全 文 ：第20卷　第6期
　Vol.20　 No.6
草　地　学　报
ACTA AGRESTIA SINICA
　　　　　2012年 11月
　 Nov.　　2012
多年生黑麦草种质材料苗期耐钴性综合评价
及钴离子富集特性研究
辛宝宝,袁庆华∗,王　瑜
(中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京　100193)
摘要:通过测定27份多年生黑麦草(LoliumperenneL.)种质材料的株高、地上生物量、质膜透性、叶绿素含量和游
离脯氨酸含量等形态和生理指标,利用主成分分析法和隶属函数法对其进行耐钴性综合评价,探讨钴胁迫下多年
生黑麦草对重金属钴的富集特性。结果表明:来自于荷兰的奥瓦逊和来自于苏联的莫桑斯克多年生黑麦草耐钴性
较强;来自于澳大利亚的堪加鲁何谷和来自于英国的帕科尔多年生黑麦草耐钴性最差;其他材料居中。在钴胁迫
下这4份多年生黑麦草地上部和地下部钴含量均显著增加(P<0.05),耐钴性较弱的材料对钴的富集系数均明显
大于耐钴性较强的材料;重金属钴转移系数随着土壤中钴浓度的增加呈现先上升后下降的趋势。
关键词:多花黑麦草;耐钴性;综合评价;富集系数;转移系数
中图分类号:X503.233　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1007-0435(2012)06-1123-09
ComprehensiveEvaluationofCo2+ResistanceandEnrichmentFeatures
ofItalianryegrassAccessionsatSeedlingStage
XINBao-bao,YUANQing-hua∗,WANGYu
(InstituteofAnimalSciences,CAAS,Beijing100094,China)
Abstract:Plantheight,abovegroundbiomass,relativeelectricalconductivity,chlorophylcontentandpro-
linecontentofItalianryegrassaccessionsatseedlingstageweremeasuredunderdifferentCo2+stresses.
Co2+tolerancein27Italianryegrassvarietieswascomprehensivelyanalyzedbyprincipalcomponentanaly-
sisandsubordinativefunction.ResultsshowedthatAowaxunandMorsanskijhadthestrongestCo2+toler-
ance,andkangaroovaleyandPakeerhadtheweakestCo2+tolerance.TheenrichmentfeaturesofLolium
perenneL.underCo2+stresswerestudied.Thebioconcentrationfactors(BCF)ofabovegroundpartof
ItalianryegrassdecreasedwithexogenousCo2+concentrationincreasing.BCFsoftheweakestCo2+toler-
ancematerialsweregreaterthanthoseofthestrongestCo2+tolerancematerials.Transferfactors(TF)
wereinitialyincreasedthendecreased.
Keywords:Italianryegrass;Co2+resistance;Comprehensiveevaluation;Bioconcentrationfactors;Transferfactors
　　重金属污染已成为全世界极为关注的焦点之
一[1]。重金属可通过各种途径进入土壤,造成土壤
严重污染。重金属在土壤中的高富集直接影响农作
物的产量使其品质下降[2],并可通过食物链危害人
类的健康[1]。钴是维生素B12的组成成分,是植物
生长的必需微量营养元素,在植物的生长过程中具
有重要的作用[3-5]。低浓度的钴会促进植物的生长,
但是过量的钴会阻滞植物的生长发育并使之受到毒
害[6]。有研究表明,低浓度的 Co2+ 对玉米(Zea
maysL.)、小麦(Triticumaestivum Linn.)有促进
作用,而高浓度的钴则有明显的抑制作用;此外,食
用含钴量高的农产品会对动物和人产生危害,会损
伤心肌、胰腺、还会降低甲状腺浓缩碘的能力[7-8]。
随着工业的迅速发展,含有大量重金属钴的工
业废弃物也随之增多,进入土壤中钴的量不断增加,
尤其是南方土壤中钴的变化幅度明显比北方土壤
大[8],有研究表明,海南省尾矿库内的甘蔗(Saccha-
rum)中Co2+含量超过食品中污染物限量标准[9]。
收稿日期:2012-07-13;修回日期:2012-10-24
基金项目:国家“十二五”科技支撑项目(2011BAD17B01);国家牧草产业体系(岗位专家)项目资助
作者简介:辛宝宝(1985-),女,甘肃天水人,硕士研究生,研究方向为牧草遗传资源,E-mail:xingbb23@126.com;∗通信作者 Authorfor
correspondence,E-mail:yuanqinghua@hotmail.com
草　地　学　报 第20卷
多年生黑麦草(LoliumperenneL.)是我国南方冬
季禾本科牧草的首选品种,是重要的优良牧草,可以
用作青饲,制作干草、青贮饲料等[10]。但钴对多年
生黑麦草影响的研究鲜有报道,因此,研究多年生黑
麦草不同品种对重金属钴的抗性具有重要意义和广
阔的开发利用前景[10]。
本试验用重金属钴作为处理因子,对27份多年
生黑麦草种质材料进行苗期耐钴性的综合评价,并
研究不同Co2+胁迫对多年生黑麦草的地上部和地
下部的富集及转运能力的影响,以明确多年生黑麦
草对不同程度Co2+污染土壤的适应性和不同品种
的耐受性,为南方地区Co2+胁迫条件下多年生黑麦
草生产提供一定的科学依据。
1　材料与方法
1.1　供试材料与试剂
供试材料由中国农业科学院畜牧兽医研究所提
供,其名称及来源如表1所示。
表1　试验材料及来源
Table1　Germplasmmaterialsandtheirsources
序号
No.
