CN111820023B - 一种高Cd富集量的滇楸选育方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高Cd富集量的滇楸选育方法：从Cd污染土壤上生长的滇楸树中随机选取若干茎、叶样品，并测定Cd富集量；分别从Cd富集量相对较大的样品对应的滇楸树上采集根段和枝条；将各组滇楸根段和枝条分别进行扦插，得到若干组滇楸苗；在每组滇楸苗中分别选出试验滇楸苗，种植于Cd污染地区，试验滇楸苗经过生长3‑5年后，测定其根、茎、叶器官中的Cd含量，选择根、茎、叶器官中平均Cd富集量最大的试验滇楸苗组对应的品种作为高Cd富集量的滇楸品种。每年只需采集高Cd富集的滇楸优良无性系枝条或/和根段，繁殖的苗木栽植于Cd污染矿区，就可较好地实现Cd污染土壤植被生态修复，对Cd污染地区土壤的修复具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于植物品种的选育方法，尤其涉及一种对重金属Cd具有高富集量的滇楸选育方法。
背景技术
滇楸(学名：Catalpa fargesii Bur.f.duclouxii(Dode)Gilmour)，乔木，高达25米；幼枝、叶柄均有分枝毛。叶厚纸质，卵形或三角状心形，长13～20厘米，宽10～13厘米，顶端渐尖，基部截形或微心形，侧脉4～5对，基部有3出脉，背面较密，无毛；叶柄长3～10厘米。顶生伞房状总状花序，有花7～15朵。花萼2裂近基部，裂片卵圆形。花冠淡红色至淡紫色，内面具紫色斑点，钟状，长约3.2厘米。雄蕊2，内藏，退化雄蕊3枚，花丝着生于花冠基部，花药广歧，长3～4毫米。花柱丝形，细长，长约2.5厘米，柱头2裂；子房2室，胚珠多数。蒴果细圆柱形，下垂，长55～80厘米，果爿革质，2裂。种子椭圆状线形，薄膜质，两端具丝状种毛，连毛长约5～6厘米。花期3～5月，果期6～11月。
滇楸能在矿区废弃地能生长发育，且能富集多种重金属，以富集Cd的特征最为明显，在所有无性系中其Cd的富集系数、转运系数最高，为有色金属矿区废弃地Cd修复植物，其木材是高档家俱、装饰材，市场销售价超过每立方6000元。然而，滇楸对土壤中的重金属的富集作用有限，需要改善滇楸对土壤中重金属的富集作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种高Cd富集量的滇楸的选育方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种高Cd富集量的滇楸选育方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)从Cd污染土壤上生长的滇楸树中随机选取若干茎、叶样品，并测定样品中Cd的富集量；
(2)分别从Cd富集量相对较大的样品对应的滇楸树上采集根段和枝条，其中，从同一株滇楸树中采集的根段和枝条为一组；
(3)将各组滇楸根段和枝条分别进行扦插，得到若干组滇楸苗；
(4)在每组滇楸苗中分别选出试验滇楸苗，种植于Cd污染地区，试验滇楸苗经过生长3-5年后，测定其根、茎、叶器官中的Cd含量，选择根、茎、叶器官中平均Cd富集量最大的试验滇楸苗组对应的品种作为高Cd富集量的滇楸品种。
上述的选育方法，优选的，步骤(1)中，滇楸树至少为5年生的滇楸树。
上述的选育方法，优选的，步骤(2)中，Cd富集量相对较大的样品对应的滇楸树至少选择30株。
上述的选育方法，优选的，步骤(1)中，落叶后到发芽前，在树蔸0.6米以外之处挖半圆形的沟掘取侧根。春季随挖随插扦；秋季掘取的种根需砂藏越冬；严冬不宜采根，以免树木的根系受到冻害。种根长15-20厘米，粗1-2厘米，截成上粗下细的根播穗。
上述的选育方法，优选的，春季2月下旬至3月上中旬进行扦插。插根前15-20天整地作床，床的方向为南北向，以低床为主，同时灌足底水，待土壤晾晒便于作业时再扦插。将种根的大头向下，小头向上，直立穴内，上端与地面平齐，填土踏实，整平地面。一般覆土厚度为2-3厘米。埋根后至幼苗出土前，除特别干旱，不需灌水，以提高土壤温度，促进生根发芽。埋根后15-20天，种根开始发芽出土，发芽前扒去覆土，晒土催芽。幼苗长8-12时，每根插穗留壮苗一株，除去多余萌芽。
