一种抗重金属胁迫植物品种的筛选培育方法及系统

技术领域

本发明涉及植物育种筛选培养技术领域，尤其涉及一种抗重金属胁迫植物品种的筛选培育方法及系统。

背景技术

工业发展进程伴随着污染控制以及环境治理，尤其是对于重有色金属矿采选业(铜、铅锌、镍钴、锡、锑和汞矿采选)、重有色金属冶炼业(铜、铅锌、镍钴、锡、锑和汞冶炼)、铅蓄电池制造业、电镀行业、化学原料及化学制品制造业、皮革鞣制加工等易产生重金属污染的行业，上述行业的重点重金属污染防控物包括铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)、砷(As)、铊(Ti)以及锑(Sb)等。上述工业活动中的废气、废固、废液会携带重金属污染物并污染水体、农田等与人类生活息息相关的生产生活基础，使得重金属污染物通过食物链富集的方式影响动植物健康。

现有技术中针对水体及土壤中重金属污染物的处理方法包括基于污染物固定、过滤、离子交换及不溶化固定的多种理化学方法以及基于植物富集移出的生物方法。理化方法主要对高富集浓度的污染物进行处理，但其所需的设备成本高昂，也容易产生二次污染，使得其难以适用于污染物分布范围广泛的中、低富集浓度的污染区域，例如被重金属污染的自然水域以及农田区域。因此，通过基因工程、诱导物质以及方案设计来筛选培育适于生物富集移出的植物品种以实现重金属污染物移除治理对于治理重金属中、低富集浓度的自然水域以及农田区域具有重要意义。

土壤重金属植物修复技术(Phytoremediation)是以植物吸收积累、代谢、转化某种重金属元素的理论为基础，通过优选种植植物，利用植物及其共存土壤环境体系去除、转移、降解或固定土壤中的有害重金属元素，从而恢复土壤系统正常功能的环境污染治理技术，具有经济成本低、绿色环保、修复彻底、有效保护土壤结构及其生物、实际应用价值高等优点。常用的土壤重金属铬修复植物筛选办法包括野外调查法、特殊植物法和土壤种子库法，这些土壤重金属铬修复植物筛选办法可控性差、筛选过程繁杂、实验周期长，且经济成本较高。

现有技术中，公告号为CN105961385A的专利公开有一种茶多酚促进重金属胁迫下玉米种子萌发的新用途及浸种液、萌发方法。公告号为CN114467541A的专利公开有一种多巴胺在提高植物抵抗重金属胁迫中的应用。上述专利的方案使用含有茶多酚或多巴胺的诱导物质对植物种子或植物组织施加浸泡、浇灌等操作，从而提升植物在萌发生长过程中抗重金属胁迫的能力，但上述方案针对的目标植物品种主要为经济作物，诱导物质主要用于提升抗胁迫能力以改善作物生长状态，但对于土壤污染的修复能力十分有限。

公告号为CN101731085A的专利公开有一种适于重金属污染区种植的能源作物品种筛选方法。该方法包括如下步骤：(1)将能源作物种植于重金属污染区；(2)每隔2～3个月测定作物的株高、株径及蔗糖含量；(3)测定所筛选能源作物的产量；(4)测定能源作物中的可发酵糖含量；(5)测定能源作物的重金属含量；(6)将能源作物进行发酵，通过残糖含量和乙醇含量的测定来计算能源作物的糖转化率和发酵率；(7)通过上述步骤测定数据比较分析，筛选出适于重金属污染区种植的能源作物品种。公告号为CN105797969A的专利公开有一种土壤重金属铬修复植物的筛选方法，该方法步骤包括：修复植物初步筛选与确定，修复植物野外种植和野外盆栽，野外实验设置与便携式仪器快速检测土壤重金属含量，样品采集、制备与实验室传统化学方法检测，修复植物筛选确定。上述专利的技术方案通过若干植物品种的对照实验筛选适于土壤重金属生物修复的植物品种，但筛选实验过程主要考虑土壤及植物中的重金属变化而未将作物生长周期、作物富集浓度变化规律以及治理成本等纳入筛选评价标准。

基于上述分析，现有技术中基于诱导物质或方案步骤设计进行植物品种筛选培育的方案主要存在两种方向：其一，基于诱导物质或方案设计筛选或培育具有抗重金属胁迫能力且重金属低富集的经济作物品种，用以在被污染区域实现规模化的农业种植并保证产品指标处于安全范围；其二，基于诱导物质或方案设计筛选或培育具有抗重金属胁迫能力且重金属高富集的污染治理品种，用于在被污染区域种植若干周期以实现金属污染物的生物提取和转移。尤其是针对待处理区域的重金属成分会随治理过程持续变化的情况，如何根据重金属成分预测或实测参数实现多种植物品种的套种或交替种植对于提升重金属污染治理效率以及治理质量具有重要意义。

