镉胁迫对水培桑苗生长的影响

曾燕蓉 朱方容 等

摘要：【目的】了解鎘胁迫对水培桑苗生长发育的影响规律，筛选适宜镉污染土壤的桑树材料，为高耐镉和镉低积累桑树品种的筛选提供参考依据。【方法】以桂桑优12和桂桑优62为试验材料，设不同镉浓度的水培试验，测定桑苗的成活率和死亡率，运用线性回归法建立镉胁迫浓度与桑树死亡率的回归直线方程，计算不同桑树品种对水培液中镉的耐受性;调查桑苗在镉胁迫下生长30 d的单株叶和茎鲜重及解除镉胁迫后培养30 d的生长指标和叶片叶绿素荧光参数，分析镉对桑苗的毒害作用。【结果】据回归直线方程计算得知，水培30 d后，水培液中镉对桂桑优62和桂桑优12的半致死浓度分别为1.20和1.46 mg/kg，致死浓度分别为2.07和2.54 mg/kg。水培液中镉浓度高于0.10 mg/kg时，两个桑品种植株的叶片、茎鲜重均小于在无镉培养液中生长的桑苗（对照，CK）。解除镉胁迫后，0.05 mg/kg处理桑苗的生长状况优于CK，实际光能转换效率[Y（II）值]低于CK，叶片光系统已受到镉的毒害;0.10～0.50 mg/kg处理的桑苗生长状况明显不及CK，叶片最大光能转化效率（Fv/Fm）和Y（II）值均明显下降，光系统受到镉的严重毒害。【结论】桑苗受到镉的毒害作用外在表现为植株生长受抑制，其中根系受到的影响最明显;内在表现为叶片光合作用被抑制，且该影响较难恢复。利用水培法进行桂桑优12和桂桑优62栽培时水培液中的镉浓度应不高于1.0 mg/kg，以低于0.5 mg/kg为宜，且桂桑优12对镉的水培耐受性高于桂桑优62。

关键词： 镉胁迫;桑苗;水培;生长状况;叶绿素荧光特性;桂桑优12;桂桑优62

中图分类号： S888.2                          文献标志码： A 文章编号：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

【研究意义】目前，我国耕地受重金属污染面积大（孙建帮等，2015），且呈现出加剧态势，对人们的身体健康、食品安全及生态环境均造成严重威胁。镉非植物生长的必需微量元素，而是重金属污染源之一，对植物体（郑春荣等，2004;刘晓庆等，2017;陈宁美等，2018）和人类（李银保等，2009）均具有毒害作用，但目前我国耕地的镉污染情况十分严重（国土资源部，2014;邓琴等，2017;杨国涛等，2018）。已有研究表明多种方法可修复镉污染土壤或水体（曹胜等，2017;王晓美等，2018），其中桑树在镉污染土地的生态利用中相对于其他植物具有明显优势（谭勇壁，2008;徐宁等，2015）。当前，耐重金属胁迫桑树品种的筛选主要采用盆栽法，但该方法存在基质、灌溉和添加试验难达一致性的问题，进而影响试验的重复性;且桑树是木本植物，生长发育受时间和自然环境的影响，生长周期较长，品种资源众多，筛选和培育对镉具有高耐性和低积累性的应用品种时工作量大、周期长，且易对环境造成二次污染，不利于实现栽桑养蚕高效无毒利用和修复重金属污染土壤等生态效应。水培法是一种重要的无土栽培方法，日常管理较简单，栽培的作物生长速度较快。因此，与桑树的品种筛选及选育研究结合，建立桑树品种对镉耐受性的水培快速筛选方法，了解桑树在镉胁迫下的生长发育规律，不仅有利于加快高效筛选桑树高耐镉品种和镉低积累品种的研究进程，还也对今后开展镉污染土壤治理和生态利用具有重要意义。【前人研究进展】至今，已有较多利用水培法进行植物耐镉或其他金属元素品种筛选的研究。代成成（2010）结合田间和室内水培试验，分别筛选得到不同镉积累量的小白菜品种;郭利双等（2015）利用水培方法进行镉高积累棉花品种的筛选，发现棉花苗期能大量吸收培养溶液中的镉，不同品种间吸镉能力差异明显;孙凯等（2016）通过水培试验研究了6个苎麻品种在镉胁迫下的耐受能力和吸附能力，认为水培是筛选苎麻耐镉品种的一种快速、便捷、可靠的方法;张骞（2017）对不同品种的生菜和苋菜进行全生育期、旺盛生长期及短期含砷营养液水培试验，并与土培试验结果进行比较，认为短期吸收法具有用时短、污染少等优点，可作为砷低吸收作物筛选优先选用的方法，旺盛生长期水培法次之。目前有关桑树品种对镉耐受性的水培法研究仅是探讨镉胁迫对某个具体品种生长及生理的影响，如刘旭辉等（2012）在水培液中添加不同浓度的锌和镉，研究不同培养时间和桑苗不同部位吸收、积累、转运锌和镉的动态变化规律;覃勇荣等（2012）以桑特优二号为材料，采用水培法研究了不同浓度镉胁迫下是否添加EDTA处理桑苗叶片丙二醛含量的动态变化。【本研究切入点】目前，国内现有的桑树与重金属胁迫相关文献报道大多采用土壤栽培方式，研究内容基本集中于桑树在不同重金属含量土壤中的生长发育及桑树各部位对重金属的富集效果方面（黄仁志等，2018），而针对桑树品种对镉耐受性的水培筛选研究尚无相关报道。【拟解决的关键问题】以广西主栽桑树品种桂桑优12和桂桑优62为材料，通过不同镉浓度的水培试验，测定桑苗的成活率和死亡率，运用线性回归法建立镉胁迫浓度与桑树死亡率的回归直线方程，计算不同品种对水培液中镉的耐受性，建立一种操作简单、成本低、筛选周期短、环境污染低的桑树对镉耐受性的水培快速筛选方法;同时调查桑苗在镉胁迫和解除镉胁迫后的单株茎叶鲜重，分析镉对桑树生长的影响，为高耐镉和镉低积累桑树品种的筛选提供参考依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