编号　　　　　　
Accessioncode　　　　　　
品种名　　　　
Varietalname　　　　
学名　　　　
Scientificname　　　　
来源　　　　
Origins　　　　
L1 74-5 维多利亚 LoliumperenneL. 澳大利亚
L2 0-51 德拜 LoliumperenneL. 美国
L3 83-106 巴莫特拉 LoliummultiflorumL. 荷兰
L4 85-23 PG2 LoliumperenneL. 新西兰
L5 86-303 切塔逊 LoliumperenneL. 美国
L6 86-365 帕科尔 LoliumperenneL. 英国
L7 86-398 曼哈顿 LoliumperenneL. 日本
L8 86-004 奥瓦逊 LoliumperenneL. 荷兰
L9 86-49 费连特 LoliumperenneL. 日本
L10 87-126 混合17 LoliumperenneL. 西德
L11 87-33 堪加鲁何谷 LoliumperenneL. 澳大利亚
L12 87-34 埃尔利特 LoliumperenneL. 澳大利亚
L13 87-35 塔斯塔尔 LoliumperenneL. 澳大利亚
L14 87-36 马梯尔达 LoliumperenneL. 澳大利亚
L15 92-152 NK-200 LoliumperenneL. 加拿大
L16 92-153 诺利亚 LoliumperenneL. 美国
L17 92-156 帕维斯奥托夫 LoliumperenneL. 加拿大
L18 92-167 维纳 LoliumperenneL. 加拿大
L19 92-171 艾尔利特 LoliumperenneL. 美国
L20 92-172 努衣 LoliumperenneL. 新西兰
L21 92-173 鲁安努衣 LoliumperenneL. 新西兰
L22 92-176 莫桑斯克 LoliumperenneL. 苏联
L23 96-73 丹迪 LoliumperenneL. 美国
L24 98-62 布弗 LoliummultiflorumL. 美国
L25 2655 河北黑麦草 LoliumperenneL. 河北省
L26 2005-17 卓越 LoliumperenneL. 美国
L27 中畜1021 中畜1021 LoliumperenneL. 中国
1.2　试验方法
取大田土壤,去掉石块、杂质,捣碎过筛。将过
筛后的土壤装入无孔塑料花盆(高20cm,底径15
cm,口径20cm),每盆装土1.5kg。钴处理的方法:
将六水合氯化钴(CoCl2·6H2O)制成一定浓度的溶
液,再将溶液施入花盆中,使处理后土壤含水量为最
大持水量的70%。钴离子浓度设置:0,100,200,
400mg·kg-1(风干土重),每处理设6个重复。将
供试材料分别放在铺有滤纸的培养皿中,置于25℃
(常温)的培养箱中黑暗中发芽,第3d时将已发芽
的种子点入花盆中,每盆20棵苗。经过45d的处
理,对各材料的株高、地上生物量、叶绿素含量、游离
脯氨酸、相对电导率进行测定,并通过上述各指标对
各材料进行综合评价。
1.3　测定指标及方法
1.3.1　测定幼苗的株高　以每盆10棵苗的平均值
作为株高。为了消除材料本身的误差,用相对株高
4211
第6期 辛宝宝等:多年生黑麦草种质材料苗期耐钴性综合评价及钴离子富集特性研究
作为衡量材料对钴耐受能力的指标。
相对株高=
钴处理植株的株高
对照植株的株高 ×100%
1.3.2　烘干法测定地上生物量　用剪刀沿土层割
取植株地上部,用自来水冲洗干净后放入烘箱中,
105℃杀青,80℃下过夜(12h),在干燥器中冷却到
室温后用天平称重(精确到0.001)。以每盆中所有
植株上部分的总干重作为材料的地上生物量。
相对地上生物量干重=
钴处理植株的地上生物量干重
对照植株的地上生物量干重
×100%
1.3.3　生理指标的测定　采用电导法[11]测定相对
