Effects of cadmium stress on plant growth and element distribution of four soybean genotypes
-
摘要:目的
分析不同基因型大豆的镉(Cd)敏感性差异，筛选耐Cd基因型应用于大豆育种。
方法选用‘巴西10号’、‘本地2号’、‘桂夏豆2号’、‘华夏3号’4种基因型大豆，设置不同Cd浓度处理，测定主根长、生物量、总根长、根表面积、Cd浓度以及不同营养元素浓度等指标。
结果在11 mg/kg Cd处理下，‘华夏3号’主根长与对照相比没有明显变化，其他基因型主根生长均受到明显抑制；在高于46 mg/kg Cd处理下，4种基因型大豆主根生长均受到严重抑制。Cd处理降低了大豆生物量，‘巴西10号’和‘本地2号’受到的Cd毒害较严重；‘桂夏豆2号’和‘华夏3号’在10、20 mg/kg Cd处理下生物量显著高于‘巴西10号’和‘本地2号’。4种基因型大豆的根部Cd浓度远高于地上部，在10 mg/kg Cd处理下，‘本地2号’的地上部Cd浓度显著高于‘桂夏豆2号’和‘华夏3号’，表明耐Cd的‘桂夏豆2号’和‘华夏3号’有较少的Cd转移到地上部。Cd处理后4种基因型大豆的根系生长均受到明显抑制，相比于其他3种大豆基因型，‘华夏3号’的总根长和根表面积受到的抑制程度最小。在不同Cd浓度处理中4种基因型大豆各营养元素的浓度有显著差异。
结论4种基因型大豆的耐Cd能力存在显著差异，‘巴西10号’和‘本地2号’是Cd敏感基因型，‘桂夏豆2号’和‘华夏3号’是耐Cd基因型。耐Cd能力的差异可能与Cd处理下大豆根系生长和体内元素分布有关。
Abstract:ObjectiveTo analyze cadmium (Cd) sensitivity differences of different soybean genotypes, and screen Cd-tolerant genotypes for soybean breeding.
MethodDifferent Cd concentrations were set, four soybean genotypes of ‘Baxi No. 10’, ‘Bendi No. 2’, ‘Guixiadou No. 2’ and ‘Huaxia No. 3’ were selected as test materials. The taproot length, biomass, total root length, root surface area, Cd concentration and nutrient element concentrations were determined.
ResultUnder 11 mg/kg Cd treatment, the taproot length of ‘Huaxia No. 3’ did not obviously change compared with the control while the taproot growths of other three soybean genotypes were distinctly inhibited. The taproot growths of four soybean genotypes were severely inhibited when Cd concentrations were higher than 46 mg/kg. Cd treatment reduced soybean biomass. ‘Baxi No. 10’ and ‘Bendi No. 2’ were more severely Cd-toxic. ‘Guixiadou No. 2’ and ‘Huaxia No. 3’ showed significantly higher biomasses than ‘Baxi No. 10’ and ‘Bendi No. 2’ under 10 and 20 mg/kg Cd stress treatments. The Cd concentrations in roots of four soybean genotypes were far higher than those in shoots. In 10 mg/kg Cd treatment, Cd concentration in the shoot of ‘Bendi No. 2’ was significantly higher than those in shoots of ‘Guixiadou No. 2’ and ‘Huaxia No. 3’, indicating that Cd-resistant ‘Guixiadou No. 2’ and ‘Huaxia No. 3’transfered less Cd from root to shoot. The root growths of four soybean genotypes were significantly inhibited by Cd stress. The total root length and root surface area of ‘Huaxia No. 3’ were less inhibited compared with other three soybean genotypes. There were significant differences among nutrient element concentrations of four soybean genotypes treated by different Cd concentrations.
ConclusionThere are significant genotypic differences of Cd tolerances among four soybean genotypes. ‘Baxi No. 10’ and ‘Bendi No. 2’ are Cd-sensitive genotypes while ‘Guixiadou No. 2’ and ‘Huaxia No. 3’ are Cd-tolerant genotypes. The differences of Cd tolerance may relate to root growth and element distribution in soybean under Cd treatments.