供试桑树品种为桂桑优12和桂桑优62，试验苗木均为广西蚕业科学研究院自育桑苗。供试镉源为水合氯化镉（CdCl2·2½H2O），分析纯，含量≥99.0%，成都市科龙化工试剂厂生产。水培设施为可移动植物LED光照循环水培装置，为广西蚕业科学研究院自主发明专利（专利号：ZL201420403636.6）。无土栽培生长期使用肥料为专用型水溶性肥料（20-10-20型），武汉瑞莱肥料有限公司生产。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 苗木准备 2014年6月，取桂桑优62种子在广西蚕业科学研究院苗圃旱地播种育苗;2015年7月，带土挖取苗茎6 mm、无病虫的一年生实生苗，清水轻轻洗掉根部土壤，修剪枝叶后保留主茎25～30 cm，移植于可移动植物LED光照循环水培装置中，作为桑苗对镉的耐受性试验I的材料。

2016年9月，分别取桂桑优12和桂桑优62种子，在广西蚕业科学研究院大棚苗床中直接播种育苗，基质为泥炭土和珍珠岩为1∶1的混合基质，待幼苗长至高10～15 cm，经控水炼苗10 d后，轻轻起苗并抖掉大部分基质，用清水洗去少量粘根基质，根系尽量保持完整，移植于水培装置中，作為桑苗对镉的耐受性试验II的材料。

2017年3月，采用2016年相同方法再次播种育苗，作为镉对水培桑苗生长影响的试验材料。

1. 2. 2 桑树室内水培条件 桑树室内水培的温度条件为自然温度25～31 ℃，采用无土栽培专用型水溶性肥料对水2000倍作为基础水培液，桑苗生长所需光照以LED植物灯（红、蓝光配比8∶1）为光源，光照周期设为光照14 h（6：00—20：00）、黑暗10 h（20：01—次日05：59）。水培槽内用水泵运行供氧，每小时运行15 min。

水溶液中添加的镉来自水合氯化镉，先将适量水合氯化镉溶解于少量水中，再将氯化镉水溶液加入准备好的水培液中，混匀保证水培液中镉的分布均匀一致。

1. 2. 3 水培桑苗对镉的耐受性试验I 2015年7—9月，将桂桑优62一年生苗统一栽植至水培槽内，根部浸没于水培液中，修剪去除枝叶，主茎用海绵固定于定植板定植孔中，并于板面上2 cm处剪去茎梢，茎干高度8～10 cm，水培液共设6个镉胁迫处理，镉浓度分别为0.1、1.0、10.0、25.0、50.0和100.0 mg/kg，以未添加镉的水培液为对照（CK），每处理3个重复，每重复28株，测试桑树叶片和根的萌发、生长对镉的最大耐受性。