电导率,采用磺基水杨酸法[11]测定游离脯氨酸含
量,采用丙酮提取法[12-13]测定叶绿素含量。
1.3.4　植株中钴离子的测定　称取烘干磨细过0.5
mm筛的植物样品1.000g左右于150mL三角瓶中,
加入25mLHNO3,放置过夜,盖上小漏斗,于通风厨
内电热板上低温加热30min。冷却后,加入5mL
HClO4,用小火加热,待瓶内白烟慢慢消失,至瓶内溶
液呈无色透明尚有2mL左右终止。冷却后用超纯水
洗入25mL容量瓶中,定容摇匀,过滤[14]。用ICP-
MS(电感耦合等离子体质谱法)测定钴。
1.4　数据处理
单项指标耐钴系数计算公式如下:
单项指标的耐钴系数(а)=
不同处理下平均测定值
对照测定值
运用SAS8.0软件进行方差分析处理,综合评
价方法采用隶属函数法和主成分赋予权重法,其中
标准差系数赋予权重法计算方法如下。
1.4.1　数据标准化　运用隶属函数对各指标进行
标准化处理[15]:
μ(Xj)=
Xj-Xmin
Xmax-Xmin
(1)
μ(Xj)=
Xmax-Xj
Xmax-Xmin　　　j=1
,2…,n (2)
式中,μ(X)表示隶属函数值;Xj表示第j个综
合指标值;Xmin表示第j个综合指标的最小值;Xmax
表示第j个综合指标的最大值,当指标与耐钴性成
正相关用隶属函数公式(1)计算隶属函数值,当指标
与耐钴性成负相关用反隶属函数公式(2)计算隶属
函数值。
1.4.2　权重确定
Wj=
Pj
∑
n
j=1
Pj
(3)
式中,Wj表示第j各公因子在所有公因子中的
重要程度,Pj表示各材料第j各公因子的贡献率。
1.4.3　综合评价值　用公式(4)计算各品种的综合
评价值。
D=∑
n
j=
[μ(Xj)×Wj]　j=1,2…,n (4)
式中,D值为各供试材料在钴胁迫下用综合指
标评价所得的耐钴性综合评价值。
1.4.4　富集系数及转移系数　富集系数=重金属
在植物各部位的含量/土壤中相应元素含量[16-17];转
移系数=植物地上部(茎、叶等)中重金属含量/地下
部(根)中该重金属含量[18]。
2　结果与分析
2.1　钴胁迫对多年生黑麦草株高、地上生物量的影响
钴胁迫下,27份多年生黑麦草种质材料的相对
株高和相对地上生物量呈现先升高后下降的趋势
(表2),并且各处理间存在显著差异(P<0.05)。由
表2可知,当钴浓度为100mg·kg-1时,有89%的
材料相对株高显著大于对照(P<0.05),说明低浓
度的钴对植株生长具有一定的促进作用;当钴浓度
为200mg·kg-1时,也有少部分材料的相对株高大
于对照,但大多数材料的相对株高明显低于对照;当
钴浓度为400mg·kg-1时,各材料的相对株高显著
低于对照(P<0.05),说明高浓度的钴对植株生长
有显著的抑制作用。
不同钴浓度对多年生黑麦草生物量有显著的影
响,当钴浓度为100mg·kg-1时,与对照相比只有
材料L8,L5和L23多年生黑麦草的相对地上生物
量显著大于对照(P<0.05),而绝大多数材料的相
对地上生物量明显低于对照;钴处理浓度为200
mg·kg-1时,多年生黑麦草的相对地上生物量呈显
著的下降趋势(P<0.05),降幅为9.29%~39.38%;
当钴浓度为400mg·kg-1时,各材料的相对地上生
物量显著下降,与对照相比,降幅为22.37%~
55.28%。相同浓度下不同材料间在株高和生物量
上也存在显著的差异(P<0.05),当钴浓度为200
mg·kg-1或400mg·kg-1时,各材料间相对株高
和相对生物量差异较大,其中L26和L2材料在相
对株高上表现较好,而L17在200mg·kg-1的钴浓
度下相对生物量达最高,L2在钴浓度为400mg·kg-1
时生物量达到最大。
5211
草　地　学　报 第20卷
表2　钴胁迫对多年生黑麦草株高和地上生物量的影响
Table2　EffectofdifferentCoconcentrationsonplantheightandabovegroundbiomass
序号
No.
