全 文 ：江苏农业学报( Jiangsu J． of Agr． Sci． ) ，2012，28( 1) : 76 ～ 79
白宏锋，李晓明． 超积累植物壶瓶碎米荠的镉富集［J］．江苏农业学报，2012，28( 1) : 76-79．
超积累植物壶瓶碎米荠的镉富集
白宏锋， 李晓明
( 湖州师范学院，浙江 湖州 313000 )
收稿日期: 2011-08-26
基金项目:浙江省湖州市科技计划项目( 2010YS20)
作者简介:白宏锋( 1970-) ，男，河南开封人，硕士，研究方向为植物
学。( E-mail) baixiaoxuan2000@ yahoo． com． cn
摘要: 通过野外调查和人工栽培试验，研究了壶瓶碎米荠( Cardamine hupingshanensis) 植株的镉含量。在自
然条件下，壶瓶碎米荠植株平均镉含量随着生长时间的推移而增加;地上部镉含量变化范围为189 ～ 3 800 mg /kg，
地上部与地下部镉含量的比值为 1. 13，变化范围为 0． 83 ～ 1. 42;富集系数的平均值为 209. 10，变化范围为42． 28 ～
913. 50。在人工栽培条件下，壶瓶碎米荠地上部镉含量随土壤中镉浓度的增加而增加，当土壤中镉含量超过 50. 00
mg /kg，生物产量开始降低。在相同的土壤条件下，大棚栽培条件下壶瓶碎米荠植株富集镉能力和生物产量均好于
露天栽培条件。表明，壶瓶碎米荠是一种生物产量高、富集镉能力强的超积累新材料，在土壤镉污染修复方面具有
比较好的应用前景。
关键词: 壶瓶碎米荠; 富集植物; 镉; 植物修复
中图分类号: S647 文献标识码: A 文章编号: 1000-4440( 2012) 01-0076-04
Cadmium accumulation in hyper accumulator Cardamine hupingshanensis
BAI Hong-feng， LI Xiao-ming
( Huzhou Normal College，Huzhou 313000，China)
Abstract: Under wild condition and artificial cultivation condition，the cadmium( Cd) concentration in Cardamine
hupingshanensis was studied． In wild condition，the Cd content in the upground plant of C． hupingshanensis was increased
gradually，the range being 189 to 3 800 mg /kg． The average ratio of upground Cd to underground Cd of C． hupingshanensis
was 1． 13，the range being 0． 83 to 1． 42． The average bioaccumulation factor was 209． 10，the range being 42． 28 to 913． 50．
In artificial cultivation condition，the Cd concentration in C． hupingshanensis was increased with the increase of Cd concentra-
tion in soil． When the Cd content in soil exceeded 50． 00 mg /kg，the yield of C． hupingshanensis began to decrease． Under
the same soil condition，the Cd accumulation ability and yield of C． hupingshanensis in greenhouse were much better than
those in field． The results indicated that Cardamine hupingshanensis had considerable application potential for phytoremedi-
ation of Cd contamination．
Key words: Cardamine hupingshanensis; hyper accumulator; Cd; phytoremediation
超富集植物( Hyper accumulator) 一词最初是由
Brooks 等［1］提出的，指能超量富集一种或几种重金
属元素的植物。通过超富集植物进行植物提取并将
其用于修复污染土壤具有工程投资低廉、不破坏土
壤生态环境、减少二次污染等优点，但由于植物提
取、修复技术还不成熟，很多超积累植物的修复效率
比较低，在实际修复中很难得到有效的应用。近年
来，用转基因植物进行基因生物学功能方面的研究
有了较大发展，例如印度芥菜已逐渐成为一种模式
植物，但迄今为止，转基因植物应用于植物修复的成
果还远未能达到商业化水平［2］。就植物修复而言，