1. 2. 4 水培桑苗对镉的耐受性试验II 2016年10—11月，以桂桑优12和桂桑优62当年生苗为材料，以水培液镉浓度1.0 mg/kg为中心设5个镉胁迫处理，镉浓度分别为0.1、0.5、1.0、1.5和2.0 mg/kg，以未添加镉的水培液为CK，每处理3个重复，每重复28株，测试桑树叶片和根系正常生长过程中对镉胁迫的最大耐受性。

1. 2. 5 镉胁迫对水培桑苗生长的影响测试 2017年5—7月，为保证桑苗较高的成活率和良好的生长，以0.50 mg/kg为镉胁迫浓度上限，设4个镉胁迫处理，镉浓度分别为0.05、0.10、0.25和0.50 mg/kg，以未添加镉的水培液为CK，每处理3个重复，每重复21株。添镉水培30 d后，桑苗在定植板以上2 cm处剪去枝叶，排去含镉水培液，换成无镉的基础水培液，解除镉胁迫继续水培。无镉水培30 d后，观察各处理桑苗的生长情况。

1. 3 测定项目及方法

水培桑苗对镉的耐受性试验：水培液中添加镉后，按正常水培条件水培生长30 d，每10 d观察并统计桑树的成活率和死亡率，有新芽萌发视为成活，不发芽不发根为桑树死亡判断标准。

镉胁迫对水培桑苗生长的影响试验：水培液添加镉后，按正常水培条件水培生长30 d，每3～5 d观察并记录桑苗根、茎、叶的生长发育情况，30 d后将桑树定植板上部保留2 cm左右统一剪下调查统计各处理桑树的单株叶、茎鲜重。解除镉胁迫后，正常水培条件下生长30 d后，测量记录桑苗的株高、叶长、叶宽、叶片大小与数量、各部位鲜重;每处理选择生长最均匀的3株桑苗，每株桑苗选择中部叶面积最大的功能叶片（其中CK和0.05 mg/kg处理为第4叶位，0.10与0.25 mg/kg处理为第3叶位，0.50 mg/kg处理为第2叶位），每叶取叶柄两侧的中央区域，用叶绿素荧光仪（型号Mini-PAM-Ⅱ，德国WALZ 公司）测定桑苗的叶绿素荧光值。

1. 4 统计分析

试验数据采用 Excel 2007进行初步统计，采用SPSS 16.0进行处理间差异显著性分析。

2 结果与分析

2. 1 水培桑苗对镉的最大耐受性试验结果

2. 1. 1 水培桑苗对镉的耐受性试验I结果 由表1可知，除50.0 mg/kg处理培养20 d外，桂桑优62一年生桑苗添镉培养10～20 d的成活率与CK均无显著差异（P>0.05，下同）;培养30 d后镉胁迫处理的成活率均极显著低于CK（P<0.01，下同），而死亡率极显著高于CK。水培前期，桑苗新根未长出或刚长出，植株主要依靠自身营养萌生新芽，镉未到达茎叶产生毒害，因此各处理成活率相差不明显;水培30 d后，CK和低浓度（0.1～1.0 mg/kg）镉胁迫处理的桑苗已有新根长出，高浓度（≥10.0 mg/kg）镉胁迫处理的桑苗新根难萌发、旧根出现腐烂，镉对桑苗根、叶萌发及生长的毒害作用已体现，此时镉胁迫处理桑苗的成活率和死亡率与对照的差异均达极显著水平。