因此，筛选培育方案需要根据重金属污染治理目标区域的气候环境特点对待选植物品种进行综合评价以全面考虑植物品种的应用效果，综合评价可包括抗胁迫能力、重金属富集能力、富集周期、综合成本等多种评价指标，可根据上述评价结果建立植物品种抗重金属胁迫能力以及重金属富集能力数据库，由此获得适于目标区域的低成本高效能重金属污染治理植物品种。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

筛选超富集重金属植物的品种用于工矿业等造成的高重金属污染场地的生态恢复属于现有技术常常采用的技术方案，并且通常采用多品种对应于多土壤重金属含量的方式进行超富集重金属植物品种的筛选过程。例如，公开号为CN105750212A的专利文献公开了一种超富集重金属植物的品种的筛选方法，该方法包括设定筛选标准浓度、选取初筛植物的品种、筛选超富集重金属植物的品种几个步骤，将经过预处理的每个初筛植物的品种的种子分别播种于重金属浓度不同的多份土壤中，并进行田间管理，直至其生长为植物植株，测定每份土壤的重金属含量以及每份土壤对应的植物植株的根部的重金属含量和植物地上部的重金属含量。该技术方案需要通过设置多个测试浓度，然后根据半致死浓度来进行选择，以确定植物能够适应的基础浓度，从而最终得到标准浓度。然而，该技术方案中的筛选方式只能实现单一环境下的超富集能力较强的品种筛选，此时默认植物的种子在重金属环境的胁迫下能够发芽，并且能够在其全生命周期中实现稳定的对重金属的吸附能力，这与实际的超富集重金属植物品种对重金属的动态变化的吸附能力显著不同。实际上，植物的种子在重金属环境的胁迫下发芽时，可能出现不同的萌发及生长状态，例如种子不萌发；或者种子萌发后，在随后的几天里由于吸收的重金属的量较多，种子的根的生长被抑制，最终无法实现完整的重金属富集生长周期；再或者种子能够萌发，并且根生长基本正常，茎叶也能够正常生长，由此能够实现完整的重金属富集生长周期。因此，仅依靠对重金属非常敏感的植物芽期进行植物品种筛选的方式无法实现在植物全生长周期对不同污染区域进行有效治理的技术效果。针对现有技术所提出的至少一部分不足之处，本发明提供了一种抗重金属胁迫植物品种的筛选培育方法，方法包括以下步骤：

至少基于重金属配置方案和/或植物品种的不同构建实验组和对照组并进行培养；

获取培养过程中实验组和对照组的抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数；

根据实验组和对照组的抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数计算实验组的与重金属配置方案相对应的综合评价结果；

根据实验组的综合评价结果选择至少一种应用于目标区域的植物品种。

为了获得能够适应含有不同重金属种植目标区域的植物品种，现有技术已经出现通过对筛选出的植物品种进行全周期的生长评价以确定特定种植目标区域植物品种的技术方案。例如，公开号为CN115643981A的专利文献公开了一种本地超富集重金属植物的品种的筛选方法，当筛选出的植物植株存活，其植物地上部的重金属含量高于根部的重金属含量，其植物地上部的物质的量浓度大于根部的物质的量浓度，并且其所在的土壤治理前的重金属含量大于治理后的重金属含量时，确定植物植株所属的品种为超富集重金属植物的品种。然而，该技术方案仅仅依靠植物种植中的重金属含量的绝对变化来对其重金属富集能力进行评价，无法将作物生长周期、作物富集浓度变化规律以及治理成本等同样影响目标区域治理的种植因素纳入植物品种筛选评价的考虑范围，按照该技术方案获得的植物品种只能确保其在特定种类的重金属污染环境中正常生长，无法确保其同样能够在种植方案、种植周期等发生变化时也能够达到预期的种植效果，例如，植物根部的富集浓度随着植物种植周期的变化而增加，导致其后续的特定类型重金属富集能力的降低等。因此，植物品种筛选的准确综合评价对实现有效的重金属污染修复治理来说至关重要。针对现有技术用于筛选重金属超富集植物品种的方案主要依据植物或培养基质中的重金属含量的相对变化或绝对变化来进行评价，而较少将作物生长周期、作物富集浓度变化规律以及治理成本等纳入筛选评价标准的问题，尤其是针对不同植物品种的抗胁迫能力和重金属富集能力在不同重金属类别及含量情况下存在显著差异的情况，对于不同污染区域的多周期污染修复治理过程需要将不同植物品种进行套种或是交替种植，以实现对处于不同重金属类别及含量污染区域的低成本高效能治理过程。