上述的选育方法，优选的，采取的枝条为当年生的嫩枝，将其处理成10-15厘米长的插穗；每个插穗留1片叶，并将其裁剪，只留下原来叶片的1/3；插穗放入浓度为500mg·L－1IBA溶液中30min后，插入扦插床中，深度为插穗长度的1/2-2/3，扦插完之后用85％遮荫网遮盖防晒，自动喷雾装置喷雾给水，每周用500倍的多菌灵浊液喷洒浇透。
上述的选育方法，优选的，步骤(4)中，试验滇楸苗为1年生的I级苗。
上述的选育方法，优选的，从步骤(4)选择的高Cd富集量的滇楸品种树上采集根段或/和枝条，进行扦插育苗，得到稳定遗传的高Cd富集量的滇楸苗。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明利用无性系性状能稳定遗传的原理，通过在重金属Cd污染区选择茎、叶等器官中Cd富集量较大的滇楸树上采集根段和枝条进行育苗，并将其育成的苗木种植于Cd污染地区，选择出高Cd富集的滇楸优良基因型群体，通过遗传测定评价其基因的遗传性和稳定性，每年只需采集高Cd富集的滇楸优良无性系枝条或/和根段，繁殖的苗木栽植于Cd污染矿区，就可较好地实现Cd污染土壤植被生态修复，对Cd污染地区土壤的修复具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明实施例中冷水江试验点的滇楸试验林。
图2为本发明实施例中筛选的28号富集Cd的滇楸树形照片。
图3是本发明实施例中筛选的28号富集Cd的滇楸叶部照片。
图4是本发明实施例中筛选的28号富集Cd的滇楸花的照片。
图5是本发明实施例中筛选的28号富集Cd的滇楸果实的照片。
图6是本发明实施例中筛选的28号富集Cd的滇楸种子的照片。
图7是本发明实施例中对照组的滇楸树形和叶部的照片。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例：
在冷水江锑矿区5年生滇楸修复试验林中选择700株滇楸树，通过采集叶、茎/枝、根等样品各100g，测定各组织中Sb、As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn的含量，选择叶、茎(枝)、根中Cd含量较高的植株35株，作为优良品种。
2014年11月，在选择的35株优良品种树上，每株采集根段和枝条，另选择当地一居民宅旁5年生滇楸为对照组，采集根段和枝条；其中，根段是在树蔸0.6米以外之处挖半圆形的沟掘取侧根，根段长15-20厘米，粗1-2厘米，截成上粗下细的根段；枝条选择当年生的嫩枝，将其处理成10-15厘米长的插穗，每个插穗留1片叶，并将其裁剪，只留下原来叶片的1/3；采集的根段和枝条进行砂藏。
2015年，在浏阳扦插育苗，插扦前15-20天整地作床，床的方向为南北向，以低床为主，同时灌足底水，待土壤晾晒便于作业时再扦插。将根段的大头向下，小头向上，直立穴内，上端与地面平齐，填土踏实，整平地面，一般覆土厚度为2-3厘米，埋根后至幼苗出土前，除特别干旱，不需灌水，以提高土壤温度，促进生根发芽。埋根后15-20天，种根开始发芽出土，发芽前扒去覆土，晒土催芽。幼苗长至10厘米左右时，每根插穗留壮苗一株，除去多余萌芽。插穗枝条放入浓度为500mg·L－1IBA溶液中30min后，再插入扦插床中，深度为插穗长度的1/2-2/3，扦插完之后用85％遮荫网遮盖防晒，自动喷雾装置喷雾给水，每周用500倍的多菌灵浊液喷洒浇透。管理至11月份，得到36组(包括对照组)可以直接移栽的滇楸苗。
2015年12月-2016年2月，选择冷水江市锑矿区办事处龙虎山社区(土壤Cd含量为1.562mg/kg)、常宁市水口山镇新华村(土壤Cd含量为2.167mg/kg)、花垣县团结镇中寨村(土壤Cd含量为1.358mg/kg)为滇楸栽植基地，栽植株行距为2.5m×2.5m，整地规格为60cm×60cm×50cm，从每组滇楸苗中选择150株I级苗在每个栽植基地进行栽植，采用随机区组设计，8-9株小区、6次重复排列。分别于每年5月、9月进行扩穴、除草等抚育管理工作。
2018年11月开始对三基地试验林逐株进行生长调查、采集根、茎(生长锥取样)/枝、叶和土壤样品，测定各组织、土壤中Cd含量(冷水江土壤Cd含量为1.089mg/kg、常宁土壤Cd含量为1.491mg/kg、花垣土壤Cd含量为0.972mg/kg)，计算每组滇楸树Cd的平均含量，测定Cd富集量最大者和对照株的生物量，计算富集系数和转运系数。冷水江、常宁、花垣三地各家系叶、茎(枝)、根Cd富集量见表1、表2、表3。