试验中观察发现，0.1 mg/kg镉胁迫处理已对桑苗根、叶的萌发及生长产生一定程度的毒害，其中根系直接接触水培液受到的毒害更直接、明显，但在此浓度下植株还能基本维持生长;镉浓度在1.0 mg/kg以上时，镉对桑苗根、叶的萌发及生长产生较大毒害作用，叶片典型症状表现为变小、数量减少，叶脉黄化直至蔓延整张叶片，最后黄化枯萎，CK桑苗的正常黄化叶片则表现为脉间失绿、全叶均匀黄化但叶脉仍保持绿色（图1），根系典型症状表现为新根数量变少、长度变短、根尖稍膨大、难发新根（图2），最明显表现为水培液面下难发新根，但液面与定植板中间孔隙层仍可见部分新根长出（图2-B）。此外，1.0～100.0 mg/kg镉浓度处理桑苗在水培30 d后的成活率虽保持在52.38%～88.10%，但随着水培时间的推移，这些镉中毒桑苗即使前期萌发新叶，由于缺乏新根导致无法吸收水培液的营养物质，不能维持植株正常生长需要，待植株在苗圃生长积累的主茎营养耗尽后叶片即开始枯萎、掉落，直至植株死亡。镉浓度越高，植株受到的不良影响越严重，成活株后期死亡越快且越多，镉的毒害性越明显。综上所述，要保证桑树叶片和根系较好的萌发、生长，水培溶液中镉的最大胁迫浓度应小于1.0 mg/kg。

2. 1. 2 水培桑苗对镉的耐受性试验II结果 由试验I结果可知，镉浓度大于1.0 mg/kg时即对水培桑苗叶片、根系的萌发和生长产生不利影响，因此试验II改用桂桑优12和桂桑优62当年生实生苗为材料，以1.0 mg/kg为中心，将镉浓度设为0～2.0 mg/kg。由表2可知，水培30 d后，镉浓度≤0.5 mg/kg時桂桑优12和桂桑优62的幼苗仍能基本保持枝叶正常生长，死亡率为0;但当镉浓度为0.1 mg/kg时，桂桑优62根系已难发新根，桂桑优12新根数量变少、变短，镉已对桑苗产生毒害;镉浓度≥1.0 mg/kg时，桑苗开始出现叶片黄化枯萎、无新根、生长停止甚至死亡的现象，死亡率上升至7.14%～91.67%，镉胁迫浓度越高，桑苗死亡率越高。

根据试验II结果，借鉴动物半致死浓度的线性回归计算方法（李翠萍等，2012），初步建立镉胁迫浓度（y）与桑苗水培死亡率（x）的回归直线方程，得到桂桑优62的回归方程为y=0.0173x+0.3395，回归系数R2=0.8505;桂桑优12的回归方程为y=0.0216x+0.3785，回归系数为R2=0.8342。依此计算桑苗死亡率分别为5%、50%、95%和100%时的镉胁迫浓度，桂桑优62为0.43、1.20、1.98和2.07 mg/kg，桂桑优12为0.49、1.46、2.43和2.54 mg/kg。因此，水培液中镉对桂桑优62和桂桑优12的半致死浓度分别为1.20和1.46 mg/kg，致死浓度分别为2.07和2.54 mg/kg（此结果依据水培30 d的统计结果计算获得）。

由于缺乏新根导致桑苗无法吸收水培液的营养物质，不能维持桑树正常生长需要，随水培时间的延长，镉胁迫浓度越高，桑苗叶枯苗死的情况愈加严重，水培至50 d左右时2.0 mg/kg处理的桑苗基本全部死亡。根据试验II结果并结合桑树根系及植株后期生长状况，要保证桂桑优62、桂桑优12较高的水培成活率及良好的生长，须严格控制水培液中镉的浓度。若水培成活率要达95%，即桑苗死亡率小于5%时，水培液中镉的浓度应不高于0.5 mg/kg。

2. 2 镉胁迫下桑苗的生长情况

将桂桑优12、桂桑优62当年生实生苗在0～0.50 mg/kg镉浓度处理下水培30 d后，测定其单株叶、茎鲜重。由图3可看出，桂桑优12在0.05～0.10 mg/kg镉浓度处理下，单株叶、茎鲜重与CK差异不显著，镉胁迫对地上部枝叶生长的影响不明显，但观察发现其根系生长已受到一定程度的抑制，虽依然能萌发新根，但根数有所减少;在0.25～0.50 mg/kg镉浓度处理下，桑苗枝叶生长开始受到较明显的抑制，植株变矮小，根数明显减少，根系变褐、难发新根，基部叶片黄化、掉落，顶端嫩叶较黄甚至发生轻微皱缩，此时单株叶、茎鲜重均显著低于CK及0.05～0.10 mg/kg处理（P<0.05，下同）。与CK相比，其单株叶、茎鲜重除在0.05 mg/kg处理下略有增加外，0.10～0.50 mg/kg处理分别减少18.9%～54.6%和19.6%～49.7%。