相对株高 Relativeplantheight 相对地上生物量Relativeabovegroundbiomass
0mg·kg-1 100mg·kg-1 200mg·kg-1 400mg·kg-1 0mg·kg-1 100mg·kg-1 200mg·kg-1 400mg·kg-1
L1 100a 87.29b 84.96b 72.85c 100a 84.01b 76.33c 54.49d
L2 100c 112.55b 122.10a 99.54c 100a 93.68b 79.81c 77.63c
L3 100b 103.76ab 107.36a 99.40b 100a 90.23b 74.67c 64.40d
L4 100b 105.90a 92.23c 89.45c 100a 89.11b 72.31c 62.50d
L5 100b 121.76a 86.03c 81.52c 100a 100.82a 79.41b 56.16c
L6 100c 111.30b 118.72a 68.60d 100a 88.33b 76.83c 62.35d
L7 100a 97.62a 94.88ab 89.70b 100a 73.17b 62.07c 49.24d
L8 100b 111.41b 83.36c 75.53d 100a 104.26a 66.05b 60.90b
L9 100c 121.67a 110.55b 81.70d 100a 82.39b 72.48c 60.98d
L10 100c 120.13a 112.97b 101.14c 100a 85.58b 76.42c 57.23d
L11 100a 105.34a 105.45a 85.47b 100a 84.07b 80.73b 74.74c
L12 100b 115.23a 106.80c 86.34d 100a 79.44b 60.98c 46.40d
L13 100b 112.82a 90.77c 71.64d 100a 80.05b 63.75c 48.50d
L14 100a 105.58a 93.04b 85.50c 100a 83.80b 67.11c 57.18d
L15 100b 101.11ab 106.66a 96.92c 100a 81.58b 77.64bc 72.27c
L16 100b 116.78a 99.34b 97.37b 100a 89.42b 78.90c 73.43c
L17 100a 91.23b 88.31b 86.31b 100a 90.59b 90.71b 63.66c
L18 100b 106.94a 88.35c 85.47c 100a 90.06b 82.38c 59.42d
L19 100c 114.73b 121.35a 90.03d 100a 77.18b 70.38c 67.27c
L20 100a 105.48a 93.45b 82.65c 100a 89.64b 81.26c 74.10d
L21 100ab 102.01a 97.15ab 95.46b 100a 94.90a 78.43b 63.01c
L22 100b 105.49ab 106.41a 70.88c 100a 88.01b 60.62c 44.72d
L23 100b 108.54a 105.21ab 84.38c 100a 102.09a 78.16b 66.56c
L24 100b 111.03a 104.38b 85.16c 100a 76.77b 68.56c 49.27d
L25 100b 128.84a 96.30b 84.10c 100a 79.76b 67.58c 61.32d
L26 100c 121.04ab 125.58a 115.95b 100a 81.79b 73.56c 58.22d
L27 100b 116.09a 98.25b 73.74c 100a 95.73a 78.75b 64.82c
F值 29.70 47.31 57.03 20.63 18.24 26.22
P P<0.05 P<0.05 P<0.05 P<0.05 P<0.05 P<0.05
　　注:同行不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05);最后一行F值表示材料间差异显著(P<0.05);下同
Note:Differentsmallettersshowsignificantdifferenceinsamelineathe0.05level;TheFvalueshowsignificantdifferenceinthelastlineatthe0.05level;
thesameasbelow
2.2　钴胁迫对多年生黑麦草电导率、叶绿素含量和
脯氨酸含量的影响
由表3可知,27份多年生黑麦草材料质膜透性
随钴处理浓度的增加而升高,相同浓度下,不同材料
质膜透性存在显著差异(P<0.05)。材料L7和L16
多年生黑麦草质膜透性增加幅度显著高于其他材料
(P<0.05),在400mg·kg-1的钴浓度下,曼哈顿多
年生黑麦草的质膜透性比对照增加了262.47%,增幅
最大,而材料L3的质膜透性增幅只有10.70%,为最
小。这表明,材料L7受到伤害程度最严重,抗性最
弱;而材料L3抗性最强。
由表3可知,随着钴浓度的增加,各材料相对叶
绿素含量呈现先升高后降低的趋势,各处理间存在
显著差异(P<0.05)。钴浓度为100mg·kg-1时,
有22份材料相对叶绿素含量均高于对照(P<
0.05),其中材料L8增幅最大,达95.54%;当钴浓
度为200mg·kg-1时,有14份材料相对叶绿素含量
均高于对照(P<0.05),增幅最大的是L8材料达
79.08%,有13份材料的相对叶绿素含量低于对照(P
<0.05),其中降幅最大的是L10多年生黑麦草,降幅
达49.73%;当钴浓度达到400mg·kg-1时,只有6
份材料相对叶绿素含量大于对照,而绝大多数材料
的相对叶绿素含量明显低于对照。说明低浓度的钴
对植物叶绿素的合成有促进作用,当钴浓度过高时
反而会抑制叶绿素的合成,降低植株体内叶绿素的
含量。总体来看,材料L10多年生黑麦草受钴浓度
影响较大,植株体内叶绿素含量降幅最大,而材料
L8受钴影响较小,叶绿素含量降幅较小。
钴胁迫对脯氨酸含量的影响如表3所示,随着
钴浓度的增加,27份多年生黑麦草材料的脯氨酸含
6211
第6期 辛宝宝等:多年生黑麦草种质材料苗期耐钴性综合评价及钴离子富集特性研究
量随之增加,各处理间和材料间植物体内脯氨酸含
量存在显著差异(P<0.05)。当钴浓度分别为100,
200和400mg·kg-1时,多年生黑麦草植株体内脯氨
酸含量的增幅分别为5.38%~367.43%,42.97%~
786.41%和89.89%~2256.41%,其中以L8多年生
黑麦草增幅最为明显,而材料L24的增幅最小。说
明材料L8多年生黑麦草受伤害较严重,材料L24
多年生黑麦草受害较轻。
表3　钴胁迫对多年生黑麦草电导率、叶绿素含量和脯氨酸含量的影响
Table3　EffectofdifferentCoconcentrationsonelectricalconductivity,chlorophylandprolinecontents
序号
No.