-
Keywords:
- soybean /
- genotype /
- cadmium scress /
- root character /
- biomass /
- nutrient element concentration
-
水稻Oryza sativa L．是中国种植面积最大、总产量最多的粮食作物，约 60% 的中国人口以稻米为主食，因此维持水稻生产的稳定是确保中国粮食安全的重大课题[1]。华南地区是我国水稻栽培的主要地区之一，也是我国降水量最多、旱涝频发区之一，雨季(4—9月)持续时间长、雨量大，暴雨多发居全国之最[2-3]，洪涝成为华南地区水稻种植面临的最严重自然灾害，给水稻生产带来极大的损失。近年来，国外气象学者对极端天气事件的时空特征做了一系列研究发现，随着全球气候变暖，极端天气事件频发[4-5]。国内学者指出，近年来中国的极端降水发生频率显著增加，同时具有明显的区域性和季节性的变化趋势[6-8]。对华南地区来说，20世纪90年代以来，前汛期的总降水量显著增加，这与极端降水量、极端降水频率的增加密切相关；后汛期极端降水在1992—1993年发生了明显年代际转折，1993年后发生极端旱涝的情况增加[9-10]。总的来说，全球变暖使得华南地区汛期降水增强，极端降水灾害增加，这将会对华南地区早、晚稻的生产造成严重的危害。
根据降水系统的差异，华南地区雨季分为前汛期和后汛期2个阶段[11-12]，对于前汛期和后汛期降水时空分布特征的研究已成为很多学者研究的热点，也取得很大的进展[13-18]。华南地区早晚稻生育期贯穿整个雨季，雨季降水的时间和空间尺度分析对于水稻旱涝的研究有极为重要的意义，目前国内外气象学者对华南地区降水的研究主要集中在前汛期或后汛期阶段，对于早晚稻不同生育期的降水特征鲜有研究，华南地区水稻不同生育期的降水强度和降水总趋势等一系列问题仍不清楚。本文针对华南地区早稻和晚稻2个阶段，研究早稻和晚稻不同生育期华南地区的降水特征，研究结果可为华南双季稻种植提供决策依据，同时对华南地区双季稻生产和防灾减灾也具有积极意义。
1. 材料与方法
1.1 数据来源
本文所用气象数据来自于国家气候中心的全国730站逐日降水资料，从中提取1960—2008年共49年华南地区(包括广东和广西)47个观测站逐日降水资料。
1.2 方法
对华南区域降水进行多年平均，按照暴雨和极端降水指标分析华南地区早稻和晚稻各生育期间降水和暴雨的时间和空间分布特点。各名词定义如下：1)华南区域：传统的华南区域为广东、广西和海南省(区)，因海南降水特征与广东、广西差异较大[19]，本文中华南区域仅取广东和广西的47个站点进行分析计算；2)雨量定义：有雨日为日降水量≥0 mm，暴雨日数为站点的日降水量≥50 mm以上者；3)生育期：采用官春云[20]对水稻生育期的确定方法，分为秧苗期、分蘖期、拔节孕穗期、抽穗期和结实期5个阶段；4)极端降水指标采用国家气候中心的指标[10]，暴雨日均降水量(mm)=生育期累计暴雨量除以生育期天数，暴雨概率(%)=日降水量大于50 mm的日数与总日数之比，有雨日概率(%)=日降水量大于0 mm的日数与总日数之比，有雨日暴雨概率(%)=日降水量大于50 mm的日数与日降水量大于0 mm的日数之比。
2. 结果与分析
2.1 华南地区早晚稻不同生育期降水量特点
利用47个观测站49年的逐日降水资料，对华南地区降水进行区域平均，计算早稻和晚稻5个生育期各自多年平均的累计降水量，进行排列分布，结果见图1。早稻生育期多年平均的累计降水量为673.5 mm，累计降水量先下降再上升。秧苗期、分蘖期、拔节期和结实期累计降水量均在100.0 mm以上，累计降水量最少的为抽穗期(48.0 mm)，5个生育期累计降水量由多到少排列分别为秧苗期、结实期、分蘖期、拔节期和抽穗期。晚稻5个生育期的总累计降水量(611.5 mm)与早稻相差不大，晚稻生育期累计降水量随时间推移先下降后略有上升，秧苗期累计降水量为早晚稻所有生育期最大，达256.6 mm，分蘖期累计降水量与早稻分蘖期相近，在秧苗期和分蘖期后，生育期累计降水量迅速下降，抽穗期累计降水量为早晚稻所有生育期最小，仅有26.9 mm。
![]()
图 1 早晚稻多年平均各生育期降水量Ⅰ：秧苗期，Ⅱ：分蘖期，Ⅲ：拔节期，Ⅳ：抽穗期，Ⅴ：结实期Figure 1. Average accumulated rainfall of each growth stage of rice from 1960 to 2008Ⅰ: Seedling stage, Ⅱ: Tillering stage, Ⅲ: Jointing stage, Ⅳ: Heading stage, Ⅴ: Seed setting stage在水稻生长过程中，每个生育期的时间长短并不一致，生育期累计降水量无法比较出不同生育期之间降水强弱差异，为此，分别计算了每个生育期的日均降水量(图2)，以体现早晚稻不同生育期间降水强度的差异。
![]()
图 2 早晚稻多年平均各生育期日均降水量Ⅰ：秧苗期，Ⅱ：分蘖期，Ⅲ：拔节期，Ⅳ：抽穗期，Ⅴ：结实期Figure 2. Average daily rainfall of each growth stage of riceⅠ: Seedling stage, Ⅱ: Tillering stage, Ⅲ: Jointing stage, Ⅳ: Heading stage, Ⅴ: Seed setting stage从图2中可见，早稻日均降水量由大到小排列依次为：结实期、拔节期、分蘖期、抽穗期和秧苗期，结实期以8.2 mm居全生育期之首，而累计降水量最大的秧苗期(图1)，其日均降水量则为早稻所有生育期最低(4.1 mm)，低于累计降水量中最少的抽穗期。早稻日均降水量的排列分布表明，早稻秧苗期累计降水大主要是由于秧苗期时间长所导致，其日均降水强度并不大，相反，累计降水量最小的抽穗期，其日均降水强度反而高于秧苗期，只是由于生育期时间短导致累计降水量低。晚稻各生育期的日均降水量由大到小排列则与其累计降水量排列类似(图2)，秧苗期日均降水量居所有生育期之首(8.3 mm)，其次是分蘖期，而随着生育期的后延，各生育期日均降水量下降。
