柳枝稷耐镉及镉富集品种的筛选与鉴定

a.不同品种柳枝稷种子萌发期的耐镉性分析

以4个品种柳枝稷（Kanlow、Alamo、Summer、Blackwell）种子为试验材料，配制不同浓度（0、0.25、0.5 、1.0、1.25 mM）CdCl₂溶液，采用滤纸法进行种子萌发实验。通过测定种子的发芽率、发芽势、幼苗根长、芽长、鲜重和干重等指标，筛选萌发期耐镉能力强的柳枝稷品种。

b.不同品种柳枝稷植株的耐镉性分析

将不同品种柳枝稷发芽后的幼苗移栽至蛭石中，置于25 ℃，光周期12 h/12 h（光照/黑暗）的光照培养架上培养，定期浇灌1/4 × Hoagland营养液培养。待植株生长至E2时期，以终浓度为500 μM CdCl₂的1/4 × Hoagland处理柳枝稷植株，以不含CdCl₂的1/4 × Hoagland作为空白对照，期间持续观测植株生长情况，待植株出现明显胁迫表型后，测定植株的株高等生长指标、叶绿素含量等生理指标、酶活性以及植株地上部分和根中镉离子含量，进而评价不同品种柳枝稷的耐镉能力及镉离子富集能力，以筛选耐镉且镉富集能力强的柳枝稷品种。

土壤中的重金属镉主要由于田间农药化肥施用、油田的开采、固体废弃物处置不合理等引起^[1]。在被重金属镉污染的土壤上种植农作物不仅会导致农产品中重金属含量超标，经过食物链传递还会危害人类和动物健康^[2]。传统的土壤重金属镉治理方法主要有工程措施、改良剂法等，这些方法成本高、耗时长、见效慢，具有很多局限性。植物修复技术是目前比较具有潜力的一种土壤重金属修复技术，用于清除土壤中的污染物，从而达到修复土壤的目的^[3]。目前用于植物修复的重金属镉超富集植物种类较少，已筛选得到的一些植物存在生长速度慢、环境适应性差、不利于机械化收获等限制因素，进一步筛选植物修复材料是治理重金属镉污染土壤的重要任务之一。

柳枝稷是一种重要的能源植物，具有光合效率高、生长速度快、生物量多、抗逆性强、适应性广等特点，可在边际土地上开展规模化应用^[4]。研究表明，从形态、生长生理等角度，分析柳枝稷和坚尼草两种能源草对镉的响应，发现柳枝稷的耐镉性高于坚尼草^[5]。Reed等^[6]研究表明柳枝稷能耐较高浓度的镉胁迫，且在一定程度上能在镉污染土壤上生长，但生物量有所下降，而在土壤低pH时，柳枝稷可以积累一定量的镉。Chen等^[7]研究表明柳枝稷低地型品种Alamo对于去除污染土壤中的镉具有较好的作用效果。镉处理降低柳枝稷地下部生物量并增加地下部镉含量，表明柳枝稷通过根部积累等措施修复镉胁迫的影响^[8]。柳枝稷在土壤重金属污染治理方面的应用前景广阔，在镉污染土壤中种植柳枝稷，既可以充分利用镉污染土地，又可以获得其作为转化生物乙醇的原料，达到在重金属污染土地上种植耐镉的能源植物，从而实现生物质资源开发与污染土地利用的双赢^[9,10]。不同品种的柳枝稷对镉的耐受性存在差异，对14份柳枝稷种质资源苗期耐镉性综合评价，结合柳枝稷对镉的吸收，进一步分析发现耐镉性较强的品种镉富集能力也较强^[11]。

参考文献

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[2] Shahid M, Xiong T, Masood N, et al. Influence of  plant  species  and  phosphorus  amendments  on  metal speciation  and  bioavailability  in a  smelter impacted  soil:  a  case  study  of  food-chain  contamination. Journal  of  Soils  and  Sediments, 2014, 14(4):655-665.

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[6] Reed, R L., Sanderson, M A., Allen, V G., et al. Growth and cadmium accumulation in selected switchgrass cultivars. Commun. Soil Sci. Plant Anal, 1999, 30, 2655-2667.

[7] Chen, B.C., Lai, H.Y., Lee, D.Y., et al. Using chemical fractionation to evaluate the phytoextraction of cadmium by switchgrass from Cd-contaminated soils. Ecotoxicology, 2011, 20: 409-418.

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[10] Pandey V C, Bajpai O, Singh N. Energy crops in sustainable phytoremediation. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016,54:58-73.

[11] 胡冰钰,方志刚,娄来清,等.14份柳枝稷种质资源苗期耐镉性综合评价[J].草业学报,2019,28(01):27-36.

本研究拟通过对不同品种柳枝稷种子萌发期耐镉能力及植株镉富集能力进行评估与鉴定，筛选耐镉能力强和镉富集能力强的柳枝稷品种。为进一步利用柳枝稷耐重金属能力强、根部吸附能力强、富集能力强等独特优势，对土壤中的重金属镉进行有效吸收和去除，实现油田重金属镉污染土壤治理与修复奠定研究基础。

基于大庆市油田开采现状，针对油田开采之后产生的土壤重金属镉污染问题，引入柳枝稷作为镉污染土壤修复植物，是本项目的创新之处。本项目研究内容与现阶段大庆地区油田土壤重金属污染修复治理的需求紧密结合，具有一定的区域特色。

技术路线图

拟解决的问题

a.筛选种子萌发期耐镉能力强的柳枝稷品种，为柳枝稷抗性种质资源筛选鉴定提供研究材料；

b.筛选耐镉且镉富集能力强的柳枝稷品种，为柳枝稷修复镉污染土壤提供研究依据。

预期成果

a.依托本项目完成毕业论文改革，完成两名本科生毕业论文，预计2025年6月完成选题和开题；

b.在省级及以上期刊发表论文1篇；

c.撰写项目结题报告1份。

2024年06月-2024年07月  查阅柳枝稷镉胁迫相关文献，确定试验条件和方法。

2024年08月-2024年09月  镉胁迫下萌发试验，测定相关指标，筛选萌发期耐镉能力强的柳枝稷品种。

2024年10月-2024年12月  种子萌发，幼苗移栽，植株培养；整理分析数据，文章撰写。

2025年01月-2025年03月  柳枝稷植株镉胁迫试验，测定相关指标；整理分析数据，文章投稿与修改。

2025年04月-2025年06月  筛选耐镉且镉富集能力强的柳枝稷品种；文章接收与发表，项目结题验收。