全 文 ：2012 年 8 月
Aug． 2012
华南师范大学学报 ( 自然科学版)
JOURNAL OF SOUTH CHINA NORMAL UNIVERSITY
( NATURAL SCIENCE EDITION)
第 44 卷第 3 期
Vol． 44 No． 3
收稿日期:2012 － 02 － 12
基金项目:国家自然科学基金项目(20877104)
* 通讯作者，adsyzy@ mail． sysu． edu． cn
文章编号:1000 － 5463(2012)03 － 0100 － 07
蕹菜典型品种的根系形态学特征及
与 Cd吸收积累的关系
龚玉莲1，2，杨中艺2*
(1． 广东第二师范学院生物系应用生态学实验室，广东广州 510303;
2． 中山大学有害生物控制与资源利用国家重点实验室，广东广州 510275)
摘要:用盆栽土培试验研究 4 个蕹菜(Ipomoea aquatica Forsk．)Cd积累典型品种的根系形态学指标及与 Cd吸收积累
的关系． 结果表明:品种和土壤对根系形态学各指标的效应均极显著(P ＜ 0. 01)．与 non － Cd － PSC 比较，蕹菜 Cd
－ PSC总根长、平均直径、根总表面积及总体积均较低(P ＜ 0. 001);总体积的差异最大(47. 37%)，总根长
(44. 50%)、总表面积(43. 05%)的差异次之，平均直径的差异最小(7. 71%);2 类品种的差异主要体现在直径 ＞
1. 0 mm的粗根上，蕹菜典型品种的根系形态学特征在不同土壤上表现稳定，可能影响根系吸收 Cd 的能力和 Cd 在
体内的转运能力．
关键词:蕹菜(Ipomoea aquatica Forsk．);Cd － PSC;根系形态学;土壤
中图分类号:Q948． 116 文献标志码:A doi:10． 6054 / j． jscnun． 2012． 06． 022
土壤 Cd 等重金属污染日趋严重和普遍，由此
导致蔬菜等农产品受重金属污染的风险突出［1 － 2］．
基于农业土壤重金属污染的现状及我国人口多、农
业生产压力大的现实，利用植物吸收积累重金属的
品种间差异选育可食部分重金属低量积累的农作物
品种(即在一定的受污染土壤中种植时，其食用部
位污染物含量能够达到安全食用标准的农作物品
种，pollution － safe cultivar，PSC)策略备受关注、已
成为食品安全保障领域的研究热点［3 － 5］．
农作物 Cd积累的品种间差异可能由根系对 Cd
吸收能力的差异造成，并与根系形态、根系分泌物等
有关［5］． 水稻［6］、硬质小麦［7］、柳属植物［8］等的研究
表明重金属低量积累和高量积累典型品种的根系形
态学存在差异，目前对蔬菜等其他植物的研究较少．
蕹菜(Ipomoea aquatica Forsk．)为常见叶用蔬
菜，作者的前期研究表明其受 Cd 污染的风险较
高［4，9］，并筛选得到了可食部分(茎叶)Cd 低量积
累(Cd － PSC)和高量积累(non － Cd － PSC)的典型
品种［10］． 蕹菜典型品种的 Cd 积累特性由遗传决
定、不受土壤因素的控制，且低 Cd 特性与 Cd 的亚
细胞分布、基因表达差异有关［4］． 关于蕹菜 Cd积累
典型品种的根系形态学研究未见报道．
本文利用盆栽土培试验、研究蕹菜 Cd 积累典
型品种的根系形态学指标，旨在发现蕹菜 Cd 积累
典型品种的根系形态学特征、并探讨其与 Cd 吸收
积累的关系，为 Cd 低积累品种的选育提供基础理
论依据．
1 材料与方法
1． 1 试验材料
供试土壤取自广东省鹤山市 6 个地点的菜地，
理化性质和重金属含量见表 1． 土壤理化分析采用
常规方法［11］，根据我国食用农产品产地环境评价
标准(HJ332 － 2006) ，蔬菜地土壤中 Cd 含量最大
限值为 0. 3 mg /kg，土壤 A为 Cd污染土壤．
供试蕹菜采用前期试验筛选得到的 4 个 Cd 积
累典型品种:QLQ、QLB、GDB和 T308，其中 QLQ和
QLB为可食部分(茎叶)Cd 低量积累品种(以 Cd －
PSC表示) ，GDB 和 T308 为高量积累品种(以 non
－ Cd － PSC表示) ，2 类品种的茎叶 Cd 含量平均差
异超过 3 倍［10］．
表 1 供试土壤性质
Table 1 Properties of the tested soils
指标 土壤 A 土壤 B 土壤 C 土壤 D 土壤 E 土壤 F
pH 6． 84 6． 10 7． 30 6． 25 6． 04 5． 39