上述分析表明，早稻和晚稻降水总量虽然相差不大，但不同生育期降水特征差异明显。早稻时期，降水强度先下降而在抽穗期后加大；晚稻时期则随时间推移累计降水量和强度先下降后略有升高。早晚稻日均降水量排列表明，降水强度在不同生育期有较大差异，对水稻生产而言，强降水特别是极端降水最容易造成涝害，为更好地了解早晚稻生育期的强降水特别是暴雨降水特征，本文采用了国家气候中心对极端降水的一些指标，分析华南地区早晚稻不同生育期的暴雨特征。
2.2 华南地区早晚稻暴雨特征
本文选用4个国家气候中心发布的极端降水统计指标，即暴雨日均降水量、暴雨概率、有雨日概率以及有雨日暴雨概率，对华南地区早稻和晚稻不同生育期间的暴雨特征进行分析。早稻不同生育期的降水统计指标排列如图3所示。图3a1为早稻各生育期日均暴雨量，从图中可知，早稻暴雨日均降水量随着生育期的后推逐渐增加，结实期暴雨日均降水量最大，累计降水量最大的秧苗期，其日均暴雨降水量在早稻整个生育期最小。暴雨概率(图3b1)和暴雨日均降水量的排列基本一致，早稻秧苗期出现暴雨概率最小，而结实期出现暴雨概率最大。
![]()
图 3 早晚稻生育期间极端降水指标Ⅰ：秧苗期，Ⅱ：分蘖期，Ⅲ：拔节期，Ⅳ：抽穗期，Ⅴ：结实期Figure 3. The extreme rainfall index in the growth period of early and late riceⅠ: Seedling stage, Ⅱ: Tillering stage, Ⅲ: Jointing stage, Ⅳ: Heading stage, Ⅴ: Seed setting stage有雨日概率(图3c1)和有雨日暴雨概率(图3d1)的排列可知，秧苗期降水概率大但有雨日暴雨概率小，相反，抽穗期有雨概率虽不如秧苗期，但其在有雨日出现暴雨的概率是所有生育期最高，暴雨概率大小是导致暴雨日均降水量大小的主要原因，抽穗期的日均暴雨量要远大于秧苗期，暴雨是造成洪涝等主要原因之一，因此在早稻生产过程中，对于洪涝等防治主要在后3个生育期，即拔节期、抽穗期和结实期。
对晚稻的极端降水指标进行排列，发现晚稻各生育期极端降水指标无论是暴雨日均降水量、暴雨概率、有雨日概率，或者是暴雨占有雨日数的比例，基本排列一致(图3a2~3d2)，也与晚稻的累计降水量(图1)和日均降水量(图2)排列图一致，暴雨日均降水量和暴雨概率都是前2个生育期(秧苗期和分蘖期)最大，这说明了在晚稻生育期过程中，暴雨降水多发生于秧苗期和分蘖期(图3a2)，且暴雨是造成2个生育期累计降水量大的原因。而在分蘖期过后，降水强度和日数减少，暴雨日数也迅速减少，导致后3个生育期的累计降水总量下降。晚稻生育期降水特点为：随着生育期推迟，降水强度和降水量迅速下降。因此在晚稻生产过程中，生育期对暴雨的防控则需要放在秧苗期和分蘖期这2个时期。
2.3 华南地区早晚稻降水的空间特征
华南年降水量和暴雨频率为全国之最，降水系统复杂，降水分布不均匀。为了解华南水稻生长过程中不同生育期降水以及暴雨的空间特征，对1960—2008年47个观测站点的早晚稻各生育期累计降水量和暴雨概率分别进行平均，分析其空间分布特征。从图4中可以发现，早稻不同生育期累计降水量空间分布存在明显的区域差异。秧苗期降水大值中心分布在广东省中部的广州和惠州一带，最大累计降水量达280 mm，广西西部百色地区为降水小值中心，累计降水量在80 mm左右；分蘖期累计降水大值中心自两广的西南朝东北方向呈“高–低–高”分布趋势，广西西北桂林、南部沿海玉林、北海一带为两狭长的大值中心，以桂林北部地区累计降水量最大，接近250 mm，；拔节期累计总降水量有所下降，大值中心出现在广东云浮、茂名、湛江地区以及广西贵港、南宁地区，降雨量在160 mm左右；抽穗期累计降水大值由于累计时间缩短而下降，最大值中心位于广西北部一带，降雨量为80 mm；结实期累计降水大值中心主要有2个，分别位于广东湛江和广西北海的沿海地区，以及广西桂林市一带，最大累计降雨量接近秧苗期，达240 mm以上。
![]()
图 4 早稻各生育期降水量空间分布a：秧苗期，b：分蘖期，c：拔节期，d：抽穗期，e：结实期；等值线单位：mm，阴影单位: %Figure 4. The space distribution of accumulated rainfall in each growth period of early ricea: Seedling stage, b: Tillering stage, c: Jointing stage, d: Heading stage, e: Seed setting stage; Contour unit: mm, Shaded unit: %为了解不同生育期暴雨的分布特征，分别计算了49年平均的暴雨概率分布，在图4中以阴影所示。从图4中可以发现，早稻各生育期暴雨概率大的区域与该生育期累计降水大值中心基本重合，说明暴雨对该生育期的降水量累积起到很重要的作用，但早稻5个生育期的暴雨概率大小和范围并不相同，秧苗期的暴雨概率无论从范围还是强度上比较都远小于其他4个生育期，秧苗期后暴雨概率强度和范围都逐渐加大，再次证明了图3所得出的结果，即秧苗期降水频率大但主要以较小强度的降水为主；随着生育期的后延，3个生育期暴雨概率增加，特别生育期较短的抽穗期，其累计总降水量在早稻所有生育期虽然最小，但暴雨强度和范围都远大于累计降水量最大的秧苗期。累计降水和暴雨概率各生育期的空间分布体现出在早稻后3个生育期间，华南地区在进入季风时期后，降水增强，暴雨多发的特点。
“2.2”的分析结果表明，晚稻累计降水量和暴雨日均降水量大值主要集中在水稻生长的前2个生育期，其累计降水量和暴雨频率的空间分布如图5所示。秧苗和分蘖期多年平均的降水大值中心分布比较类似，除秧苗期广西西北部地区有1次大值中心外，2省(区)累计降水量在这2个生育期均呈现出由沿海向内陆逐渐递减的分布，高值区为广西南部沿海–延伸到广东湛江海丰到珠海汕头一带的沿海狭长地带(图5a、5b)，秧苗期的最大中心值可达350 mm，而分蘖期最大中心值在300 mm左右。
![]()