因此，与上述现有技术相比，本发明的筛选培育方法基于待选植物以及重金属配置方案的不同配置有若干实验组和若干对照组，重金属配置方案的不同可表现为重金属类别不同或重金属浓度不同。基于上述区别技术特征，本发明要解决的问题可以包括：如何提高植物品种筛选综合评价结果的全面性。具体地，针对同种植物，若干实验组之间的对比主要用于体现植物在不同重金属配置方案下的重金属富集能力，实验组与对照组的对比主要用于体现植物在不同重金属配置方案下的抗重金属胁迫能力。将实验组与对照组在人工培养条件或自然培养条件下执行培育过程，控制培育过程的若干实验组和对照组的光照、降水以及温度环境保持一致，从而确保对照实验的准确性。现有的植物品种筛选过程中，植物的抗重金属胁迫能力仅通过植物种子的萌发状态进行定性评价，同时，通过筛选之后的植物生长期间的抗重金属胁迫能力对综合治理的影响无法进行定性或定量分析，进而无法将植物的抗重金属胁迫能力纳入到整体的植物品种筛选过程中，导致筛选出的植物品种无法实现更高效的重金属污染修复治理。相反地，本发明的抗重金属胁迫能力参数可由植物的生长状态数据进行量化，具体可以是植物的萌发数据、植物在相同生长时间下的特征生物积累量以及相同生物积累量下的特征生长时间；重金属富集能力参数可由植物在各生长阶段下的单位质量富集量、单位植物富集量以及用于培养植物的土壤水体内含量变化幅度进行量化；综合成本参数包括种子成本、管理成本以及转运处理成本等。

将上述抗重金属胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数纳入考虑以获得综合评价结果，综合评价结果可由综合分数、综合等级体现，或者将综合评价结果形成图表数据，图表数据用于体现不同重金属配置方案下的植物的抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数的排序特征以及具体数据，使得基于综合评价结果选择的一种或多种植物能够适用于若干培养周期的套种或交替种植以实现低成本高效能的重金属污染修复治理。

优选地，基于重金属配置方案和/或植物品种的不同构建实验组和对照组并进行培养，包括：

基于不同重金属配置方案和不同植物品种构建若干实验组并基于不同植物品种构建若干对照组；

将若干实验组和若干对照组种植于布置在目标区域的培养容器内；

通过在目标区域实施的自然培养条件和/或人工培养条件的方式对实验组和对照组进行培育。

另外，针对同一植物品种，若干实验组之间和实验组与对应的对照组之间采用具有不同重金属配置方案的水土基质。

与上述现有技术相比，本发明的筛选培育方案能够在待修复的目标区域对实验组和对照组执行培养，将若干实验组和若干对照组种植于布置在目标区域的培养容器内，基于目标区域的相同培养条件对实验组和对照组进行培育。基于上述区别技术特征，本发明要解决的问题可以包括：如何确保筛选培育过程的有效变量控制。具体地，针对同种植物，本发明可设置若干实验组，实验组设置具有重金属的水土基质，实验组数量根据重金属配置方案的设置数量进行确定，例如可以是重金属配置方案设置数量的整数倍，针对同种植物设置至少一组对照组，对照组采用不含有重金属或重金属含量处于自然本底范围的水土基质。为实现实验组和对照组的变量控制，实验组和对照组均在目标区域或模拟目标区域的气候环境进行培养，从而保证实验组和对照组仅存在植物品种以及重金属配置方案两个变量。通过上述设置，本发明的培养容器能够用于隔离目标区域土壤对于植物种植环境的影响，使得若干实验组和对照组在目标区域接受相同自然培养条件或人工培养条件，使得针对同一植物的培养条件在除开重金属配置方案以外的环境温度、降雨、光照等方面保持一致，从而确保筛选过程参数控制的准确性，由此能够提高植物品种与相应的重金属配置方案筛选的有效性。