相对电导率
Relativeelectricalconductivity
相对叶绿素含量
Relativechlorophylcontent
脯氨酸含量
Prolinecontent
0
mg·kg-1
100
mg·kg-1
200
mg·kg-1
400
mg·kg-1
0
mg·kg-1
100
mg·kg-1
200
mg·kg-1
400
mg·kg-1
0
mg·kg-1
100
mg·kg-1
200
mg·kg-1
400
mg·kg-1
L1 100a 123.57a 171.08b 218.15C 100b 150.53a 117.70b 114.30b 6.57a 30.70b 49.86c 91.61d
L2 100a 167.93b 217.57c 226.45c 100a 92.06a 91.73a 89.90a 18.04a 20.81a 52.45b 88.45c
L3 100a 101.41a 109.30a 110.70a 100b 134.34a 135.00a 113.18b 4.59a 9.34a 12.50a 16.46a
L4 100a 161.69b 171.67b 299.91c 100a 100.91a 93.20a 84.48a 5.78a 9.34a 18.83a 77.77b
L5 100a 127.91ab 165.44b 236.38c 100ab 111.08a 88.12b 63.62c 7.36a 7.75a 40.59b 140.27c
L6 100a 100.09a 109.80a 210.36b 100a 105.00a 71.87b 59.11b 11.71a 19.62a 21.99ab 35.84b
L7 100a 224.42b 298.27c 362.47d 100c 191.63a 158.86b 97.64c 6.57a 20.41ab 33.86b 76.19c
L8 100a 163.76b 192.57bc 227.34c 100c 195.54a 179.06ab 161.00b 6.17a 8.54a 27.53b 145.41c
L9 100a 113.69a 125.22a 189.86b 100a 102.69a 100.85a 62.14b 7.75a 9.34a 12.90a 17.25a
L10 100a 164.71b 227.05c 299.58d 100a 91.72a 50.27b 47.82b 12.50a 13.69a 25.16a 258.15b
L11 100a 100.06a 102.18a 127.81a 100ab 105.24a 81.91bc 69.84c 4.98a 11.71a 14.87a 65.11b
L12 100a 186.96b 188.97b 221.25b 100a 106.20a 80.83b 53.15c 10.13a 11.71a 14.48a 37.82b
L13 100a 149.23b 232.21c 235.13c 100a 93.49a 85.72ab 71.35b 7.36a 12.90ab 27.17bc 29.51c
L14 100a 154.31b 173.29b 299.81c 100ab 109.29a 88.43bc 78.30c 8.15a 37.03b 72.23c 129.59d
L15 100a 120.88a 129.10a 239.30b 100ab 112.61a 103.35a 83.87b 20.14a 23.18a 30.70a 68.28b
L16 100a 238.56b 310.68c 330.55c 100a 83.67ab 70.31bc 64.75c 12.50a 14.87a 24.76a 69.46b
L17 100a 161.19b 190.85b 285.65c 100ab 112.85a 101.84ab 85.37b 10.13a 14.48a 15.66a 173.10b
L18 100a 131.30ab 153.12b 218.73c 100a 91.86ab 78.72b 57.77c 4.59a 18.83ab 21.60b 48.50c
L19 100a 140.14b 142.02b 166.41b 100b 125.41a 124.99a 83.46b 9.34a 13.69a 15.66a 48.50b
L20 100a 117.86a 137.51a 224.19b 100b 130.07a 125.34a 111.35ab 9.34a 18.83a 21.60a 23.58a
L21 100a 136.72ab 149.78b 165.90b 100bc 124.12a 113.22ab 90.83c 7.36a 11.31a 26.74b 59.97c
L22 100a 192.87b 206.03b 262.56c 100b 134.47a 104.88b 101.16b 15.27a 29.11ab 39.40b 40.98b