图 5 晚稻各生育期降水量空间分布特征a：秧苗期，b：分蘖期，c：拔节期，d：抽穗期，e：结实期；等值线单位：mm，阴影单位: %Figure 5. The space distribution of accumulated rainfall in each growth period of late ricea: Seedling stage, b: Tillering stage, c: Jointing stage, d: Heading stage, e: Seed setting stage; Contour unit: mm, Shaded unit: %晚稻秧苗期和分蘖期累计降水最大值的中心即从沿海向内陆呈逐渐递减的分布特点，体现出华南地区后汛期雨季特点，而晚稻秧苗期和分蘖期是华南地区后汛期。造成后汛期的主要降水系统为台风，因此，累计降水的大值中心主要位于沿海地区。暴雨的概率大值中心也与降水大值中心吻合，但分蘖期广西的暴雨概率有所减小。进入拔节期后，影响华南地区的台风逐渐减少，晚稻后3个生育期累计降水量也随之大幅度减少，暴雨概率的分布也随着台风减少而迅速下降，但最大累计降水量的中心依然是位于广东和广西的沿海地区。
3. 讨论与结论
本文分析了华南地区早稻和晚稻不同生育期间降水和极端降水的特征，对早稻而言，秧苗期、分蘖期和结实期累计降水量大，其中秧苗期和分蘖期主要为阴雨天气，降水量较小，暴雨日数及暴雨量少，此时应注意保持田间水层深度，防止长时间阴雨天气对稻田水稻的浸泡，这样才有利于增加土壤中氧气，促使根系发育，而分蘖期后，暴雨日数和暴雨量逐渐增加，结实期是水稻籽粒充实的重要时期，此时正好是早稻暴雨频数和暴雨量最大的时期，暴雨对地势低洼地区容易形成水稻田积涝，土壤透气性能差，根系无法呼吸，得不到生长所需的肥力，导致生长缓慢甚至完全停止生长，严重影响水稻收成，此时要做好暴雨预防工作，保持田间土壤不积水，以利于水稻成熟。对晚稻生育过程而言，暴雨及最大累计降水量均出现在前2个生育期，晚稻种植过程中主要受到台风登陆造成的暴雨影响，因此晚稻分蘖期间应关注台风消息，注重分蘖期田间受暴雨后的水层深度维持，才能促进水稻分蘖，提供分蘖成穗率，实现穗多穗大的高产栽培目标。
全球变暖导致极端气候事件发生的频率增加，华南地区为我国降水量最大的区域之一，其极端降水量和频率的增加，将对华南地区的水稻生产产生重要的影响。不同程度的降水对水稻造成的涝害各不相同，暴雨特别是极端的暴雨将会是未来华南水稻种植所面临的最大自然灾害。而暴雨对水稻生产影响一般考虑2种致灾因子：暴雨日数和暴雨雨量，在过往研究涝害对水稻生产的影响中，一般通过淹水试验设置淹水时间和淹水深度进行实现[21-22]。本研究通过对华南地区49年的降水气候特征分析发现，早稻和晚稻不同生育期的降水强度及其空间分布差异很大。以往研究淹水对华南水稻影响的试验中，对不同生育期的淹水时间和深度的设置均无法体现出华南早晚稻降水在各生育期分布不均的特点[23-24]，不能反映出不同级别降水对水稻不同生育期的影响。因此本研究下一步工作将针对不同生育期极端降水特征，根据早晚稻生育期各自的极端降水阈值开展水稻淹水试验，研究不同级别降水对水稻不同生育期的影响。
本文选用广东和广西730个站点49年的降水资料，对华南地区早稻和晚稻各生育期的降水量的特征进行了研究，得到了以下的结论：1)早稻和晚稻生育期累计总降水量均在600 mm以上，早稻累计降水量排列以秧苗期和结实期最大，日均降水量随着生育期后延逐渐增加，最大的日均降水量出现在结实期；晚稻不同生育期累计降水量排列与日均降水量排列一致，随着生育期后延而减少，累计降水量和日均降水量大值均出现在前2个生育期；2)不同生育期极端降水指数排列表明：早稻秧苗期累计降水量大主要是由于其降水概率大而非暴雨概率大所致，早稻后3个生育期暴雨概率增加，是早稻生产过程涝害防控的重点阶段。晚稻各生育期的暴雨特征排列基本与累积降水量的排列顺序一致，秧苗期与分蘖期的暴雨日均雨量、暴雨概率均为所有生育期最大，晚稻生产过程对暴雨的防控主要为秧苗期和分蘖期；3)累积降水量和暴雨概率的空间分布表明：累计降水量和暴雨概率的空间分布不均匀，其最大值中心的空间分布与华南雨季降水系统有密切关系，早晚稻暴雨概率大值中心与华南前汛期的季风系统有关，而晚稻与华南后汛期的台风系统有关，雨量和暴雨概率大值中心多出现在沿海地区。
-
![]()
图 1 Cd处理对不同基因型大豆主根长和生物量的影响
各小图中相同Cd浓度处理柱子上方的不同小写字母表示不同基因型大豆间差异显著(P < 0.05，Duncan’s法)
Figure 1. Effects of Cd treatments on taproot lengths and biomasses of different soybean genotypes
Different lowercase letters on the columns of the same Cd concentration treatment in each figure indicate significant differences among different soybean genotypes (P < 0.05，Duncan’s method)
![]()
图 2 Cd处理对不同基因型大豆总根长和根表面积的影响
各小图中相同Cd浓度处理柱子上方的不同小写字母表示不同基因型大豆间差异显著(P < 0.05，Duncan’s法)
Figure 2. Effects of Cd treatments on total root length and root surface area of different soybean genotypes
Different lowercase letters on the columns of the same Cd concentration treatment in each figure indicate significant differences among different soybean genotypes (P < 0.05，Duncan’s method)
![]()
图 3 Cd处理对不同基因型大豆Cd浓度的影响
各小图中相同Cd浓度处理柱子上方的不同小写字母表示不同基因型大豆间差异显著(P < 0.05，Duncan’s法)