优选地，获取培养过程中实验组和对照组的抗胁迫能力参数，包括：至少采集实验组植物和对照组植物的萌发成活率、特征生长时间以及特征生物量中的一种或多种并计算抗胁迫能力参数。与上述现有技术相比，本发明能够通过不同植物的特征参数来计算其抗胁迫能力参数。基于上述区别技术特征，本发明要解决的问题可以包括：如何准确评估不同植物对于不同浓度的重金属含量的抗胁迫表现。进一步地，计算实验组的抗胁迫能力参数是按照将实验组的萌发成活率、特征生长时间以及特征生物量分别与对照组的萌发成活率、特征生长时间以及特征生物量进行比较以获得用于计算抗胁迫能力参数的若干特征比值的方式来执行的。进一步地，获得萌发成活率、特征生长时间以及特征生物量的特征比值是按照调整实验组和对照组的比较关系以控制特征比值与抗胁迫能力参数呈正相关的方式来执行的。计算抗胁迫能力参数可通过将若干特征比值进行加权求和的方式来实施。进一步地，特征比值是按照调整实验组和对照组的比较关系以控制特征比值与抗胁迫能力参数呈正相关的方式来执行的。进一步地，本发明能够根据植物品种对应的形态大小以及培养容器的尺寸，从而在每一实验组或对照组设置若干培养容器或在一个培养容器中设置若干株植物，使得上述萌发成活率、特征生长时间以及特征生物量为若干培养容器或若干植物的平均数据，以此提高不同组别中获取的植物特征参数的准确性。

优选地，获取培养过程中实验组和对照组的重金属富集能力参数，包括：至少采集实验组植物在对应重金属配置方案下的重金属富集类别、重金属富集浓度和重金属单株富集量中的一种或多种并获取重金属富集能力参数。进一步地，采集实验组植物在特征时间或特征生物量状态下的重金属富集类别、重金属富集浓度和重金属单株富集量并根据重金属富集类别、重金属富集浓度和重金属单株富集量获取植物在对应重金属配置方案下的重金属富集能力参数。

与上述现有技术相比，本发明能够获取培养过程中实验组和对照组的重金属富集能力参数。基于上述区别技术特征，本发明要解决的问题可以包括：如何准确评估不同待选植物对于不同浓度的重金属含量的重金属富集表现。进一步地，获取植物在对应重金属配置方案下的重金属富集能力参数，包括：计算不同重金属富集类别的重金属富集量与重金属配置方案中对应重金属类别的重金属含量的若干第一比值并将若干第一比值的和与重金属配置方案中的重金属类别数量的第二比值作为实验组植物在该重金属配置方案下的重金属富集能力参数。

或是，根据实验组植物在对应重金属配置方案下的重金属富集类别以及重金属富集量制作数据图表，例如，构建以重金属类别作为横坐标，以重金属含量作为纵坐标的坐标系，再将重金属富集类别、重金属富集含量以及对应重金属配置方案中的重金属类别和重金属含量表现在坐标系中以形成折线图或曲线图，根据重金属富集含量形成折线/曲线相对横坐标的包围面积与重金属配置方案中重金属含量形成折线/曲线相对横坐标的包围面积的比值确定重金属富集能力参数。具体地，重金属富集能力参数用于评价待选植物对于不同类别重金属以及不同重金属浓度下的富集绝对值或富集相对值，超富集植物往往对于一种或多种重金属具有较强的富集能力，且其在不同浓度下的富集能力基于抗胁迫表现的不同而发生变化。因此，由重金属富集能力参数体现植物对于不同的重金属类别以及重金属含量的绝对富集能力和相对富集能力，可建立植物重金属富集能力评价表或数据图，以此实现对不同待选植物对于不同浓度的重金属含量的重金属富集表现的准确直观评估。

优选地，获取培养过程中实验组和对照组的综合成本参数，包括：至少采集单位面积作物成本、单位面积管理成本以及单位面积转移成本中的一种或多种以计算综合成本参数。上述成本主要根据植物品种的不同而发生变化，例如，针对不同的植物品种，其种植参数要求的种植密度以及植物生长尺寸不同，使得单位面积布置的作物数量、作物的管理频次以及单位面积的作物生物积累量均为存在区别，从而带来单位面积作物成本、单位面积管理成本以及单位面积转移成本的区别，即综合成本参数主要与植物品种相关。

优选地，根据实验组和对照组的抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数计算实验组的与重金属配置方案相对应的综合评价结果，包括：对抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数进行加权求和以计算与综合评价结果对应的综合分数和/或综合等级。另外，综合评价结果也可由实验组的抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数组成的数据图表来体现，即将不同重金属配置方案下的植物的抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数的排序特征以及参数数据以图表可视化的方式进行展示。