表1：冷水江点各滇楸无性系叶茎根Cd富集量表
| 组号 | ck | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 叶 | 2.033 | 2.164 | 2.086 | 2.266 | 2.175 | 2.098 | 2.147 | 2.182 | 2.236 | 2.092 | 2.157 | 2.327 |
| 茎(枝) | 0.632 | 0.656 | 0.638 | 0.687 | 0.662 | 0.647 | 0.652 | 0.659 | 0.688 | 0.645 | 0.637 | 0.706 |
| 根 | 0.83 | 0.847 | 0.839 | 0.864 | 0.857 | 0.842 | 0.851 | 0.854 | 0.869 | 0.847 | 0.844 | 0.896 |
| 组号 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 |
| 叶 | 2.093 | 2.154 | 2.246 | 2.057 | 2.227 | 2.158 | 2.079 | 2.122 | 2.169 | 2.088 | 2.171 | 2.246 |
| 茎(枝) | 0.641 | 0.629 | 0.691 | 0.628 | 0.681 | 0.663 | 0.633 | 0.672 | 0.683 | 0.647 | 0.667 | 0.692 |
| 根 | 0.837 | 0.832 | 0.887 | 0.827 | 0.865 | 0.859 | 0.834 | 0.858 | 0.873 | 0.846 | 0.863 | 0.887 |
| 组号 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 |
| 叶 | 2.229 | 2.337 | 2.063 | 2.292 | 2.472 | 2.159 | 2.396 | 2.142 | 2.116 | 2.215 | 2.211 | 2.086 |
| 茎(枝) | 0.686 | 0.714 | 0.647 | 0.701 | 0.749 | 0.685 | 0.704 | 0.688 | 0.674 | 0.687 | 0.682 | 0.646 |
| 根 | 0.877 | 0.906 | 0.846 | 0.895 | 0.954 | 0.874 | 0.901 | 0.879 | 0.847 | 0.872 | 0.867 | 0.857 |
表2：常宁点各滇楸无性系叶茎根Cd富集量表
| 组号 | ck | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 叶 | 4.572 | 4.738 | 4.659 | 4.722 | 4.709 | 4.857 | 4.613 | 4.588 | 4.763 | 4.627 | 4.829 | 5.326 |
| 茎(枝) | 0.573 | 0.586 | 0.582 | 0.591 | 0.585 | 0.603 | 0.579 | 0.567 | 0.597 | 0.578 | 0.595 | 0.638 |
| 根 | 1.099 | 1.108 | 1.106 | 1.117 | 1.107 | 1.197 | 1.116 | 1.113 | 1.112 | 1.105 | 1.116 | 1.224 |
| 组号 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 |
| 叶 | 4.676 | 4.782 | 4.915 | 4.663 | 4.951 | 4.805 | 4.672 | 4.586 | 4.723 | 4.749 | 4.633 | 4.897 |
| 茎(枝) | 0.588 | 0.593 | 0.627 | 0.596 | 0.616 | 0.608 | 0.577 | 0.569 | 0.584 | 0.589 | 0.576 | 0.599 |