EC /(ds·m －1) 55． 3 58． 7 50． 3 37． 0 39． 3 13． 3
有机质 /(g·kg －1) 26． 7 26． 7 38． 3 25． 3 25． 8 26． 3
全 N/(g·kg －1) 1． 61 1． 17 1． 58 1． 19 1． 52 1． 37
速效 P /(mg·kg －1) 458． 1 251． 8 400． 1 418． 6 475． 8 19． 6
速效 K/(mg·kg －1) 131． 7 45． 2 179． 0 45． 1 43． 2 39． 1
全 Cd /(mg·kg －1) 0． 55 0． 24 0． 15 0． 15 0． 15 0． 083
DTPA － Cd /(mg·kg －1) 0． 108 0． 050 0． 049 0． 031 0． 017 0． 030
1． 2 试验方法
采用盆栽试验． 每个花盆(15 cm 直径 × 20
cm高)内装 3 kg土，选用 6 种土壤(A ～ F) ，4 个品
种，每个处理重复 3 次，共 72 盆． 随机区组设计，
播种，待幼苗长出 3 片真叶后间苗，每盆保留 3 株．
每天浇水以保持土壤湿润． 50 d 后取样，分别收获
茎叶和根． 取根样时挖取包容所有根系的土块，小
心洗净根系． 采用数字化扫描仪和图像分析软件
WINRHIZO(Regent Ins Inc，Canada)计算总根长、总
根表面积、平均直径和体积． 茎叶和根样称鲜质量、
70 ℃下烘干称干质量，粉碎，保存备用． 样品用
HNO3∶H2O2(5 ∶2)微波消解后，用原子吸收分光光
度计(Hitachi Z － 5300)测定 Cd、Pb含量． 测样过程
采用国家标准参比物质(植物 GBW －07603)进行分
析质量控制．
采用 SPSS 11. 0 统计软件的双因素方差分析
(Two － way ANOVA)、LSD 检验及相关分析等方法
进行数据分析．
1． 3 Cd转运系数和 Cd迁移率的计算
Cd转运系数是茎叶 Cd 含量与土壤 Cd 含量的
比值;Cd迁移率为茎叶 Cd 积累量占全株 Cd 积累
量的百分比．
2 结果与分析
2． 1 蕹菜 Cd积累典型品种的根系长度
根长是描述根系吸收能力的重要参数之一． 品
种和土壤种类对总根长的效应均极显著(P ＜
0. 01)． 除了土壤 C 和 D 外，其余 4 种土壤上总根
长的品种间差异均显著(P ＜ 0. 05) (图 1A)． 各品
种总根长平均值的大小顺序为 GDB ＞ T308 ＞ QLB ＞
QLQ;QLQ的总根长在不同土壤上总是最小． 各品
种总根长在不同土壤上表现出相似的趋势，其平均
值的顺序为 B ＞ C ＞ A ＞ E ＞ F ＞ D．
品种和土壤对各级根长的效应均显著(P ＜
0. 05)． 根长在各直径级别的分布见表 2． 各品种均
以直径≤1. 0 mm 的根系长度为主，占总根长的
66. 14% ～ 99. 17%，表明直径≤1. 0 mm 根的多少
决定根长的大小．
2． 2 蕹菜 Cd积累典型品种的根系直径
品种和土壤对根平均直径的效应均极显著(P
＜ 0. 01)． 除了土壤 A 和 B 外，其余土壤上根平均
直径的品种间差异均显著(P ＜ 0. 05)． 各品种根平
均直径的平均值顺序为 T308 ＞ GDB ＞ QLB ＞ QLQ．
各土壤上的根直径平均值顺序为 E ＞ D ＞ C ＞ A ＞ B
＞ F(图 1B)．
2． 3 蕹菜 Cd积累典型品种的根表面积
根系表面积是根系与环境介质直接接触的重要
指标［17］． 品种和土壤对根总表面积的效应均极显
著(P ＜ 0. 01)． 除了土壤 C 外，其余土壤上根总表
面积的品种间差异均显著(P ＜ 0. 05) (图 1C)． 各
品种根总表面积平均值的顺序与总根长一致，亦为
GDB ＞ T308 ＞ QLB ＞ QLQ;QLQ 的根总表面积在不
同土壤上也总是最小． 各品种根总表面积在不同土
壤上表现出相似的趋势，其平均值的顺序为 B ＞ C
＞ E ＞ A ＞ F ＞ D．
品种和土壤对各级根表面积的效应均显著(P
＜0. 05)． 各品种均以直径≤1. 5 mm的根表面积为
主(表 3) ，占总根表面积的 55. 51% ～ 86. 86%，表
明直径≤1. 5 mm，根的多少决定根表面积的大小．
其中 0. 5 ＜ D≤1. 0 的根表面积所占平均比例最大，
达到 32. 13% ．
2． 4 蕹菜 Cd积累典型品种的根体积
根体积大小是反映根系生理功能的重要指标． 品
种和土壤对根总体积的效应均极显著(P ＜ 0. 001)．
