數R2=0.8505;桂桑優12的回歸方程為y=0.0216x+0.3785，回歸系數為R2=0.8342。依此計算桑苗死亡率分別為5%、50%、95%和100%時的鎘脅迫濃度，桂桑優62為0.43、1.20、1.98和2.07 mg/kg，桂桑優12為0.49、1.46、2.43和2.54 mg/kg。因此，水培液中鎘對桂桑優62和桂桑優12的半致死濃度分別為1.20和1.46 mg/kg，致死濃度分別為2.07和2.54 mg/kg（此結果依據水培30 d的統計結果計算獲得）。

由于缺乏新根導致桑苗無法吸收水培液的營養物質，不能維持桑樹正常生長需要，隨水培時間的延長，鎘脅迫濃度越高，桑苗葉枯苗死的情況愈加嚴重，水培至50 d左右時2.0 mg/kg處理的桑苗基本全部死亡。根據試驗II結果并結合桑樹根系及植株后期生長狀況，要保證桂桑優62、桂桑優12較高的水培成活率及良好的生長，須嚴格控制水培液中鎘的濃度。若水培成活率要達95%，即桑苗死亡率小于5%時，水培液中鎘的濃度應不高于0.5 mg/kg。

2. 2 鎘脅迫下桑苗的生長情況

將桂桑優12、桂桑優62當年生實生苗在0～0.50 mg/kg鎘濃度處理下水培30 d后，測定其單株葉、莖鮮重。由圖3可看出，桂桑優12在0.05～0.10 mg/kg鎘濃度處理下，單株葉、莖鮮重與CK差異不顯著，鎘脅迫對地上部枝葉生長的影響不明顯，但觀察發現其根系生長已受到一定程度的抑制，雖依然能萌發新根，但根數有所減少;在0.25～0.50 mg/kg鎘濃度處理下，桑苗枝葉生長開始受到較明顯的抑制，植株變矮小，根數明顯減少，根系變褐、難發新根，基部葉片黃化、掉落，頂端嫩葉較黃甚至發生輕微皺縮，此時單株葉、莖鮮重均顯著低于CK及0.05～0.10 mg/kg處理（P<0.05，下同）。與CK相比，其單株葉、莖鮮重除在0.05 mg/kg處理下略有增加外，0.10～0.50 mg/kg處理分別減少18.9%～54.6%和19.6%～49.7%。

由圖3還可看出，桂桑優62在鎘脅迫處理下的單株葉、莖鮮重與較CK相比有不同程度的減少，其中單株葉鮮重減少均達顯著水平，但單株莖鮮重在各處理間差異不顯著。試驗中觀察發現，在0.05 mg/kg處理下，桑苗根系生長受到抑制，根數有所減少，但能萌發新根;在0.10～0.50 mg/kg處理下，桑苗枝葉生長受到明顯抑制，植株高度下降，根數顯著減少，主根變褐、須根變短、極難萌發新根。

對比分析發現，0.05 mg/kg微量鎘脅迫處理可略促進桂桑優12桑苗的生長，葉片、嫩莖鮮重大致相當或有少量增加，鎘未對其桑苗產生毒害;但桂桑優62桑苗在同一水培液中，根系、枝葉生長均受抑制，單株葉片、嫩莖鮮重均降低，鎘對其桑苗已產生毒害作用。水培液中鎘濃度大于0.10 mg/kg，兩個桑品種植株的葉片、嫩莖鮮重均低于對照。

2. 3 解除脅迫后桑苗的生長情況

桑苗經鎘脅迫培養后，植株生長發育均受到不同程度的影響，為研究鎘對桑苗生長的影響是否具有可恢復性或不可逆性，對桑苗進行剪伐，解除鎘脅迫后繼續培養30 d，觀察植株的生長狀況。