L23 100a 102.39a 153.59b 156.72b 100c 134.73ab 152.69a 124.72b 10.52a 13.69ab 27.14b 140.27c
L24 100a 189.11b 226.59b 276.37c 100ab 103.60a 82.90bc 76.22c 14.08a 18.83a 19.22a 26.74a
L25 100a 106.11a 108.49a 206.11b 100a 117.25a 101.63a 71.63b 4.19a 9.73a 33.47b 59.97c
L26 100a 146.50b 172.29bc 207.87c 100a 115.49a 96.88a 72.18b 10.13a 15.27ab 20.81ab 29.11b
L27 100a 140.49b 182.85c 217.77c 100ab 107.69a 112.66a 84.33b 19.22a 31.09ab 42.96bc 48.50c
F值 10.26 21.35 26.11 21.77 24.91 19.65 15.03 19.91 23.48 42.46
P P<0.05 P<0.05 P<0.05 P<0.05 P<0.05 P<0.05 P<0.05 P<0.05 P<0.05 P<0.05
2.3　耐钴系数和主成份分析
由表4可知,在钴胁迫处理下的各耐钴系数(株
高、地上生物量、电导率、脯氨酸及叶绿素)在不同材
料之间存在显著差异(P<0.05)。通过进一步分析
发现,仅使用各单项指标进行评价,难以真正反映出
不同材料的耐钴性,运用多指标进行综合评价,才能
使试验结果更具科学合理性。因此采用SAS8.0
软件对5个指标的耐钴系数进行主成分分析(表
5),前4个综合指标的积累贡献率达90.23%,这样
就把原来的5个单项指标转换为4个新的互相独立
的综合指标,这4个综合指标代表了原来的5个单
项指标90.23%的信息,同时根据贡献率的大小可
知各综合指标的相对重要性。
2.4　多年生黑麦草苗期耐钴性综合评价
采用标准差系数赋予权重法对27份多年生黑
麦草材料进行了耐钴性综合评价(表5)。表中所示
的综合评价D值代表了各材料的耐钴性,其中,来
自于荷兰的奥瓦逊(L8)和来自于苏联的莫桑斯克
(L22)多年生黑麦草的D值较大,表明这2个材料
耐钴性较强。而来自于澳大利亚的堪加鲁何谷
(L11)和来自于英国的帕科尔(L6)多年生黑麦草的
D值较小,表明这些材料耐钴性较弱。下面将着重
对这4份材料进行钴胁迫下的富集特性探讨。
7211
草　地　学　报 第20卷
表4　钴胁迫下综合评价指标的耐钴系数
Table4　Co2+-tolerancecoefficienceofcomprehensiveevaluationindices
序号
No.
株高
Plantheight
相对电导率
Electricalconductivity
脯氨酸
Proline
叶绿素
Chlorophyl
地上生物量
Abovegroundbiomass
L1 0.86i 1.53efghi 6.80b 1.44cdef 0.79fgh
L2 1.09b 1.78bcdefg 2.49m 0.96fgh 0.88a
L3 1.01cdef 0.92k 2.34o 1.21defgh 0.82cdef
L4 0.97defgh 1.83bcd 4.84i 1.01efgh 0.81defg
L5 0.94gh 1.57defghi 6.66c 0.80h 0.84bcd
L6 1.00defg 1.30ij 1.90r 0.79h 0.82cdef
L7 0.97defgh 2.46a 5.22g 1.59bcde 0.71j
L8 1.01cdef 1.71cdefgh 7.60a 4.95a 0.80efgh
L9 1.03bcd 1.32ij 1.52u 0.91fgh 0.79fgh
L10 1.09b 2.00bc 6.19e 0.72h 0.80efgh
L11 0.99defg 0.99ij 4.85i 1.00efgh 0.85abc
L12 1.02cde 1.74cdefgh 1.83s 0.96fgh 0.72j
L13 0.94gh 1.79bcdefg 2.61l 1.00efgh 0.73j
L14 0.96fgh 1.82bcdef 7.58a 1.73bcd 0.77hi
L15 1.01cdef 1.47hij 1.75t 1.19defgh 0.83bcde
L16 1.03bcd 2.45a 2.43n 0.82gh 0.85abc
L17 0.86i 1.84fghi 5.27f 1.18defgh 0.86ab
L18 0.95fgh 1.51fghi 5.09h 0.84fgh 0.83bcde
L19 1.07bc 1.37ij 2.33o 1.41cdefg 0.79fgh