除了土壤 C外，其余土壤上根总体积的品种间差异
101第 3 期 龚玉莲等:蕹菜典型品种的根系形态学特征及与 Cd吸收积累的关系
均显著(P ＜0. 05) (图 1D)． 各品种根总体积平均值
的顺序与总根长、总表面积一致，亦为 GDB ＞ T308
＞ QLB ＞ QLQ;QLQ的根总体积在不同土壤上亦总
是最小． 各品种根总体积在不同土壤上也表现出相
似的趋势，其平均值的顺序为 B ＞ C ＞ E ＞ A ＞D ＞ F．
品种和土壤对各级根体积的效应均显著(P ＜
0. 05)． 根体积在各直径级别的分布见表 4． 2 个品
种均以直径 ＞ 2. 0 mm 的根体积为主，占根总体积
的 30. 07% ～ 65. 76%，表明直径 ＞ 2. 0 mm 根的多
少决定根体积的大小．
图 1 蕹菜 Cd积累典型品种在不同土壤上生长的根系形态学
Figure 1 Root morphology of the typical cultivars of water spinach in diffent soils
注:不同小写字母表示品种间差异显著(P ＜ 0. 05)．
201 华 南 师 范 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版) 第 44 卷
表 2 不同土壤上生长的蕹菜 Cd积累典型品种的不同根直径的根系长度 (means ± SD，n = 3)
Table 2 Root length of different diameter for water spinach cultivars in different soils
品种 土壤
根系长度 /cm
0 ＜ D≤0． 5 mm 0． 5 ＜ D≤1． 0 1． 0 ＜ D≤1． 5 1． 5 ＜ D≤2． 0 D ＞ 2． 0
QLQ A 93． 14 ± 7． 63 201． 38 ± 28． 54 38． 33 ± 8． 83 4． 31 ± 1． 15 7． 84 ± 1． 55
B 443． 06 ± 85． 07 252． 32 ± 44． 72 91． 81 ± 34． 42 37． 72 ± 15． 78 38． 83 ± 18． 31
C 376． 56 ± 85． 80 206． 09 ± 36． 92 67． 28 ± 21． 14 25． 78 ± 11． 66 27． 30 ± 15． 30
D 140． 25 ± 9． 18 212． 49 ± 19． 68 24． 59 ± 4． 72 3． 23 ± 0． 12 6． 67 ± 1． 05
E 129． 51 ± 16． 75 224． 22 ± 30． 19 40． 46 ± 9． 90 4． 73 ± 1． 74 8． 81 ± 1． 54
F 272． 72 ± 39． 44 97． 43 ± 9． 84 25． 00 ± 5． 45 5． 89 ± 1． 94 4． 97 ± 2． 47
QLB A 173． 77 ± 19． 13 296． 08 ± 8． 52 114． 27 ± 20． 81 19． 70 ± 3． 94 13． 33 ± 3． 54
B 829． 77 ± 121． 09 397． 06 ± 39． 09 228． 86 ± 25． 27 97． 71 ± 15． 19 72． 21 ± 11． 71
C 432． 76 ± 93． 69 251． 18 ± 51． 47 137． 55 ± 41． 18 48． 90 ± 15． 59 35． 74 ± 11． 91
D 197． 26 ± 8． 38 314． 94 ± 5． 88 95． 65 ± 4． 52 13． 82 ± 0． 85 12． 54 ± 1． 01
E 218． 87 ± 11． 87 374． 84 ± 6． 98 140． 03 ± 9． 85 21． 56 ± 3． 08 17． 92 ± 3． 16
F 551． 28 ± 9． 70 209． 14 ± 7． 55 95． 40 ± 9． 33 38． 20 ± 5． 24 33． 62 ± 5． 09
GDB A 759． 26 ± 226． 51 454． 53 ± 26． 62 164． 60 ± 60． 06 26． 45 ± 10． 04 26． 49 ± 13． 13
B 874． 66 ± 62． 28 437． 28 ± 50． 35 285． 40 ± 27． 47 113． 71 ± 5． 72 94． 75 ± 9． 83