由表3可知，解除脅迫培養30 d后，0.05 mg/kg處理桑苗的生長勢最好，株高、葉片大小和數量、葉莖鮮重等數值均最高，其次為CK，0.10、0.25和0.50 mg/kg處理桑苗的生長勢均較CK差，且隨鎘脅迫濃度的增加，各指標數值愈低。

解除脅迫后，0.05 mg/kg處理的兩個桑品種的株高和單株葉片鮮重均極顯著高于CK，葉長、葉寬、葉長寬乘積和單株莖鮮重均顯著或極顯著高于CK，葉長寬比、單株葉片數和根系鮮重與CK差異不顯著。這是因為0.05 mg/kg濃度較低，在脅迫培養時已對葉、莖生長表現出促進作用，解除脅迫后，桑苗體內微量的鎘元素對其生長仍可能繼續產生一定的促進作用，因此該處理的桑苗在解除脅迫后生長狀況最佳。0.10～0.50 mg/kg處理解除脅迫后，其桑苗的各項生長指標均較CK降低，且大部分指標與CK的差異達顯著或極顯著水平。桑苗生長的外界鎘脅迫環境雖已消除，但過量的鎘元素對桑苗生長造成的毒害作用太嚴重，難以恢復。

2. 4 解除脅迫后桑葉的葉綠素熒光特性變化

植物葉片葉綠素熒光參數Fv/Fm是指光系統Ⅱ的原初光能轉換效率，即光系統II反應中心捕獲激發光能的效率，反映植物的潛在最大光能轉化效率（汪洪等，2008）。Fv/Fm是研究光抑制或各種環境脅迫對光合作用影響的重要指標，在健康生理狀態下絕大多數高等植物的Fv/Fm在0.80～0.85，當Fv/Fm下降時，代表植物受到脅迫。葉綠素熒光參數Y（II）值則是指光系統Ⅱ的實際光合效率，反映光合機構當前的實際光能轉換效率。為更深入研究鎘對桑樹生長的影響，在桑苗剪伐、解除脅迫培養30 d后，測定植株中部葉片的葉綠素熒光參數Fv/Fm和Y（II）值，分析鎘對桑葉葉綠素熒光特性變化的影響。

由圖4可看出，桂桑優12和桂桑優62 CK的Fv/Fm分別為0.791和0.801，基本接近或符合正常范圍;解除脅迫后，兩個桑品種在0.05 mg/kg處理下的植株長勢與CK相當甚至略好，其Fv/Fm均較CK有所升高，達0.813和0.807，但差異未達顯著水平;兩個桑品種在0.10、0.25和0.50 mg/kg處理下的Fv/Fm均低于CK，除桂桑優12 0.10 mg/kg處理的Fv/Fm維持在中等水平（0.609）外，其他處理的Fv/Fm基本降至0.300～0.350的較低水平，最大光合效率顯著下降。

由圖4還可看出，0.05 mg/kg處理的Fv/Fm雖略有升高，但其Y（II）值稍低于CK，說明其桑樹生長量雖有所增加，但葉片光系統已受到一定程度的鎘毒害，即使解除鎘脅迫因素，該毒害仍不能完全消除，鎘對桑樹的毒害具有不可逆性和隱蔽性。鎘濃度大于0.25 mg/kg時，兩個桑品種葉片的Y（II）值均顯著低于CK，說明鎘濃度過高使光系統受到嚴重毒害，實際光合效率顯著下降。

綜合分析可知，兩個桑品種CK的Fv/Fm和 Y（II）值基本相同，品種間差異不明顯;解除脅迫后，相同鎘濃度處理的桂桑優12桑葉Fv/Fm和Y（II）值整體上略高于桂桑優62，說明其最大光能轉化效率和實際光合效率稍高于桂桑優62，表明桂桑優62在鎘脅迫下其光系統受到的毒害作用較大，可能與不同品種對鎘的耐受性存在差異有關。