L20 0.95fgh 1.45hij 1.96q 1.17defgh 0.86ab
L21 0.92hi 1.38ij 3.58k 1.07efgh 0.84bcd
L22 0.96efgh 1.90bc 2.04p 2.14b 0.73j
L23 1.00defg 1.28ij 4.55j 1.28defgh 0.83bcde
L24 1.00defg 1.98bc 1.40v 1.07efgh 0.74ij
L25 1.02cde 1.18jk 6.40d 1.04efgh 0.77hi
L26 1.16a 1.56defghi 1.86s 1.95bc 0.78gh
L27 0.97defgh 2.10b 1.84s 1.01efgh 0.85abc
表5　各综合指标的系数及贡献率
Table5　Coefficientsandcumulativeeffectsofcomprehensiveindices
综合指标
Comprehensiveindex
各单项指标系数Individualindexcoefficient
相对电导率
Electricalconductivity
地上生物量
Abovegroundbiomass
脯氨酸
Proline
叶绿素
Chlorophyl
株高
Plantheight
贡献率/%
Cumulative
Cl(1) 0.296 0.465 -0.554 0.624 -0.010 29.48
Cl(2) -0.294 -0.610 0.130 0.706 -0.161 26.34
Cl(3) 0.633 -0.363 0.112 0.081 0.670 20.25
Cl(4) 0.544 0.171 0.603 0.141 -0.540 14.15
2.5　钴胁迫下多年生黑麦草的富集特性研究
2.5.1　钴胁迫下对富集系数的影响　由图1可知,
随着土壤钴含量的增加,多年生黑麦草叶部和根部对
钴的富集能力都明显增加,在叶和根中,钴的富集系
数最大的是堪加鲁何谷(L11),其次是帕科尔(L6)和
莫桑斯克(L22),最小的是奥瓦逊(L8)多年生黑麦草,
堪加鲁何谷(L11)和帕科尔(L6)多年生黑麦草的富集
系数显著高于桑莫斯科(L22)和奥瓦逊(L8)多年生黑
麦草材料,这说明堪加鲁何谷和帕科尔对钴的吸收积
累能力较强,耐钴能力较差。当钴浓度达到400
mg·kg-1时,根部材料的富集系数均大于1。由图1
还可知,多年生黑麦草叶部和根部对钴的富集能力有
很大的差异,根对钴的吸收能力大于叶部,说明根是
重金属钴的主要富集部位。
2.5.2　钴胁迫下对转移系数的影响　由图2可知,
随着钴浓度的增加,各材料的转移系数呈现先升高
后逐渐下降的趋势,呈现倒“V”字型变化,其拐点浓
度出现在Co2+浓度为200mg·kg-1时,此时多年
生黑麦草的转移系数均达到最大,各材料转移系数
分别为:0.096,0.097,0.080和0.085。当Co2+浓
度为300mg·kg-1时,各材料的转移系数呈现下降
趋势。当Co2+ 浓度为500mg·kg-1时,各材料的
8211
第6期 辛宝宝等:多年生黑麦草种质材料苗期耐钴性综合评价及钴离子富集特性研究
表6　多花黑麦草苗期耐钴性综合评价
Table6　ComprehensiveevaluationofCo2+tolerance
序号
No.
隶属函数值Subordinativefunction
μ(1) μ(2) μ(3) μ(4)
综合评价D值
EvaluationD
排序
Order
L1 0.083 0.351 0.586 0.776 0.383 11
L2 0.721 0.073 0.409 0.185 0.378 14
L3 0.711 0.191 0.000 0.075 0.300 24
L4 0.349 0.173 0.585 0.522 0.378 15
L5 0.000 0.213 0.580 0.735 0.308 23
L6 0.737 0.073 0.108 0.051 0.295 26
L7 0.434 0.261 0.961 0.664 0.538 3
L8 0.606 1.000 1.000 1.000 0.871 1
L9 0.818 0.084 0.121 0.000 0.319 21
L10 0.092 0.151 0.813 0.702 0.367 17
L11 0.279 0.231 0.203 0.419 0.270 27
L12 0.804 0.083 0.351 0.093 0.380 13
L13 0.691 0.113 0.394 0.217 0.381 12
L14 0.033 0.408 0.846 0.913 0.463 5
L15 0.852 0.126 0.202 0.062 0.370 16
L16 0.760 0.000 0.680 0.260 0.442 6
L17 0.318 0.214 0.567 0.603 0.388 10
L18 0.252 0.174 0.436 0.515 0.312 22