C 545． 33 ± 139． 82 365． 63 ± 11． 92 230． 69 ± 61． 45 58． 11 ± 21． 83 46． 08 ± 13． 72
D 176． 76 ± 33． 03 316． 14 ± 42． 60 114． 17 ± 28． 06 14． 86 ± 4． 80 14． 73 ± 3． 07
E 273． 65 ± 56． 43 458． 62 ± 57． 10 252． 59 ± 24． 67 50． 54 ± 15． 25 46． 02 ± 21． 73
F 544． 66 ± 113． 50 218． 64 ± 54． 24 128． 82 ± 36． 22 54． 28 ± 22． 39 45． 09 ± 21． 17
T308 A 218． 93 ± 21． 00 384． 77 ± 11． 38 159． 15 ± 6． 20 15． 02 ± 2． 11 10． 62 ± 0． 31
B 655． 87 ± 27． 95 353． 20 ± 10． 00 180． 05 ± 44． 08 77． 09 ± 18． 42 57． 02 ± 16． 66
C 571． 47 ± 112． 98 323． 44 ± 35． 78 241． 74 ± 56． 14 107． 62 ± 36． 64 108． 76 ± 47． 28
D 185． 54 ± 28． 47 355． 37 ± 68． 97 105． 79 ± 18． 86 14． 08 ± 3． 53 20． 82 ± 3． 00
E 213． 85 ± 29． 97 397． 42 ± 24． 29 117． 68 ± 2． 91 11． 48 ± 1． 50 14． 36 ± 1． 13
F 351． 18 ± 35． 25 160． 77 ± 19． 35 83． 93 ± 10． 15 30． 71 ± 11． 87 19． 37 ± 7． 51
注:D为根系直径，单位为 mm，下表同．
表 3 不同土壤上生长的蕹菜 Cd积累典型品种不同根直径的根表面积
Table 3 Root surface areas of different diameter for water spinach cultivars in different soils
品种 土壤
根表面积 /cm2
0 ＜ D≤0． 5 0． 5 ＜ D≤1． 0 1． 0 ＜ D≤1． 5 1． 5 ＜ D≤2． 0 D ＞ 2． 0
QLQ A 8． 22 ± 0． 67 34． 44 ± 5． 14 12． 82 ± 2． 97 2． 16 ± 0． 57 10． 07 ± 1． 29
B 37． 64 ± 6． 51 60． 98 ± 9． 96 35． 94 ± 12． 95 22． 53 ± 9． 18 41． 89 ± 19． 62
C 31． 94 ± 6． 68 51． 41 ± 9． 35 27． 11 ± 8． 18 15． 68 ± 6． 80 31． 35 ± 17． 14
D 12． 38 ± 0． 83 35． 30 ± 3． 37 8． 14 ± 1． 59 1． 62 ± 0． 06 9． 23 ± 1． 35
E 11． 46 ± 1． 49 37． 98 ± 5． 17 13． 46 ± 3． 28 2． 37 ± 0． 88 11． 19 ± 1． 60
F 25． 64 ± 3． 87 25． 81 ± 2． 84 10． 78 ± 2． 41 3． 92 ± 1． 33 6． 01 ± 3． 09
QLB A 15． 44 ± 1． 68 50． 36 ± 1． 41 38． 22 ± 7． 05 9． 88 ± 1． 97 14． 21 ± 3． 29
B 68． 27 ± 9． 86 93． 83 ± 8． 58 87． 92 ± 9． 21 56． 73 ± 8． 59 72． 46 ± 12． 16
C 35． 97 ± 7． 46 60． 77 ± 12． 43 53． 59 ± 15． 57 28． 70 ± 8． 84 38． 01 ± 12． 69
D 17． 40 ± 0． 73 54． 07 ± 0． 96 32． 02 ± 1． 47 6． 96 ± 0． 44 15． 52 ± 1． 00
E 19． 35 ± 1． 07 64． 42 ± 1． 35 46． 89 ± 3． 47 10． 77 ± 1． 54 20． 09 ± 2． 24
F 46． 56 ± 0． 39 49． 30 ± 1． 60 37． 31 ± 3． 49 22． 79 ± 3． 05 37． 24 ± 5． 15