在已有的植物资源中筛选抗性强、生物量大、吸收量
多且能切断污染食物链的超积累植物仍是植物修复
领域的基础与核心问题。
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壶瓶碎米荠［3］ ( Cardamine hupingshanensis ) 属
于十字花科碎米荠属，株高 30 ～ 90 cm，单株质量多
达 400 g，是中国特有的植物，因分布于湘鄂交界的
壶瓶山一带而得名。王玉兵等［4］2010 年通过调查
发现，在湖北恩施一带也有该植物的生长。本试验
试图通过野外调查和人工栽培的方法，研究不同条
件下壶瓶碎米荠镉的含量和对镉的富集特征，以期
为壶瓶碎米荠成为修复镉污染土壤的有效植物提供
依据和方法。
1 材料和方法
1． 1 野外采样
采样区域为湖北省恩施市鱼塘坝硒矿床壶瓶碎
米荠的野生地。于 2011 年 3 月、4 月、5 月、6 月和 7
月，选择沿鱼塘坝溪水分布的生长健壮的植株，分别
每隔 10 m 左右采样一次，每次采样 10 株，共采集
12 次样品，检测所采植株鲜重、单株镉的含量和植
株根部附近土壤镉的含量。
1． 2 人工栽培试验
于 2010 年 6 月底，采集湖北省恩施市鱼塘坝硒
矿床壶瓶碎米荠种子，育苗后进行 2 种人工栽培处
理。浙江省湖州市普通农田栽培:于 2010 年 10 月，
将壶瓶碎米荠幼苗直接移栽到普通农田，株距
20 cm ×20 cm，粗放式管理，定期除草。温室大棚栽
培:于 2010 年 9 月，将供试的浙江省湖州市地区的
土壤风干并过 4 mm 筛后，称取 6 份各为 80 kg的土
壤，分别与 0. 56 g、1. 30 g、3. 91 g、6. 52 g、9. 13 g 和
13. 04 g氯化镉均匀混合，将混合后的土壤分别装盆
( 直径为 20 cm，高为 15 cm) ( 分别表示为大棚盆栽
1、大棚盆栽 2、大棚盆栽 3、大棚盆栽 4、大棚盆栽 5、
大棚盆栽 6) ，处理后使土壤中镉的含量分别为 4. 3
mg /kg、10. 0 mg /kg、30. 0 mg /kg、50. 0 mg /kg、70. 0
mg /kg和 100. 0 mg /kg。选择生长一致的壶瓶碎米
荠幼苗移栽至盆中。于 2010 年 10 月底将盆栽的壶
瓶碎米荠移入塑料大棚，棚高 2 m，宽 4 m，不定期浇
自来水。以不加氯化镉试剂作为大棚盆栽对照。在
露天条件下，称取 0. 56 g氯化镉试剂与 1 份风干的
80 kg土壤混合后，使土壤中镉的含量为 4. 3 mg /kg
作为露天盆栽对照。计算 3 种人工栽培处理下壶瓶
碎米荠开花结实后的平均生物产量，即称取 10 株壶
瓶碎米荠的总质量，再根据株距计算每平方米的生
物产量。
1． 3 测定方法
将采集的土壤经室内风干，粉碎，过 2 mm 筛后
进行化学分析。所采集的植物用大量自来水冲洗
后，于 80 ℃烘箱内干燥后进行检测。土壤和植物的
镉含量均用原子荧光吸收光谱法［5-6］测定。
2 结 果
2． 1 自然条件下壶瓶碎米荠植株镉的含量
野生壶瓶碎米荠 3 月中旬开始抽薹，4 月开
花，5 月结籽，6 月下旬成熟，7 月下旬植株地上部
开始死亡。从图 1 可以看出，野生壶瓶碎米荠植
株镉含量随着生长期的推移而增加。由图 2 可
知，壶瓶碎米荠植株镉含量与植株鲜重的变化趋
势一致。
图 1 不同生长时期壶瓶碎米荠植株地上部镉的含量
Fig． 1 The average Cd content in C． hupingshanensis at differ-
ent growing period
图 2 不同地点壶瓶碎米荠植株鲜重和镉含量
Fig． 2 The fresh weight and Cd content of C． hupingshanensis
in different sample sites
由表 1 可知，不同采样点的壶瓶碎米荠植株镉
的含量差异较大，其镉的含量变化范围为189 ～
3 800 mg /kg。地上部镉含量与地下部镉含量的比
值相对稳定，变化范围为 0． 83 ～ 1. 42，平均值为
77白宏锋等:超积累植物壶瓶碎米荠的镉富集
1. 13 ;富集系数( 地上部分镉含量与土壤中总镉含
量的比值 ) 变化较大，最低值为 42. 3，最高值为
913. 5，平均值为 209. 1，远远超过宝山堇菜和龙葵
的富集系数［7-8］，表明壶瓶碎米荠具有超强的富镉
能力。
表 1 鱼塘坝地区土壤中和壶瓶碎米荠植株镉的含量
Table 1 The Cd content in soil and C． hupingshanensis in Yutang
ba area
样品
植株镉的含量
( mg /kg)
地上部 地下部
土壤中总
镉的含量
( mg /kg)
地上部镉含
量与地下部
镉含量的比值
富集
系数
1 532 508 3． 40 1． 05 156． 5
2 413 387 3． 33 1． 07 124． 0
3 736 671 5． 21 1． 10 141． 3
4 1 034 1 252 5． 34 0． 83 193． 6
5 672 643 3． 76 1． 05 178． 7