3 討論

3. 1 桑苗對水培液中鎘的耐受性

本研究利用水培法的高效、快速、簡單優勢，通過向水培液中添加不同濃度鎘進行脅迫處理，借鑒動物的半致死濃度計算方法——線性回歸法（李翠萍等，2012），建立鎘脅迫濃度與桑樹水培苗死亡率的回歸直線方程，依據方程計算水培半致死濃度（桑樹死亡率為50%）和致死濃度（桑樹死亡率為100%），據此對供試品種進行比較篩選。結果表明，水培30 d后，水培液中鎘對桂桑優62和桂桑優12的半致死濃度分別為1.20和1.46 mg/kg，致死濃度分別為2.07和2.54 mg/kg，鎘濃度低于1.0 mg/kg時桑樹能正常生長，高于1.0 mg/kg時桑樹生長受到明顯抑制。劉旭輝等（2012）、覃勇榮等（2012）研究認為，水培液中鎘濃度小于50 mg/kg時桑樹可正常生長，大于50 mg/kg時桑樹生長受明顯抑制。本研究結果與之差異明顯，其原因可能與試驗桑樹品種、桑苗苗齡、營養狀況、鎘源、水培裝置、培養液種類及培養時間等多方面因素有關。本研究采用桂桑優12和桂桑優62為試驗材料，直接播種苗床育苗獲得植株，鎘源為氯化鎘，采用室內可移動植物LED光照循環水培裝置，以無土栽培專用型水溶性肥料對水配制水培液，在添鎘水培30 d后進行調查分析，且鎘脅迫期間未添加其他物質，植株持續不斷地受到鎘的脅迫作用。而劉旭輝等（2012）、覃勇榮等（2012）研究中的試驗材料與本研究不同，且其鎘源為硝酸鎘，水培液為霍格蘭氏營養液，于水培3～45 d或8～23 d后采樣，同時添加EDTA或鋅。以上多方面的差異造成了試驗結果的不同。

此外，與桐花樹（楊盛昌和吳琦，2003）、菜豆（周青等，2003）、玉米（汪洪等，2008）和水稻（何俊瑜等，2010）等有關的水培研究表明，水培液中鎘濃度分別為0.0005、3.36、2.24和0.112 mg/kg時，各種作物幼苗的生長已受到抑制，且隨鎘處理時間的延長，植株受到的傷害加重，由此可知水培液中鎘濃度很低即可對作物生長產生較強的毒害作用，與本研究結果較接近。但不同品種、不同苗齡、不同試驗時間等具體條件下桑樹對水培液中鎘的耐受性仍需深入研究。

3. 2 桑樹品種對鎘耐受性水培快速篩選的探索

借鑒作為衡量某種因素（藥物、毒物、細菌、理化刺激等）對實驗動物毒力或效力的指標，本研究首次初步建立鎘脅迫濃度與桑苗水培死亡率的回歸直線方程，據方程計算桑樹對水培液中鎘的耐受性，水培30 d后，水培液中鎘對桂桑優62和桂桑優12的半致死濃度分別為1.20和1.46 mg/kg，致死濃度分別為2.07和2.54 mg/kg。桂桑優12對鎘的水培耐受性高于桂桑優62，與于輝等（2008）研究得出的不同植物品種及同一植物不同器官對鎘的吸收和積累能力存在差異的結論一致。此外，土壤栽培試驗結果表明，桂桑優12對鎘的耐受性表現優于桂桑優62，與本研究建立的桑樹品種對鎘耐受性的水培快速篩選方法結果一致。由于試驗材料和時間限制，試驗中僅研究桂桑優62和桂桑優12兩個桑品種，今后可應用此水培快速篩選方法，擴大現行桑樹栽培品種的材料，開展更多桑樹品種資源的鎘耐受性品種篩選研究，以豐富、完善試驗結果，使其具有更高的社會應用價值。