GDB A 53． 51 ± 12． 55 92． 66 ± 3． 20 57． 37 ± 19． 76 13． 56 ± 4． 98 30． 11 ± 13． 41
B 70． 95 ± 5． 44 104． 19 ± 13． 27 108． 86 ± 11． 07 65． 70 ± 3． 37 95． 97 ± 10． 47
C 44． 83 ± 10． 85 80． 44 ± 8． 92 86． 87 ± 24． 86 33． 36 ± 12． 78 54． 95 ± 15． 06
D 15． 63 ± 2． 89 54． 39 ± 7． 35 38． 01 ± 9． 37 7． 49 ± 2． 39 15． 75 ± 3． 12
E 24． 16 ± 5． 01 78． 30 ± 9． 43 85． 08 ± 8． 94 25． 31 ± 7． 82 48． 43 ± 21． 19
F 47． 24 ± 8． 72 53． 90 ± 11． 21 52． 27 ± 13． 39 33． 12 ± 12． 76 46． 01 ± 20． 84
T308 A 19． 38 ± 1． 86 66． 01 ± 1． 84 52． 83 ± 2． 33 7． 50 ± 1． 04 13． 41 ± 1． 12
B 55． 09 ± 2． 18 85． 71 ± 1． 69 70． 60 ± 16． 60 45． 44 ± 10． 30 57． 57 ± 16． 49
C 45． 59 ± 8． 11 74． 89 ± 7． 15 90． 39 ± 19． 94 60． 63 ± 19． 85 108． 40 ± 45． 79
D 16． 41 ± 2． 52 60． 99 ± 11． 90 35． 21 ± 6． 34 7． 07 ± 1． 74 26． 99 ± 4． 79
E 18． 93 ± 2． 63 67． 80 ± 3． 90 39． 02 ± 0． 87 5． 72 ± 0． 76 21． 72 ± 1． 81
F 30． 49 ± 3． 03 39． 99 ± 4． 46 34． 06 ± 4． 25 18． 86 ± 7． 24 20． 25 ± 8． 12
301第 3 期 龚玉莲等:蕹菜典型品种的根系形态学特征及与 Cd吸收积累的关系
表 4 不同土壤上生长的蕹菜 Cd积累典型品种不同根直径的根体积
Table 4 Root volumes of different diameter for water spinach cultivars in different soils
品种 土壤
根体积 /cm3
0 ＜ D≤0． 5 0． 5 ＜ D≤1． 0 1． 0 ＜ D≤1． 5 1． 5 ＜ D≤2． 0 D ＞ 2． 0
QLQ A 0． 06 ± 0． 00 0． 48 ± 0． 08 0． 35 ± 0． 08 0． 09 ± 0． 02 1． 33 ± 0． 07
B 0． 14 ± 0． 01 0． 60 ± 0． 06 0． 54 ± 0． 17 0． 51 ± 0． 19 1． 90 ± 0． 85
C 0． 11 ± 0． 02 0． 50 ± 0． 10 0． 40 ± 0． 10 0． 35 ± 0． 13 1． 46 ± 0． 70
D 0． 09 ± 0． 01 0． 47 ± 0． 05 0． 22 ± 0． 04 0． 06 ± 0． 00 1． 25 ± 0． 17
E 0． 08 ± 0． 01 0． 52 ± 0． 07 0． 36 ± 0． 09 0． 10 ± 004 1． 43 ± 0． 17
F 0． 11 ± 0． 01 0． 30 ± 0． 04 0． 19 ± 0． 03 0． 11 ± 0． 03 0． 31 ± 0． 14
QLB A 0． 11 ± 0． 01 0． 69 ± 0． 02 1． 03 ± 0． 19 0． 40 ± 0． 08 1． 61 ± 0． 34
B 0． 25 ± 0． 03 0． 91 ± 0． 05 1． 35 ± 0． 10 1． 31 ± 0． 17 3． 22 ± 0． 52
C 0． 13 ± 0． 03 0． 61 ± 0． 13 0． 85 ± 0． 26 0． 69 ± 0． 22 1． 87 ± 0． 61
D 0． 12 ± 0． 01 0． 75 ± 0． 01 0． 86 ± 0． 04 0． 28 ± 0． 02 2． 41 ± 0． 19