Figure 3. Effects of Cd treatments on Cd concentrations of different soybean genotypes
Different lowercase letters on the columns of the same Cd concentration treatment in each figure indicate significant differences among different soybean genotypes (P < 0.05，Duncan’s method)
表 1 Cd处理对不同基因型大豆生长指标影响的双因素方差分析
Table 1 Two-way ANOVA of effects of Cd treatment on growth indicators of different soybean genotypes
指标
IndexF 1) Cd处理
Cd treatment基因型
GenotypeCd处理×基因型
Cd treatment × Genotype主根长 Taproot length 120.06*** 11.68*** 2.47*** 生物量 Biomass 392.05*** 39.85*** 5.39*** 总根长 Total root length 762.59*** 20.36*** 5.19*** 根表面积 Root surface area 338.72*** 13.56*** 2.86* 地上部Cd浓度 Cd concentration of shoot 86.24*** 4.02* 1.90 根部Cd浓度 Cd concentration of root 198.65*** 30.80*** 12.75*** 地上部P浓度 P concentration of shoot 22.66*** 15.24*** 4.90*** 地上部K浓度 K concentration of shoot 211.23*** 22.77*** 5.44*** 地上部Ca浓度 Ca concentration of shoot 15.64*** 0.53 4.35** 地上部Mg浓度 Mg concentration of shoot 5.52** 13.55*** 0.27 地上部Fe浓度 Fe concentration of shoot 9.70*** 2.47 5.36*** 地上部Cu浓度 Cu concentration of shoot 53.64*** 9.87*** 8.15*** 地上部Zn浓度 Zn concentration of shoot 13.95*** 5.50** 2.04 地上部Mn浓度 Mn concentration of shoot 37.53*** 19.26*** 6.06*** 根部P浓度 P concentration of root 19.83*** 21.56*** 10.51*** 根部K浓度 K concentration of root 74.33*** 6.07** 12.51*** 根部Ca浓度 Ca concentration of root 0.26 2.01 4.20** 根部Mg浓度 Mg concentration of root 1.33 13.51*** 2.34 根部Fe浓度 Fe concentration of root 3.57* 5.11** 2.73* 根部Cu浓度 Cu concentration of root 18.92*** 4.06* 2.99* 根部Zn浓度 Zn concentration of root 10.26*** 7.58*** 3.73** 根部Mn浓度 Mn concentration of root 49.00*** 4.63** 3.96** 1) “*”表示P< 0.05，“**”表示P< 0.01，“***”表示P< 0.001(双因素方差分析)
1)“*” indicates P< 0.05，“**” indicatesP< 0.01，“***” indicatesP< 0.001(Two-way ANOVA)
下载: 导出CSV
表 2 Cd处理对不同基因型大豆地上部营养元素浓度影响
Table 2 Effects of Cd treatments on nutrient element concentrations in shoots of different soybean genotypes
基因型
Genotypew(Cd)/
(mg·kg−1)w/(g·kg−1) w/(mg·kg−1) P K Ca Mg Fe Cu Zn Mn 巴西10号
Baxi No. 100 0.58±0.02b 20.91±0.66b 13.14±0.38a 3.37±0.11a 71.09±6.63b 6.11±1.09c 36.52±1.75b 21.07±1.90a 10 2.01±0.41a 45.45±2.06a 14.43±1.21a 4.11±0.69a 84.07±23.62ab 12.41±1.15b 55.24±3.62a 12.25±2.06b 20 1.89±0.08a 46.02±2.78a 10.34±0.77b 3.84±0.14a 143.02±48.14a 17.86±1.75a 53.95±7.92a 15.96±3.53ab 本地2号
Bendi No. 20 1.21±0.03a 17.11±0.37b 11.39±1.02b 4.49±0.46a 112.91±12.88b 6.05±0.52c 30.01±2.23b 23.05±2.68b 10 1.43±0.07a 32.22±0.98a 15.01±0.75a 5.35±0.32a 152.91±18.41a 16.80±2.61a 47.14±1.96a 24.86±1.02b 20 1.47±0.19a 35.95±1.18a 12.01±1.13ab 5.15±0.61a 126.43±2.78ab 11.88±1.00b 37.33±2.75b 48.84±3.74a 桂夏豆2号
