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镉是威胁人类和动物健康最为危险的有毒重金属元素之一,也是我国土壤污染点位超标率最为严重的重金属。杨树由于其生长快速、生物量大等特性成为土壤重金属污染植物修复研究领域的重要研究对象之一。植物对重金属的耐受/富集能力理论上应存在着普遍的种内遗传变异性,但目前有关杨树重金属耐受/富集能力的研究只集中在少数杨树无性系上,不能很好地反映某个具体杨树种种内的遗传变异特征或规律。为此,本文以青杨(Populus cathayana)为研究对象,采集川西北地区达维镇(DW)、牦牛沟(MN)、捧塔乡(PT)和榆林村(YL)等4个天然分布点各30个个体,在CK(0 mg/kg)、L(25mg/kg)和H(50mg/kg)3个镉浓度下开展扦插盆栽试验,从群体遗传学和遗传育种学的角度对青杨镉耐受/富集能力的种群间/个体间遗传变异特征进行了较为系统的研究,结果显示:(1)随土壤镉处理浓度增加,青杨种群总体表现出生长促进增长或由抑制转为促进的过程;青杨的生长响应在种群间和个体间存在着明显的差异,其中DW种群的生长要明显差于其他三个种群,而L和H处理下个体生长(总生物量)相对CK的变化率分别在-33.7%(DW)~73.4%(MN)和-46.3%(DW)~116.5%(PT)之间。(2)随土壤镉处理浓度增加,根镉浓度在处理间表现为显著的近似等比增加,但茎、叶镉浓度在L处理下已基本接近于H处理下的水平,表明青杨对镉的耐受能力可能是以地上富集为策略;种群间和个体间存在着显著差异,个体间差异来源占比要大于种群间,种群间差异也总体表现DW茎>根;种群间和个体间也存在着显著差异,个体间差异来源占比也要大于种群间,种群间差异与镉浓度相似,而个体间的总镉富集量在L和H处理下最大值分别是最小值3.91和4.63倍。(4)随着土壤镉处理浓度增加,青杨总体上表现出生物富集系数(BCF)和转运系数(TF、TF’)降低,和耐受系数(Ti)增加的趋势;除TF’外,BCF、TF和Ti的种群均值均表现为DW显著小于MN、PT和YL,个体间差异方面,BCF、TF、TF’和Ti的变异系数分别在14.9%~30.3%、14.4%~32.4%、18.3%~46.6%和11.3%~18.2%之间。(5)青杨种群各指标总体上具有中等偏上的遗传力,表明对青杨开展基于镉耐受/富集的选育具有好的潜力;(6)相关性分析表明,镉处理下青杨各指标间的相关关系基本趋于一致,器官镉浓度与器官镉富集量以及BCF间呈显著正相关关系,转运系数(TF、TF’)与根镉浓度/富集量表现为负相关关系。聚类分析显示青杨个体可大体归为低富集型或拮抗型、中富集型、高富集型和超高富集型四种类型,其中DW种群个体多属于低富集或拮抗型,YL种群属于中富集型,MN和PT种群个体多属于超高富集类型。综上所述,青杨具有很强的镉耐受能力和较强的镉富集能力,高达50mg/kg的镉处理不仅没有在总体上抑制青杨生长,反而还很大程度地促进了青杨的生长。青杨的镉富集/耐受能力的确存在着种群间和种群内个体间显著的遗传变异,且个体间遗传分量大于种群间遗传分量,总体上具有中等偏上的遗传力。聚类分析发现部分个体可能以富集策略来耐受镉胁迫,部分个体可能以拮抗策略来耐受镉胁迫,研究结果为开展基于杨树土壤重金属污染修复能力的选育工作提供科学依据。