由图3还可看出，桂桑优62在镉胁迫处理下的单株叶、茎鲜重与较CK相比有不同程度的减少，其中单株叶鲜重减少均达显著水平，但单株茎鲜重在各处理间差异不显著。试验中观察发现，在0.05 mg/kg处理下，桑苗根系生长受到抑制，根数有所减少，但能萌发新根;在0.10～0.50 mg/kg处理下，桑苗枝叶生长受到明显抑制，植株高度下降，根数显著减少，主根变褐、须根变短、极难萌发新根。

对比分析发现，0.05 mg/kg微量镉胁迫处理可略促进桂桑优12桑苗的生长，叶片、嫩茎鲜重大致相当或有少量增加，镉未对其桑苗产生毒害;但桂桑优62桑苗在同一水培液中，根系、枝叶生长均受抑制，单株叶片、嫩茎鲜重均降低，镉对其桑苗已产生毒害作用。水培液中镉浓度大于0.10 mg/kg，两个桑品种植株的叶片、嫩茎鲜重均低于对照。

2. 3 解除胁迫后桑苗的生长情况

桑苗经镉胁迫培养后，植株生长发育均受到不同程度的影响，为研究镉对桑苗生长的影响是否具有可恢复性或不可逆性，对桑苗进行剪伐，解除镉胁迫后继续培养30 d，观察植株的生长状况。

由表3可知，解除胁迫培养30 d后，0.05 mg/kg处理桑苗的生长势最好，株高、叶片大小和数量、叶茎鲜重等数值均最高，其次为CK，0.10、0.25和0.50 mg/kg处理桑苗的生长势均较CK差，且随镉胁迫浓度的增加，各指标数值愈低。

解除胁迫后，0.05 mg/kg处理的两个桑品种的株高和单株叶片鲜重均极显著高于CK，叶长、叶宽、叶长宽乘积和单株茎鲜重均显著或极显著高于CK，叶长宽比、单株叶片数和根系鲜重与CK差异不显著。这是因为0.05 mg/kg浓度较低，在胁迫培养时已对叶、茎生长表现出促进作用，解除胁迫后，桑苗体内微量的镉元素对其生长仍可能继续产生一定的促进作用，因此该处理的桑苗在解除胁迫后生长状况最佳。0.10～0.50 mg/kg处理解除胁迫后，其桑苗的各项生长指标均较CK降低，且大部分指标与CK的差异达显著或极显著水平。桑苗生长的外界镉胁迫环境虽已消除，但过量的镉元素对桑苗生长造成的毒害作用太严重，难以恢复。

2. 4 解除胁迫后桑叶的叶绿素荧光特性变化

植物叶片叶绿素荧光参数Fv/Fm是指光系统Ⅱ的原初光能转换效率，即光系统II反应中心捕获激发光能的效率，反映植物的潜在最大光能转化效率（汪洪等，2008）。Fv/Fm是研究光抑制或各种环境胁迫对光合作用影响的重要指标，在健康生理状态下绝大多数高等植物的Fv/Fm在0.80～0.85，当Fv/Fm下降时，代表植物受到胁迫。叶绿素荧光参数Y（II）值则是指光系统Ⅱ的实际光合效率，反映光合机构当前的实际光能转换效率。为更深入研究镉对桑树生长的影响，在桑苗剪伐、解除胁迫培养30 d后，测定植株中部叶片的叶绿素荧光参数Fv/Fm和Y（II）值，分析镉对桑叶叶绿素荧光特性变化的影响。

由图4可看出，桂桑优12和桂桑优62 CK的Fv/Fm分别为0.791和0.801，基本接近或符合正常范围;解除胁迫后，两个桑品种在0.05 mg/kg处理下的植株长势与CK相当甚至略好，其Fv/Fm均較CK有所升高，达0.813和0.807，但差异未达显著水平;两个桑品种在0.10、0.25和0.50 mg/kg处理下的Fv/Fm均低于CK，除桂桑优12 0.10 mg/kg处理的Fv/Fm维持在中等水平（0.609）外，其他处理的Fv/Fm基本降至0.300～0.350的较低水平，最大光合效率显著下降。

