镉污染土地资源利用——能源植物大麻耐镉种质资源的筛选与生长调控

在镉污染土壤上种植能源植物，对于持续发展生物能源、合理利用镉污染土地资源、保护环境以及食品安全都具有重要意义。本项目以高生物量、非粮食作物和可再生能源植物- - 大麻（Cannabis sativa L.）为材料，盆栽试验，比较不同基因型或生态型大麻的耐镉性，筛选出耐镉性相对较强的大麻品种；通过采用多效唑（PP333）、植物促生菌菌剂单一和复合处理相结合的调控措施，从形态、生理特征、生长动态等多角度综合评价调控效果，从吸收、转运和分布角度，阐明PP333和植物促生菌对大麻耐镉性的调控机理，筛选具有高效增强大麻耐镉性的菌株；通过田间试验，明确PP333和植物促生菌对大麻耐镉性的互作效应，探索出既能提高大麻耐镉性，又能保持较高的生物量，同时对镉污染土壤具有一定修复潜力的经济、实用的调控措施。本项目的实施，将为合理利用重金属污染土地资源开发植物能源奠定理论和实践基础。

本项目针对重金属污染土地不适宜种植进入食物链的植物、开发能源植物存在与粮食争地的矛盾、高生物量植物对于重金属胁迫的耐受性低等实际，围绕如何合理而有效地利用重金属（镉）污染土地资源开发能源植物，从能源植物种质资源的筛选、不同生态型大麻植株的耐镉性评价、增强植物对重金属耐受性的外源调控措施的探索及其调控机理等多个方面，先后在实验室和田间条件下开展试验，研究在镉污染土地上开发能源植物的可行性和调控途径。根据在镉胁迫下培养的大麻幼苗地上和地下部生长特征和若干生理特性的变化，以及耐性指数、镉的吸收、积累与转运差异，评价了北起俄罗斯、南至云南不同生态型大麻的耐镉性，筛选出耐镉性相对较强的云麻和六安寒麻大麻品种。研究结果表明，外源植物生长调节物质多效唑（PP333）能通过加大叶绿素a/b的比值、增强植物根系活力和抗氧化能力、减少对镉的吸收和向地上部的转运，从而增强大麻耐镉性。增产胺（2-(3,4-二氯苯氧基)三乙胺，DCPTA）能通过增强植物单个叶片的净光合速率、增强植物抗氧化能力缓解镉对大麻幼苗的胁迫伤害。植物促生菌（细菌类内生菌Pantoea agglomerans. sp. JP3-3和根际促生菌Burkholderia cepacia sp. J62）则通过增加镉处理下大麻的根系总表面积、总体积和根数，以及增强镉处理下大麻根系的活力而增强大麻幼苗耐镉性。PP333和植物促生菌调控生物量高、镉耐镉性强的六安寒麻与生物量低、镉敏感大麻品种（USO31）的效果相近，两者间差异不明显，该结果说明，利用PP333和植物促生菌调控生物量高、镉耐镉性强的大麻品种是可行的。部分室内实验结果在田间试验中初步得到验证。本项研究，明确了利用溶液培养和土培试验鉴定能源植物大麻苗期的耐镉性和外源调控大麻耐镉性的效果，探索了在重金属污染土地上开发能源植物的可行性和有效的调控途径。外源增产胺和植物促生菌处理在增强植物耐重金属胁迫的同时，还兼具增加根系对重金属的吸收的作用，该结果表明，通过外源调控措施增强植物耐重金属胁迫的同时，还可能兼具土壤修复的后效。