Guixiadou No. 20 0.71±0.06b 23.78±0.71b 13.26±0.26a 3.30±0.10b 80.33±8.39b 5.99±0.68c 31.66±2.11b 21.38±1.86b 10 1.11±0.03a 38.93±1.29a 12.46±0.55a 3.79±0.08a 192.72±17.03a 11.61±0.59a 45.98±3.00a 23.56±0.46b 20 1.07±0.13a 38.10±1.49a 10.76±0.17b 3.72±0.17a 84.47±6.45b 8.22±0.55b 32.74±0.19b 40.24±4.55a 华夏3号
Huaxia No. 30 0.63±0.02b 23.52±0.85c 14.22±0.31a 3.38±0.07b 98.88±13.58b 5.96±0.61b 38.16±3.19a 27.35±1.70b 10 0.95±0.05a 32.28±0.38b 12.19±0.25b 3.99±0.04a 128.75±26.92ab 9.47±0.28a 40.73±5.99a 21.60±0.76b 20 0.94±0.06a 36.60±1.32a 11.23±0.34b 3.96±0.12a 169.07±24.23a 10.68±1.20a 35.58±1.70a 41.09±5.71a 1) 数据为平均值±SE；相同基因型同列数据后的不同小写字母表示不同Cd处理浓度间差异显著(P< 0.05，Duncan’s法)
1)The datum is mean±SE; Different lowercase letters in the same column and genotype indicate significant differences among different Cd treating concentrations (P< 0.05，Duncan’s test)
下载: 导出CSV
表 3 Cd处理对不同基因型大豆根部营养元素浓度的影响1)
Table 3 Effects of Cd treatments on nutrient element concentrations in roots of different soybean genotypes
基因型
Genotypew(Cd)/
(mg·kg−1)w/(g·kg−1) w/(mg·kg−1) P K Ca Mg Fe Cu Zn Mn 巴西10号
Baxi No. 100 0.77±0.03b 27.03±1.01b 12.25±0.59a 4.06±0.19a 914.90±144.91b 13.45±1.71b 46.60±2.38b 10.04±0.89b 10 1.65±0.21a 38.62±1.46a 7.81±0.97b 3.26±1.02a 1 302.15±91.69a 16.48±6.69b 96.91±1.02a 13.90±1.79b 20 1.30±0.18a 34.78±1.63a 9.68±0.97b 2.87±0.20a 1 080.64±122.55ab 30.84±5.09a 85.39±13.22a 21.18±2.41a 本地2号
Bendi No. 20 0.64±0.04b 30.80±0.80c 9.06±0.22a 1.88±0.10b 1 403.30±172.15a 17.07±1.91b 57.32±4.75a 13.00±1.68b 10 0.97±0.07a 34.69±0.15b 8.74±1.89a 2.63±0.23a 1 525.43±158.69a 43.79±12.26a 82.65±20.22a 11.59±1.20b 20 1.07±0.03a 41.33±1.35a 7.82±0.96a 3.01±0.08a 1 189.80±142.57a 29.48±3.18ab 74.67±8.29a 31.94±3.01a 桂夏豆2号
Guixiadou No. 20 0.82±0.02b 28.66±0.76b 8.88±0.43b 4.34±0.14a 1 150.17±125.49a 10.27±0.64b 44.51±2.29b 13.45±1.86b 10 0.85±0.05ab 24.49±1.62c 10.53±0.78a 4.67±0.31a 1 158.35±189.60a 28.82±3.20a 66.85±1.61a 17.29±2.36ab 20 0.93±0.04a 40.78±0.96a 9.25±0.56ab 3.96±0.06a 1 476.97±144.46a 38.28±11.14a 49.94±2.04ab 20.86±1.72a 华夏3号
Huaxia No. 30 0.88±0.09a 28.59±2.59b 7.61±0.22b 4.46±0.30a 880.46±47.58b 13.56±1.37b 60.01±4.00a 13.05±1.78b 10 0.75±0.06a 31.44±0.14b 10.03±0.54a 4.35±0.26a 1 111.47±71.84ab 24.78±5.94ab 47.31±1.87a 11.26±0.41b 20 0.88±0.03a 40.13±1.78a 9.24±0.69ab 3.30±0.33b 1 242.21±90.77a 26.99±4.14a 54.81±3.57a 19.50±1.80a 1) 数据为平均值±SE；相同基因型同列数据后的不同小写字母表示不同Cd处理浓度间差异显著(P< 0.05，Duncan’s法)
1)The datum is mean±SE; Different lowercase letters in the same column and genotype indicate significant differences among different Cd treating concentrations (P< 0.05，Duncan’s test)
下载: 导出CSV
-