由图4还可看出，0.05 mg/kg处理的Fv/Fm虽略有升高，但其Y（II）值稍低于CK，说明其桑树生长量虽有所增加，但叶片光系统已受到一定程度的镉毒害，即使解除镉胁迫因素，该毒害仍不能完全消除，镉对桑树的毒害具有不可逆性和隐蔽性。镉浓度大于0.25 mg/kg时，两个桑品种叶片的Y（II）值均显著低于CK，说明镉浓度过高使光系统受到严重毒害，实际光合效率显著下降。

综合分析可知，两个桑品种CK的Fv/Fm和 Y（II）值基本相同，品种间差异不明显;解除胁迫后，相同镉浓度处理的桂桑优12桑叶Fv/Fm和Y（II）值整体上略高于桂桑优62，说明其最大光能转化效率和实际光合效率稍高于桂桑优62，表明桂桑优62在镉胁迫下其光系统受到的毒害作用较大，可能与不同品种对镉的耐受性存在差异有关。

3 讨论

3. 1 桑苗对水培液中镉的耐受性

本研究利用水培法的高效、快速、简单优势，通过向水培液中添加不同浓度镉进行胁迫处理，借鉴动物的半致死浓度计算方法——线性回归法（李翠萍等，2012），建立镉胁迫浓度与桑树水培苗死亡率的回归直线方程，依据方程计算水培半致死浓度（桑树死亡率为50%）和致死浓度（桑树死亡率为100%），据此对供试品种进行比较筛选。结果表明，水培30 d后，水培液中镉对桂桑优62和桂桑优12的半致死浓度分别为1.20和1.46 mg/kg，致死浓度分别为2.07和2.54 mg/kg，镉浓度低于1.0 mg/kg时桑树能正常生长，高于1.0 mg/kg时桑树生长受到明显抑制。刘旭辉等（2012）、覃勇荣等（2012）研究认为，水培液中镉浓度小于50 mg/kg时桑树可正常生长，大于50 mg/kg时桑树生长受明显抑制。本研究结果与之差异明显，其原因可能与试验桑树品种、桑苗苗龄、营养状况、镉源、水培装置、培养液种类及培养时间等多方面因素有关。本研究采用桂桑优12和桂桑优62为试验材料，直接播种苗床育苗获得植株，镉源为氯化镉，采用室内可移动植物LED光照循环水培装置，以无土栽培专用型水溶性肥料对水配制水培液，在添镉水培30 d后进行调查分析，且镉胁迫期间未添加其他物质，植株持续不断地受到镉的胁迫作用。而刘旭辉等（2012）、覃勇荣等（2012）研究中的试验材料与本研究不同，且其镉源为硝酸镉，水培液为霍格兰氏营养液，于水培3～45 d或8～23 d后采样，同时添加EDTA或锌。以上多方面的差异造成了试验结果的不同。

此外，与桐花树（杨盛昌和吴琦，2003）、菜豆（周青等，2003）、玉米（汪洪等，2008）和水稻（何俊瑜等，2010）等有关的水培研究表明，水培液中镉浓度分别为0.0005、3.36、2.24和0.112 mg/kg时，各种作物幼苗的生长已受到抑制，且随镉处理时间的延长，植株受到的伤害加重，由此可知水培液中镉浓度很低即可对作物生长产生较强的毒害作用，与本研究结果较接近。但不同品种、不同苗龄、不同试验时间等具体条件下桑树对水培液中镉的耐受性仍需深入研究。

3. 2 桑树品种对镉耐受性水培快速筛选的探索

借鉴作为衡量某种因素（药物、毒物、细菌、理化刺激等）对实验动物毒力或效力的指标，本研究首次初步建立镉胁迫浓度与桑苗水培死亡率的回归直线方程，据方程计算桑树对水培液中镉的耐受性，水培30 d后，水培液中镉对桂桑优62和桂桑优12的半致死浓度分别为1.20和1.46 mg/kg，致死浓度分别为2.07和2.54 mg/kg。桂桑优12对镉的水培耐受性高于桂桑優62，与于辉等（2008）研究得出的不同植物品种及同一植物不同器官对镉的吸收和积累能力存在差异的结论一致。此外，土壤栽培试验结果表明，桂桑优12对镉的耐受性表现优于桂桑优62，与本研究建立的桑树品种对镉耐受性的水培快速筛选方法结果一致。由于试验材料和时间限制，试验中仅研究桂桑优62和桂桑优12两个桑品种，今后可应用此水培快速筛选方法，扩大现行桑树栽培品种的材料，开展更多桑树品种资源的镉耐受性品种筛选研究，以丰富、完善试验结果，使其具有更高的社会应用价值。