E 0． 14 ± 0． 01 0． 90 ± 0． 02 1． 26 ± 0． 10 0． 43 ± 0． 06 2． 47 ± 0． 04
F 0． 15 ± 0． 00 0． 42 ± 0． 01 0． 52 ± 0． 05 0． 48 ± 0． 06 1． 64 ± 0． 20
GDB A 0． 36 ± 0． 07 1． 58 ± 0． 16 1． 61 ± 0． 52 0． 56 ± 0． 20 3． 89 ± 1． 51
B 0． 25 ± 0． 03 1． 03 ± 0． 20 1． 67 ± 0． 27 1． 50 ± 0． 12 4． 30 ± 0． 39
C 0． 18 ± 0． 02 0． 85 ± 0． 05 1． 37 ± 0． 25 0． 75 ± 0． 24 3． 87 ± 0． 46
D 0． 11 ± 0． 02 0． 76 ± 0． 10 1． 02 ± 0． 25 0． 30 ± 0． 09 1． 68 ± 0． 32
E 0． 17 ± 0． 04 1． 08 ± 0． 12 2． 31 ± 0． 26 1． 01 ± 0． 32 5． 69 ± 2． 22
F 0． 18 ± 0． 02 0． 55 ± 0． 08 0． 85 ± 0． 18 0． 80 ± 0． 27 2． 00 ± 0． 85
T308 A 0． 14 ± 0． 01 0． 92 ± 0． 02 1． 41 ± 0． 07 0． 30 ± 0． 04 1． 87 ± 0． 28
B 0． 21 ± 0． 01 0． 89 ± 0． 01 1． 15 ± 0． 26 1． 11 ± 0． 24 2． 66 ± 0． 74
C 0． 16 ± 0． 03 0． 73 ± 0． 06 1． 39 ± 0． 28 1． 39 ± 0． 43 4． 86 ± 1． 89
D 0． 12 ± 0． 02 0． 85 ± 0． 17 0． 94 ± 0． 17 0． 28 ± 0． 07 4． 20 ± 1． 04
E 0． 13 ± 0． 02 0． 94 ± 0． 05 1． 04 ± 0． 02 0． 23 ± 0． 03 3． 75 ± 0． 43
F 0． 12 ± 0． 01 0． 43 ± 0． 03 0． 58 ± 0． 06 0． 48 ± 0． 17 0． 96 ± 0． 37
2． 5 蕹菜 Cd － PSC 与 non － Cd － PSC 根系形态学
指标的比较
各根系形态学指标均为 Cd － PSC 极显著小于
non － Cd － PSC(P ＜ 0. 001) (表 5)． Cd － PSC 与 non
－ Cd － PSC 比较，总体积的差异最大(47. 37%) ，
总根长(44. 50%)和总表面积(43. 05%)其次，平
均直径的差异最小(7. 71%)．
表 5 蕹菜 Cd － PSC和非 Cd － PSC的根系形态学指标
Table 5 Root morphology of water spinach Cd － PSCs and non
－ Cd － PSCs
总根长
/cm
平均直
径 /mm
总表面
积 /cm2
总体积
/cm3
non － Cd － PSC 1 066． 32 0． 78 263． 65 5． 29
Cd － PSC 718． 75 0． 72 166． 31 3． 09
LSD ＊＊ ＊＊ ＊＊ ＊＊
注:＊＊表示差异极显著(P ＜ 0. 01)．
不同土壤上 Cd － PSC的各级根长、表面积和体
积均低于 non － Cd － PSC． Cd － PSC 品种的 D≤
0. 5、0. 5 ＜ D≤1. 0、1. 0 ＜ D≤1. 5、1. 5 ＜ D≤2. 0 和 D
＞ 2. 0 的各级根长分别比 non － Cd － PSC 低
28. 15%、28. 13%、46. 76%、43. 98%和 44. 50%;各
级 Cd － PSC 根表面积分别比 non － Cd － PSC 低
25. 31%、28. 00%、46. 15%、43. 13%和 43. 05%;各
级 Cd － PSC 根体积分别比 non － Cd － PSC 低
30. 30%、32. 31%、48. 28%、45. 06%和 47. 37% ． 表
明 2 类品种直径 ＞ 0. 5 mm的根长、表面积和体积差
异较大．
2． 6 蕹菜 Cd积累典型品种根系形态学指标与 Cd
吸收积累的相关性
茎叶 Cd含量及 Cd 积累量与根形态特征之间
的相关性明显(表 6) ，其中 Cd 含量与总根长和总