[1] LI H, LUO N, LI Y W, et al. Cadmium in rice: Transport mechanisms, influencing factors, and minimizing measures[J]. Environ Pollut, 2017, 224: 622-630. doi: 10.1016/j.envpol.2017.01.087
[2] FINZGAR N, LESTAN D. The two-phase leaching of Pb, Zn and Cd contaminated soil using EDTA and electrochemical treatment of the washing solution[J]. Chemosphere, 2008, 73(9): 1484-1491. doi: 10.1016/j.chemosphere.2008.07.043
[3] REHMAN M Z U, RIZWAN M, ALI S, et al. Remediation of heavy metal contaminated soils by using Solanum nigrum: A review[J]. Ecotox Environ Safe, 2017, 143: 236-248. doi: 10.1016/j.ecoenv.2017.05.038
[4] VAN ASSCHE F , CLIJSTERS H. Effect of metals on enzyme activity in plants[J]. Plant Cell Environ, 1990, 13(3): 195-206. doi: 10.1111/j.1365-3040.1990.tb01304.x
[5] TALANOVA V V, TITOV A F, BOEVA N P. Effect of increasing concentrations of heavy metals on the growth of barley and wheat seedlings[J]. Russ J Plant Phys, 2001, 48(1): 100-103. doi: 10.1023/A:1009062901460
[6] 丁海东, 朱为民, 杨少军, 等. 镉、锌胁迫对番茄幼苗生长及脯氨酸和谷胱甘肽含量的影响[J]. 江苏农业学报, 2005, 21(3): 191-196. doi: 10.3969/j.issn.1000-4440.2005.03.010 [7] EDERLI L, REALE L, FERRANTI F, et al. Responses induced by high concentration of cadmium in Phragmites australis roots[J]. Physiol Plantarum, 2004, 121(1): 66-74. doi: 10.1111/j.0031-9317.2004.00295.x
[8] 周全, 王宏, 张迎信, 等. 不同镉浓度处理下水稻植株镉含量变化及其镉调控相关基因表达分析[J]. 中国水稻科学, 2016, 30(4): 380-388. [9] GZYL J, CHMIELOWSKA-BĄK J, PRZYMUSIŃSKI R, et al. Cadmium affects microtubule organization and post-translational modifications of tubulin in seedlings of soybean (Glycine max L.)[J]. Front Plant Sci, 2015, 6(511): 449-455.
[10] HE J Y, ZHU C, REN Y F, et al. Root morphology and cadmium uptake kinetics of the cadmium-sensitive rice mutant[J]. Biol Plantarum, 2007, 51(4): 791-794. doi: 10.1007/s10535-007-0162-1
[11] KÜPPER H, KOCHIAN L V. Transcriptional regulation of metal transport genes and mineral nutrition during acclimatization to cadmium and zinc in the Cd/Zn hyperaccumulator, Thlaspi caerulescens (Ganges population)[J]. New Phytol, 2010, 185(1): 114-129. doi: 10.1111/j.1469-8137.2009.03051.x
[12] 孙建云, 沈振国. 镉胁迫对不同甘蓝基因型光合特性和养分吸收的影响[J]. 应用生态学报, 2007, 18(11): 2605-2610. [13] CUI G, AI S, CHEN K, et al. Arbuscular mycorrhiza augments cadmium tolerance in soybean by altering accumulation and partitioning of nutrient elements, and related gene expression[J]. Ecotox Environ Safe, 2019, 171: 231-239.
[14] ZHOU H, ZENG M, ZHOU X, et al. Assessment of heavy metal contamination and bioaccumulation in soybean plants from mining and smelting areas of southern Hunan Province, China[J]. Ecotox Environ Safe, 2013, 32(12): 2719-2727.