應用探索建立的水培快速篩選方法，桑苗生長快，移栽修剪后水培2～3 d即恢復生長，萌出新根，萌發新芽;水培10～15 d后，桑苗生長至4～5片葉，即可在水培液中添加鎘，添鎘后10～20 d桑苗中毒癥狀開始出現，30 d后品種間差異較明顯，達到理想試驗效果;同時，桑樹生長發育不受外界自然溫度、濕度、光照的影響，桑苗移植后45 d左右即可完成一次篩選試驗，極大縮短了桑樹品種對鎘耐受性的篩選周期，省時省工、節約成本，且能達到試驗所需的均一性和可重復性，實現了桑樹品種對鎘耐受性的水培快速、高效篩選，為桑樹強耐鎘品種和低積累品種的選育和生態應用開發打下了基礎，具有較高的科研和實用價值。

3. 3 鎘對桑苗生長發育的影響及毒害作用

水培液中鎘濃度為0.05 mg/kg時，桑苗的生長狀況接近或略優于CK，說明微量的鎘有利于植株生長，超過此濃度后鎘對桑苗生長的毒害作用明顯，桑苗出現葉黃枯萎、生長停止甚至死亡現象。此規律與陳朝明等（1999）、萬飛（2004）采用土壤栽培法對桑樹鎘耐受性的研究結果相似，但與二者對應的鎘濃度不一致，水培液中0.05 mg/kg的鎘濃度分別對應土壤中的鎘濃度為22.3 mg/kg（陳朝明等，1999）和8.48 mg/kg（萬飛，2004），1.0 mg/kg的鎘濃度分別對應土壤中的鎘濃度為145 mg/kg（陳朝明等，1999）和140 mg/kg（萬飛，2004）。其原因可能與供試桑品種、栽培基質（水、土壤）的不同有關，采用水培法可減少其他因素影響，目標影響因子易控，而土壤中影響因素眾多，土壤微生物、pH、土壤類型等均會對桑樹的耐鎘性產生一定影響;由于土壤具有緩沖能力，水培液中桑樹對鎘更敏感，濃度極低即可表現出相應的中毒癥狀，因此低于土壤中對應的鎘濃度，但應用水培法和土壤盆栽法在桑樹對鎘耐受性的品種篩選試驗中的區別和聯系還需進一步探索。

鎘對桑苗的毒害作用表現為使桑苗根系生長受到抑制、枝葉生長變緩慢，其中根系的表現最明顯，同一鎘濃度下比枝葉等地上部明顯。桂桑優62在0.05 mg/kg處理下，其植株莖葉生長受到的影響不明顯，但根系生長已受到一定程度的抑制，能萌發新根但根數有所減少、長度變小。分析認為，桑苗根系浸泡于水培液中，最先接觸到鎘，然后經輸導組織傳送至地上部，根系受到鎘的作用較快、較強，與何俊瑜等（2010）的研究結果一致。

桑樹在鎘脅迫下生長發育受到不同程度的影響，解除脅迫后，植株的株高、葉片數、葉鮮重、嫩莖鮮重及葉長、葉寬、葉長寬乘積等指標與CK比較，大部分存在顯著差異;解除脅迫后桑樹葉片最大光能轉化效率Fv/Fm、實際光能轉換效率Y（II）整體上低于CK，桑葉光合作用受到破壞，與陳朝明等（1999）、谷巍等（2002）、杜偉和姚麗萍（2012）的研究結果一致。但由于試驗條件有限，關于鎘對桑樹生長的毒害機理及解除脅迫后桑樹的內部反應機制未得到拓展研究，今后應加強此方面的相關研究。

4 結論

桑樹受到鎘的毒害作用外在表現為植株生長受抑制，其中根系受到的影響最明顯;內在表現為葉片光合作用被抑制，且該影響較難恢復。為保證桑樹較高的成活率和良好的生長發育，利用水培法進行桂桑優12和桂桑優62栽培時水培液中的的鎘濃度應不高于1.0 mg/kg，以低于0.5 mg/kg為宜。桑樹不同品種對鎘的耐受性不同，桂桑優12對鎘的水培耐受性高于桂桑優62。

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（責任編輯 王 暉）