应用探索建立的水培快速筛选方法，桑苗生长快，移栽修剪后水培2～3 d即恢复生长，萌出新根，萌发新芽;水培10～15 d后，桑苗生长至4～5片叶，即可在水培液中添加镉，添镉后10～20 d桑苗中毒症状开始出现，30 d后品种间差异较明显，达到理想试验效果;同时，桑树生长发育不受外界自然温度、湿度、光照的影响，桑苗移植后45 d左右即可完成一次筛选试验，极大缩短了桑树品种对镉耐受性的筛选周期，省时省工、节约成本，且能达到试验所需的均一性和可重复性，实现了桑树品种对镉耐受性的水培快速、高效筛选，为桑树强耐镉品种和低积累品种的选育和生态应用开发打下了基础，具有较高的科研和实用价值。

3. 3 镉对桑苗生长发育的影响及毒害作用

水培液中镉浓度为0.05 mg/kg时，桑苗的生长状况接近或略优于CK，说明微量的镉有利于植株生长，超过此浓度后镉对桑苗生长的毒害作用明显，桑苗出现叶黄枯萎、生长停止甚至死亡现象。此规律与陈朝明等（1999）、万飞（2004）采用土壤栽培法对桑树镉耐受性的研究结果相似，但与二者对应的镉浓度不一致，水培液中0.05 mg/kg的镉浓度分别对应土壤中的镉浓度为22.3 mg/kg（陈朝明等，1999）和8.48 mg/kg（万飞，2004），1.0 mg/kg的镉浓度分别对应土壤中的镉浓度为145 mg/kg（陈朝明等，1999）和140 mg/kg（万飞，2004）。其原因可能与供试桑品种、栽培基质（水、土壤）的不同有关，采用水培法可减少其他因素影响，目标影响因子易控，而土壤中影响因素众多，土壤微生物、pH、土壤类型等均会对桑树的耐镉性产生一定影响;由于土壤具有缓冲能力，水培液中桑树对镉更敏感，浓度极低即可表现出相应的中毒症状，因此低于土壤中对应的镉浓度，但应用水培法和土壤盆栽法在桑树对镉耐受性的品种筛选试验中的区别和联系还需进一步探索。

镉对桑苗的毒害作用表现为使桑苗根系生长受到抑制、枝叶生长变缓慢，其中根系的表现最明显，同一镉浓度下比枝叶等地上部明显。桂桑优62在0.05 mg/kg处理下，其植株茎叶生长受到的影响不明显，但根系生长已受到一定程度的抑制，能萌发新根但根数有所减少、长度变小。分析认为，桑苗根系浸泡于水培液中，最先接触到镉，然后经输导组织传送至地上部，根系受到镉的作用较快、较强，与何俊瑜等（2010）的研究结果一致。

桑树在镉胁迫下生长发育受到不同程度的影响，解除胁迫后，植株的株高、叶片数、叶鲜重、嫩茎鲜重及叶长、叶宽、叶长宽乘积等指标与CK比较，大部分存在显著差异;解除胁迫后桑树叶片最大光能转化效率Fv/Fm、实际光能转换效率Y（II）整体上低于CK，桑叶光合作用受到破坏，与陈朝明等（1999）、谷巍等（2002）、杜伟和姚丽萍（2012）的研究结果一致。但由于试验条件有限，关于镉对桑树生长的毒害机理及解除胁迫后桑树的内部反应机制未得到拓展研究，今后应加强此方面的相关研究。

4 结论

桑树受到镉的毒害作用外在表现为植株生长受抑制，其中根系受到的影响最明显;内在表现为叶片光合作用被抑制，且该影响较难恢复。为保证桑树较高的成活率和良好的生长发育，利用水培法进行桂桑优12和桂桑优62栽培时水培液中的的镉浓度应不高于1.0 mg/kg，以低于0.5 mg/kg为宜。桑树不同品种对镉的耐受性不同，桂桑优12对镉的水培耐受性高于桂桑优62。

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（责任编辑 王 晖）