[15] XUE Z, GAO H, ZHAO S. Effects of cadmium on the photosynthetic activity in mature and young leaves of soybean plants[J]. Environ Sci Pollut R, 2014, 21(6): 4656-4664. doi: 10.1007/s11356-013-2433-z
[16] ZHANG S, ZHOU J, WANG G, et al. The role of mycorrhizal symbiosis in aluminum and phosphorus interactions in relation to aluminum tolerance in soybean[J]. Appl Microbiol Biot, 2015, 99(23): 10225-10235. doi: 10.1007/s00253-015-6913-6
[17] 潘高, 张合平, 刘鹏, 等. 锰胁迫对苍耳种子萌发及幼苗生理生化特性的影响[J]. 草业学报, 2017, 26(11): 157-166. doi: 10.11686/cyxb2017033 [18] 杜兰芳, 沈宗根, 王立新, 等. CdCl2对豌豆种子萌发和幼苗生长的影响[J]. 西北植物学报, 2007, 27(7): 1411-1416. doi: 10.3321/j.issn:1000-4025.2007.07.021 [19] 李冬, 王艳芳, 王悦华, 等. 外源褪黑素对镉胁迫下豌豆种子萌发、幼苗抗性生理及镉含量的影响[J]. 核农学报, 2019, 33(11): 2271-2279. doi: 10.11869/j.issn.100-8551.2019.11.2271 [20] 王志坤, 廖柏寒, 黄运湘, 等. 镉胁迫对大豆幼苗生长影响及不同品种耐镉差异性研究[J]. 农业环境科学学报, 2006, 25(5): 1143-1147. doi: 10.3321/j.issn:1672-2043.2006.05.010 [21] 丁氏清茶. 甜高粱在重金属镉胁迫下的生理反应和基因鉴定[D]. 重庆: 西南大学, 2016. [22] 赵云云, 钟彩霞, 方小龙, 等. 华南地区11个春播大豆品种抗镉性的差异[J]. 华南农业大学学报, 2014, 35(3): 111-113. doi: 10.7671/j.issn.1001-411X.2014.03.020 [23] WANG P, DENG X, HUANG Y, et al. Comparison of subcellular distribution and chemical forms of cadmium among four soybean cultivars at young seedlings[J]. Environ Sci Pollut R, 2015, 22(24): 19584-19595. doi: 10.1007/s11356-015-5126-y
[24] DI TOPPI L S, GABBRIELLI R. Response to cadmium in higher plants[J]. Environ Exp Bot, 1999, 41(2): 105-130. doi: 10.1016/S0098-8472(98)00058-6
[25] 何俊瑜, 任艳芳, 王阳阳, 等. 不同耐性水稻幼苗根系对镉胁迫的形态及生理响应[J]. 生态学报, 2011, 31(2): 522-528. [26] DONG J, WU F, ZHANG G. Influence of cadmium on antioxidant capacity and four microelement concentrations in tomato seedlings (Lycopersicon esculentum)[J]. Chemosphere, 2006, 64(10): 1659-1666.
[27] 李沛然, 龚颖婷, 黄丽颖, 等. 大豆镉累积及吸收转运特性研究[J]. 广东农业科学, 2016, 43(5): 82-86. doi: 10.3969/j.issn.1004-874X.2016.05.016 [28] 王崇臣, 王鹏, 黄忠臣. 盆栽玉米和大豆对铅、镉的富集作用研究[J]. 安徽农业科学, 2008, 36(24): 10383-10386. doi: 10.3969/j.issn.0517-6611.2008.24.044 [29] NOCITO F F, LANCILLI C, DENDENA B, et al. Cadmium retention in rice roots is influenced by cadmium availability, chelation and translocation[J]. Plant Cell Environ, 2011, 34(6): 994-1008. doi: 10.1111/j.1365-3040.2011.02299.x
[30] 张芬琴. 镉胁迫对二种不同耐性豆科植物生长与活性氧代谢的影响及水杨酸对镉毒害的缓解效应[D]. 南京: 南京农业大学, 2009. [31] 黄运湘, 廖柏寒, 王志坤. 镉胁迫对大豆生长及籽粒中营养元素含量的影响[J]. 安全与环境学报, 2008, 8(2): 11-15. doi: 10.3969/j.issn.1009-6094.2008.02.004 [32] MONTEIRO M S, SANTOS C, SOARES A M V M, et al. Assessment of biomarkers of cadmium stress in lettuce[J]. Ecotox Environ Safe, 2009, 72(3): 811-818.
[33] 刘媛, 马文超, 张雯, 等. 镉胁迫对秋华柳根系活力及其Ca、Mg、Mn、Zn、Fe积累的影响[J]. 应用生态学报, 2016, 27(4): 1109-1115. [34] 黄运湘, 王志坤, 袁红, 等. 大豆对镉胁迫的生理反应及耐镉机理探讨[J]. 农业环境科学学报, 2011, 30(8): 1514-1520. [35] 顾秀聪, 王超, 张松贺. Cd对大白菜生长、叶绿素含量及体内矿物营养元素的影响[EB/OL]. 北京: 中国科技论文在线. [2011-02-14]. http://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/201102-118. -
期刊类型引用(1)
1. 胡闻君，陈颖，周园园，邬品中，龚奕杰，王珊，冯均科. 玉米大豆间作试验初步研究. 农业与技术. 2024(24): 33-36 . 
百度学术
其他类型引用(0)
计量
- 文章访问数: 1618
- HTML全文浏览量: 9
- PDF下载量: 1870
- 被引次数: 1