| 根 | 1.109 | 1.114 | 1.208 | 1.115 | 1.147 | 1.135 | 1.102 | 1.083 | 1.126 | 1.129 | 1.111 | 1.157 |
| 组号 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 |
| 叶 | 4.865 | 5.147 | 4.609 | 5.221 | 5.561 | 4.953 | 5.378 | 4.863 | 4.852 | 4.974 | 5.173 | 4.677 |
| 茎(枝) | 0.604 | 0.617 | 0.574 | 0.629 | 0.679 | 0.591 | 0.646 | 0.606 | 0.593 | 0.613 | 0.625 | 0.597 |
| 根 | 1.169 | 1.178 | 1.103 | 1.183 | 1.266 | 1.152 | 1.196 | 1.142 | 1.106 | 1.157 | 1.168 | 1.141 |
表3：花垣点各滇楸无性系叶茎根Cd富集量表
| 组号 | ck | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 叶 | 1.954 | 2.073 | 1.967 | 2.075 | 2.058 | 2.137 | 2.077 | 2.168 | 2.061 | 2.162 | 2.185 | 2.237 |
| 茎(枝) | 0.748 | 0.765 | 0.812 | 0.763 | 0.761 | 0.804 | 0.772 | 0.814 | 0.757 | 0.839 | 0.788 | 0.826 |
| 根 | 0.849 | 0.862 | 0.857 | 0.864 | 0.861 | 0.884 | 0.867 | 0.893 | 0.855 | 0.891 | 0.907 | 0.946 |
| 组号 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 |
| 叶 | 2.093 | 2.115 | 2.128 | 2.023 | 2.207 | 2.194 | 2.017 | 1.986 | 2.055 | 2.057 | 2.018 | 2.121 |
| 茎(枝) | 0.764 | 0.827 | 0.835 | 0.792 | 0.841 | 0.805 | 0.793 | 0.755 | 0.784 | 0.781 | 0.772 | 0.793 |
| 根 | 0.875 | 0.874 | 0.883 | 0.861 | 0.928 | 0.916 | 0.862 | 0.857 | 0.873 | 0.875 | 0.866 | 0.893 |
| 组号 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 |
| 叶 | 2.109 | 2.206 | 1.991 | 2.187 | 2.363 | 2.156 | 2.261 | 2.011 | 2.019 | 2.153 | 2.213 | 1.988 |
| 茎(枝) | 0.786 | 0.863 | 0.764 | 0.855 | 0.883 | 0.857 | 0.862 | 0.847 | 0.841 | 0.881 | 0.895 | 0.862 |
| 根 | 0.859 | 0.917 | 0.864 | 0.906 | 0.968 | 0.908 | 0.942 | 0.884 | 0.893 | 0.919 | 0.936 | 0.853 |
根据表1的结果分析，冷水江试验点各滇楸(试验林照片如图1所示)无性系叶、茎(枝)、根富集的重金属量有显著差异，其中，以28号滇楸无性系叶、茎(枝)、根重金属Cd富集量为最大，其叶片Cd富集量为平均值的1.6倍标准差，茎(枝)Cd富集量为平均值的1.4倍标准差，根部Cd富集量为平均值的1.3倍标准差；其叶部高出对照含量21.59％、茎(枝)高出对照含量18.51％、根部高出对照含量14.94％。根据林木选育程序，可以认定28号滇楸无性系为Cd高富集量品种，其Cd富集系数为16.4、转运系数为11.8，对照Cd富集系数为11.7、转运系数为6.4。其中，28号滇楸的树形照片如图2所示，叶部照片如图3所示，花的照片如图4所示，果实照片如图5所示，种子照片如图6所示，对照组的树形和叶部照片如图7所示。