6 3 800 3 100 4． 16 1． 23 913． 5
7 289 203 3． 34 1． 42 86． 5
8 462 387 4． 47 1． 19 103． 4
9 1 320 1 124 3． 96 1． 17 333． 3
10 779 646 5． 88 1． 21 132． 5
11 189 147 4． 47 1． 29 42． 3
12 578 583 5． 56 0． 99 104． 0
2． 2 人工栽培条件下壶瓶碎米荠植株镉的含量
不同人工栽培条件下，壶瓶碎米荠植株平均
镉的含量差异较大。从表 2 可知，在大棚栽培条
件下，随着土壤镉含量的增加，植株镉含量升高;
当土壤镉的含量超过 50. 00 mg /kg，植株镉的含量
继续增加，但生物产量开始降低; 当土壤镉的含量
达到 100. 00 mg /kg时，植株平均镉含量为 3 120
mg /kg，但生物产量仅为大棚盆栽条件下最高生物
产量的一半左右，甚至出现个别植株死亡现象。
从镉的富集系数来看，在大棚栽培条件下，土壤镉
浓度为 10. 00 mg /kg时，地上部镉的富集系数最
高，达到 131. 0，当土壤镉含量继续增加，富集系数
反而下降。另外，土壤条件相似条件下，露天栽培
的植株富集镉能力和生物产量均低于大棚盆栽。
表 2 不同栽培条件下壶瓶碎米荠植株镉含量和生物产量
Table 2 The Cd content and yield of C． hupingshanensis in differ-
ent cultivation condition
栽培条件 土壤中镉的含量( mg /kg)
平均生物产
量 ( kg /hm2 )
地上部镉的
含量( mg /kg)
富集
系数
湖州普通农田 0． 14 1． 294 3． 3 23． 6
露天盆栽对照 4． 31 0． 780 217． 0 50． 3
大棚盆栽对照 0． 14 1． 875 10． 6 75． 7
大棚盆栽 1 4． 31 1． 829 465． 0 107． 9
大棚盆栽 2 10． 00 1． 758 1 310． 0 131． 0
大棚盆栽 3 30． 00 1． 841 1 738． 0 57． 9
大棚盆栽 4 50． 00 1． 434 2 134． 0 42． 7
大棚盆栽 5 70． 00 1． 261 2 460． 0 35． 1
大棚盆栽 6 100． 00 0． 947 3 120． 0 31． 2
大棚盆栽 1 ～ 6 表示将 0. 56 g、1. 30 g、3. 91 g、6. 52 g、9. 13 g和 13. 04
g氯化镉分别与 80 kg风干土壤混合后的处理。
3 讨 论
近年来，人们陆续发现了一些具有镉污染修复
作用的超富集植物，而对于镉超积累的标准很多专
家看法不同。Chaney 等［9］研究认为镉超积累植物
的临界含量标准是 100 mg /kg。Wenzel 等［10］认为
由于镉超积累植物比较少，镉超积累植物的临界含
量标准应降为 50 mg /kg。更为严格的标准则要求
植物地上部的重金属含量要高于根部［11］。根据野
外调查结果来看，鱼塘坝的野生壶瓶碎米荠地上部
镉的含量远远超过 100 mg /kg，并且地上部镉的含
量与地下部镉的含量的比值大于 1，符合镉超积累
植物的标准。壶瓶碎米荠是浅根系、一年生的植株，
其根茎比例小( 旱生略大于湿生) ，自身生物产量比
较高，并且镉积累量又比较大，有镉超富集植物拟南
芥、遏蓝菜和宝山堇菜无法相比的先天条件，即使不
考虑地上部与地下部镉含量的比值，壶瓶碎米荠也
应该被看做是镉超积累植物。
一些研究结果［12-16］表明，不同生长条件下的天
蓝遏蓝菜对重金属的富集能力有较大差异，可能是
植物生态型不同的缘故。本试验结果表明，不同人
工栽培条件下的壶瓶碎米荠植株镉的含量差别较
大。在土壤镉含量相同条件下，露天栽培和大棚栽
培条件下壶瓶碎米荠植株平均镉的含量竟相差 2 倍
之多，表明生态条件影响了植株对镉的吸收和积累。
野生状态下，沿鱼塘坝溪水分布的壶瓶碎米荠生态
87 江 苏 农 业 学 报 2012 年 第 28 卷 第 1 期
条件差别不是很大，但不同壶瓶碎米荠植株地上部
镉含量变化范围为189 ～ 3 800mg /kg，相差 20 倍之
多，表明植株生理和遗传因素也影响其对镉的积累。
因此，如果将壶瓶碎米荠实际应用于土壤修复，进一
步筛选高效和稳定的超富镉壶瓶碎米荠品种是非常
必要的。
在以往发现的镉超积累植物中，作为镉污染环
境修复试材的研究比较多，但由于条件限制，在实际
修复中没有得到有效应用。本研究中中国特有植
物———壶瓶碎米荠，具有较强的富镉能力，露天生长
的生物产量远远高于拟南芥、遏蓝菜和宝山堇
菜［12］。同时，在大棚栽培条件下，其富集镉能力好
于露天，周期短于露天栽培条件，生物产量也高于露
天栽培条件。因此，采用保护地栽培壶瓶碎米荠进
行土壤镉污染修复应该是一种比较可行的办法。
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( 责任编辑: 袁 伟)
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