表面积极显著正相关(P ＜ 0. 01) ，与根体积显著正
相关(P ＜ 0. 05) ，Cd 积累量与总根长、总表面积及
总体积均极显著正相关(P ＜ 0. 01) ，表明根系形态
学特征与地上部分的茎叶 Cd 含量和吸收量存在一
定相关关系． 而根 Cd 含量与各根系形态指标均无
显著相关(P ＞ 0. 05) ，但根 Cd 积累量则与所有根
系形态学指标呈极显著正相关(P ＜ 0. 01)． 总根
长、总表面积及总体积均与转运系数和迁移率无显
著相关(P ＞ 0. 05) ，仅平均直径与二者显著负相关
(P ＜ 0. 05)．
401 华 南 师 范 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版) 第 44 卷
表 6 蕹菜 Cd积累典型品种根系形态学指标与 Cd吸收积累的相关分析
Table 6 Correlation coefficients of root morphological parameters and Cd uptake and accumulation of water spinach typical cultivars
茎叶 Cd含量 根 Cd含量 茎叶 Cd积累量 根 Cd积累量 Cd转运系数 Cd迁移率
总根长 0． 41＊＊ 0． 03 0． 57＊＊ 0． 38＊＊ － 0． 03 0． 09
总表面积 0． 32＊＊ － 0． 05 0． 52＊＊ 0． 38＊＊ － 0． 07 0． 02
平均直径 － 0． 06 － 0． 11 0． 21 0． 33＊＊ － 0． 25* － 0． 28*
总体积 0． 23* － 0． 09 0． 46＊＊ 0． 37＊＊ － 0． 1 － 0． 04
注:* ，＊＊分别表示在 P ＜ 0. 05 和 P ＜ 0. 01 水平上显著相关(n = 72)．
3 讨论
3． 1 蕹菜 Cd 低量积累典型品种的根系形态学
特征
根系的形态、生长和空间分布是植物根系体现
吸收能力和吸收效率的重要因素之一． 已有报道指
出具不同重金属积累特性的品种根系形态存在差
异［6 － 8］． 水稻高 Cd 品种汕优 63 的根干质量、根长、
根冠比、吸水量均高于低 Cd品种野奥丝苗［6］． 硬质
小麦籽实高 Cd 品种 Kyle 的根表面积、根尖数目高
于低 Cd品种 Arcola［7］． 不同 Pb处理条件下比较海
州香薷(Elsholtzia splendens)和紫花香薷(E． argyi)
(2 种分别在铜矿和铅锌矿上良好生长的优势植物)
的根系形态学，发现紫花香薷的总根长、根表面积
和体积较大［12］． 本研究通过土培试验发现，与 non
－ Cd － PSC 比较，蕹菜 Cd － PSC 具有以下根系形
态学特征:总根长、平均直径、根总表面积及总体积
均较低;其中根总体积的品种间差异最大，其次是
总根长和总表面积，平均直径的差异最小;各直径
级别根的形态学指标亦均较低，根长、表面积和体
积的品种间差异主要体现在直径 ＞ 1. 0 mm 的粗根
上． 结果表明蕹菜 Cd － PSC的总根量较低．
除了土壤 A上的根平均直径以外，其余不同土
壤上蕹菜 Cd － PSC 的总根长、平均直径、根总表面
积及总体积均低于与 non － Cd － PSC，且各直径级
别根的形态学指标亦均低于 non － Cd － PSC;各指
标在不同土壤上亦呈现相似的趋势． 表明供试蕹菜
Cd积累典型品种的根系形态学特征在不同土壤上
表现稳定，不受环境因素影响，遗传力较高．
3． 2 蕹菜典型品种的根系形态学特征与 Cd 低量
积累的关系
根系形态学的品种间差异可能是硬质小麦籽实
低 Cd品种 Arcola根积累 Cd的能力较大、导致更多
Cd积累在根部的原因［7］． 紫花香薷的总根长、根表
面积和体积较大，有利于吸收 Pb［12］． 本研究也发
现蕹菜 non － Cd － PSC的总根长、平均直径、总表面
积及总体积均极显著大于 Cd － PSC，且与 Cd 吸收
积累相关． 由此可以推测，与 non － Cd － PSC 比较，
蕹菜 Cd － PSC低 Cd积累的根系形态学原因可能主
要是 Cd － PSC的根系体量和扩展范围相对较小，导
致根系对 Cd的吸收能力低于 non － Cd － PSC．
值得关注的是，尽管蕹菜 non － Cd － PSC 的平
均直径极显著大于 Cd － PSC，但两者的差距远小于
其他指标(图 2) ;此外，根平均直径与 Cd的转运系
数和迁移率均显著负相关(P ＜ 0. 05) ，而与根 Cd