L19 0.782 0.198 0.252 0.128 0.390 9
L20 0.814 0.127 0.171 0.096 0.357 18
L21 0.528 0.174 0.254 0.306 0.328 20
L22 1.000 0.295 0.474 0.187 0.549 2
L23 0.400 0.252 0.336 0.423 0.346 19
L24 0.916 0.067 0.416 0.071 0.424 7
L25 0.041 0.286 0.453 0.647 0.300 25
L26 0.973 0.263 0.378 0.093 0.494 4
L27 0.860 0.046 0.459 0.152 0.421 8
权重 0.327 0.292 0.224 0.157
转移系数较低,分别为:0.062,0.063,0.205和
0.212。总体来看,4份多年生黑麦草材料在不同钴
处理浓度下,堪加鲁何谷和帕科尔多年生黑麦草的
转移系数均小于奥瓦逊和莫桑斯克多年生黑麦草材
料,说明堪加鲁何谷和帕科尔多年生黑麦草的转移
能力较奥瓦逊和莫桑斯克多年生黑麦草弱。
3　讨论与结论
钴胁迫下27份多年生黑麦草材料除叶片脯氨
酸含量和相对电导率随钴浓度的增加呈上升趋势
外,供试材料的相对株高、相对地上生物量和相对叶
绿素含量呈现先升高后下降的趋势,其拐点是钴处
理浓度为200mg·kg-1。说明低浓度的钴对植物
的生长发育没有影响,反而有促进作用。这与Aery
等[6]、王秀敏等[19]、樊文华等[20]、杨黎芳等[21]的研
究结果一致。
植物的抗逆性不仅是一个受多种因素影响的复
杂的数量性状,而且不同品种的抗逆机制也不尽相
同,从而使得不同品种在逆境条件下对某一具体指
标的反应也不尽相同。因而用单一指标难以全面准
确地反映植物品种抗逆性的强弱,应采用多种指标
来综合评价植物对逆境的适应能力[22]。然而评价
植物抗逆性的指标较多,指标间又存在着一定的相
关性,使得他们所提供的植物对逆境反映的信息发
生交叉与重叠,且各指标在综合评价时的重要性(权
重)也不同,如果直接利用这些指标来综合评价植物
的抗逆性则会对结果造成偏差,目前有关这些问题
在植物抗逆性综合评价的报道中尚未提及[22]。主
成分分析法可将原来较多的指标转换成为新的个数
较少且彼此独立的综合指标,同时根据各个贡献率
的大小可以知道各综合指标的相对重要性[23]。在
此基础利用隶属函数加权平均法得到耐钴性度量值
(D值),因为D值是个[0,1]闭区间上的纯数,所以
根据D值的大小就可以较准确地评价各材料的耐
钴性,它们耐钴性的差异也具有可比性。本研究采
9211
草　地　学　报 第20卷
图1　富集系数随Co2+浓度的变化
Fig.1　EnrichmentcoefficientwithdifferentCo2+concentrations
图2　转移系数随钴处理浓度的变化
Fig.2　TransfercoefficientwithdifferentCo2+concentrations
用此评价方法,获得了耐钴性强的材料有来自于荷
兰的奥瓦逊和来自于苏联的莫桑斯克多年生黑麦
草;耐钴性较弱的是来自于澳大利亚的堪加鲁何谷
和来自于英国的帕科尔多年生黑麦草。
植物对重金属的积累是植物体内吸收与分配的
结果,通常用富集系数来说明植物对Co2+的吸收和
累积能力[24]。富集系数越小,则表明植物吸收重金
属的能力越差,抗土壤重金属污染的能力则越
强[25-26]。本研究表明,相同钴处理浓度下,耐钴性较
强的多年生黑麦草材料的富集系数均小于耐钴性较
弱的多年生黑麦草材料。这可能与植物材料以及自
身氧化还原条件等有关。随着钴处理浓度的增加,4
份多花年生黑麦草材料不论是地上部分还是地下部
分的富集系数随之增大,且地下部分的富集系数均
大于地上部分的富集系数,这与孙志明等[27]的研究
结果一致。说明多年生黑麦草的根是主要富集重金
0311
第6期 辛宝宝等:多年生黑麦草种质材料苗期耐钴性综合评价及钴离子富集特性研究
属的器官,土壤中的钴处理浓度是影响多年生黑麦
草植株体内Co2+含量的重要因素,可能原因是植物
根分泌出特殊的分泌物如苹果酸、柠檬酸等,它们与
金属形成螯合物降低根系pH,从而提高金属的生
物效应。另一方面可能是植物本身固有的性质决
定,如根和叶细胞运输及分室化等[28-29]。
重金属转移系数用来表征植株向地上部分运转
重金属的能力,其值越大,表示重金属在植物中的迁
移能力越强。钴向各部位的转移系数随着钴添加浓
度的增加都表现为先增加后减小的趋势,这可能是
由于低浓度时多年生黑麦草生长受钴影响小,其转
移系数还主要受土壤钴浓度影响,即随土壤钴浓度
增加而增大,高浓度处理影响了多花黑麦草的正常
生长,从而减小了向地上部的转运。
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(责任编辑　李美娟)
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