根据表2的结果分析，常宁试验点各滇楸无性系叶、茎(枝)、根富集的重金属量有显著差异，其中，以28号滇楸无性系叶、茎(枝)、根重金属Cd富集量为最大，其叶片Cd富集量为平均值的1.6倍标准差，茎(枝)Cd富集量为平均值的1.5倍标准差，根部Cd富集量为平均值的1.4倍标准差；其叶部高出对照含量21.63％、茎(枝)高出对照含量18.50％、根部高出对照含量15.20％。根据林木选育程序，认定28号滇楸无性系为Cd高富集量品种，其Cd富集系数为16.9、转运系数为12.2，对照Cd富集系数为12.1、转运系数为6.8。
根据表3的结果分析，花垣试验点各滇楸无性系叶、茎(枝)、根富集的重金属量有显著差异，其中，以28号滇楸无性系叶、茎(枝)、根重金属Cd富集量为最大，其叶片Cd富集量为平均值的1.7倍标准差，茎(枝)Cd富集量为平均值的1.6倍标准差，根部Cd富集量为平均值的1.5倍标准差；其叶部高出对照含量20.93％、茎(枝)高出对照含量18.05％、根部高出对照含量14.02％。根据林木选育程序，认定28号滇楸无性系为Cd高富集量品种，其Cd富集系数为15.9、转运系数为11.4，对照Cd富集系数为11.3、转运系数为6.2。
对冷水江、常宁、花垣三试验点28号滇楸无性系叶部、茎(枝)部、根部Cd富集量、富集系数、转运系数进行方差分析，结果表明其叶部、茎(枝)部、根部Cd富集量有极显著差异，这种差异是因为土壤中重金属Cd含量的差异而导致的，而Cd富集系数、转运系数没有显著差异，表明28号滇楸无性系Cd富集特性并没有随着土壤中Cd含量的变化而变化，是具有一定的遗传稳定性。
每年固定采集Cd富集量高的28号滇楸无性系的枝条并繁殖苗木栽植于Cd污染矿区，可较好地实现Cd污染土壤植被生态修复。
Claims (3)
1.一种高Cd富集量的滇楸选育方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）从Cd污染土壤上生长的滇楸树中随机选取若干茎、叶样品，并测定样品中Cd的富集量；滇楸树至少为5年生的滇楸树；
（2）分别从Cd富集量相对较大的样品对应的滇楸树上采集根段和枝条，其中，从同一株滇楸树中采集的根段和枝条为一组；Cd富集量相对较大的样品对应的滇楸树至少选择30株；采取的枝条为当年生的嫩枝，将其处理成10-15厘米长的插穗，每个插穗留1 片叶，并将其裁剪，只留下原来叶片的1 /3；在滇楸落叶后到发芽前，在树蔸0.6米以外之处挖半圆形的沟掘取侧根，种根长15-20厘米，粗1-2厘米，截成上粗下细的根播穗；
（3）将各组滇楸根段和枝条分别进行扦插，得到若干组滇楸苗；根段进行扦插时，将根段的大头向下，小头向上，直立穴内，上端与地面平齐，填土踏实，整平地面，覆土厚度为2-3厘米；埋根后15-20天，种根开始发芽出土，发芽前扒去覆土，晒土催芽；幼苗长至8-12厘米时，每根插穗留壮苗一株，除去多余萌芽；枝条进行扦插前，将插穗放入浓度为500 mg·L－1IBA 溶液中30 min 后，再插入扦插床中，深度为插穗长度的1 /2 -2 /3，扦插完之后用85%遮荫网遮盖防晒，自动喷雾装置喷雾给水，每周用500 倍的多菌灵浊液喷洒浇透；
（4）在每组滇楸苗中分别选出试验滇楸苗，种植于Cd污染地区，试验滇楸苗经过生长3-5年后，测定其根、茎、叶器官中的Cd含量，选择根、茎、叶器官中平均Cd富集量最大的试验滇楸苗组对应的品种作为高Cd富集量的滇楸品种；从步骤（4）选择的高Cd富集量的滇楸品种树上采集根段或/和枝条，进行扦插育苗，得到稳定遗传的高Cd富集量的滇楸苗。
2.如权利要求1所述的滇楸选育方法，其特征在于，步骤（3）中，扦插的时间为2月下旬至3月上中旬。
3.如权利要求1所述的滇楸选育方法，其特征在于，步骤（4）中，试验滇楸苗为1年生的I级苗。
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