积累量极显著正相关(P ＜ 0. 01) (表 5) ，表明根平
均直径可能与 Cd 的转运和分配有关． 根平均直径
的增大可能会减弱 Cd 向地上部转运的能力，导致
Cd更多地积累在根部． 柳属植物茎叶 Cd 积累不同
品系的不定根显微结构比较研究发现 Cd 通过质外
体运到中柱、向上的转运可能与内皮层形态解剖学
有关［8］． 蕹菜 Cd积累典型品种的根系解剖学机理
还有待深入研究．
致谢 感谢华南农业大学资源与环境学院廖红
教授和朱夕珍老师帮助分析根系的形态学特征．
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Root Morphology of Typical Cultivars of Water Spinach Involved in Cd Absorption and Accumulation
GONG Yulian1，2，YANG Zhongyi2*
(1． Laboratory for Applied Ecology，Department of Biology，Guangdong University of Education，Guangzhou 510303，China;
2． State Key Laboratory of Biocontrol，School of Life Sciences，Sun Yat － sen University，Guangzhou 510275，China)
Abstract:Pot experiments were carried out to investigate root morphology of four typical cultivars of water spinach
(Ipomoea aquatica Forsk．)involved in Cd accumulation． The results show that the effects of cultivars and soils on
the root morphological parameters are all significant (P ＜ 0. 01)． Compared to non － Cd － PSCs，Cd － PSCs have
the following characteristics． Total root length，average diameter，total surface area and total volume are all rela-
tively low;the difference between cultivars in total volume is the biggest (47. 37%) ，followed by total root length
and total surface area (44. 50% and 43. 05%，respectively) ，and average diameter is the smallest (7. 71%) ;the
parameters of different diameter are all relatively low;the differences in root length，surface area and volume be-
tween cultivars are mainly reflected at D ＞ 1. 0 mm roots． Our results indicated that the root quantity of Cd － PSCs
is relatively low． The root morphological characteristics of the typical cultivars are consistent under different soils
and might affect both the capacity of Cd uptake from soil to root，and the capacity of Cd translocation within plants．
Key words:water spinach (Ipomoea aquatica Forsk．) ;Cd － PSCs;root morphology;soil
【责任编辑 成 文】
601 华 南 师 范 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版) 第 44 卷