优选地，根据实验组的综合评价结果选择至少一种应用于目标区域的植物品种，包括：根据实验组植物综合评价结果、目标区域的重金属配置方案以及若干培养周期内重金属配置方案的预期变化规律选择在若干培养周期种植于目标区域的一种或多种植物，使得在若干培养周期种植于目标区域的植物对于重金属污染物的富集能力能够覆盖目标区域的主要重金属污染物并通过植物品种的筛选配置来实现经济高效的重金属污染治理。

优选地，本发明还提供一种抗重金属胁迫植物品种的筛选培育系统，系统用于执行上述筛选培育方法，系统包括：试验培养模块，至少基于重金属配置方案和/或植物品种的不同构建实验组和对照组并进行培养；监测采集模块，获取培养过程中实验组和对照组的抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数；计算分析模块，根据实验组和对照组的抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数计算实验组的与重金属配置方案相对应的综合评价结果；筛选配置模块，根据实验组的综合评价结果选择至少一种应用于目标区域的植物品种。

附图说明

图1是本发明实施例的方法步骤示意图；

图2是本发明实施例的系统功能连接示意图。

附图标记列表

100：试验培养模块；200：监测采集模块；300：计算分析模块；400：筛选配置模块。

具体实施方式

本发明中规定的任何方向仅为读者阅读方便而设置，并不对本发明做出相应的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

本发明提供一种植物品种的筛选培育方法及系统，尤其涉及一种抗重金属胁迫植物品种的筛选培育方法及系统，属于植物育种筛选培养技术领域。现有技术中，从现有本地植物、移栽植物或是新育种植物中筛选培育具有良好抗重金属胁迫能力且重金属受控富集的植物品种大多基于最终产物的直接对比结果或仅基于土壤或植物的重金属含量变化幅度的对比结果进行确定，而未将植物品种的抗胁迫能力和重金属富集能力进行有效量化并与植物品种的种植综合成本进行关联，尤其是针对不同植物品种的抗胁迫能力和重金属富集能力在不同重金属类别及含量情况下存在显著差异时，对于不同污染区域的多周期污染修复治理过程需要将不同植物品种进行套种或是交替种植，以实现对处于不同重金属类别及含量污染区域的低成本高效能治理过程。

如图1所示，本发明的筛选培育方法包括：S1：至少基于重金属配置方案和/或植物品种的不同构建实验组和对照组并进行培养；S2：获取培养过程中实验组和对照组的抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数；S3：根据实验组和对照组的抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数计算实验组的与重金属配置方案相对应的综合评价结果；S4：根据实验组的综合评价结果选择至少一种应用于目标区域的植物品种。

如图1和图2所示，为准确采集不同植物的抗胁迫能力以及重金属富集能力，本发明的筛选培育方法基于若干控制参数构建若干实验组和若干对照组，控制参数包括重金属配置方案和植物品种，则本发明的筛选培育方法可基于不同重金属配置方案和不同植物品种构建若干实验组并基于不同植物品种构建若干对照组。

具体地，不同的重金属配置方案包括重金属类别和重金属含量不同，重金属类别及相应的重金属含量可根据当地不同污染区的采集信息获取，或者对目标区域的土壤水体进行采样收集并作为用于植物的培养基质。

关于实验组和对照组的具体设置中，基于不同重金属配置方案和不同植物品种构建若干实验组包括：针对重金属类别已经确定的特定目标区域，为不同品种的待选植物配置不同的重金属配置方案，不同的重金属配置方案主要是若干实验组之间的重金属类别相同而重金属含量不同。针对重金属类别不同的若干目标区域，为不同品种的待选植物配置不同的重金属配置方案，不同的重金属配置方案主要是若干实验组之间的重金属类别和/或重金属含量不同。基于不同植物品种构建若干对照组包括：将不同品种置于若干培养容器为其提供不含有重金属或重金属含量处于自然本底范围的土壤水体作为培养基质，使得若干对照组与实验组处于同一光照温度气候环境下的人工培养条件或自然培养条件。重金属处于自然本底范围指自然状态下的土壤水体所含有的重金属种类及背景值含量，背景值含量的重金属元素可作为植物生长所需的微量元素。

设置不同实验组主要用于考察待选植物对于不同浓度的重金属含量的抗胁迫表现和重金属富集表现，抗胁迫表现可由抗胁迫能力进行量化，具体可由植物的生长状态数据进行表征，例如特征时间下的生物积累量或是特征生物积累量下的生长时间，生物积累是生物在其整个代谢活跃期内通过吸收、吸附、吞食等各种过程中从周围环境蓄积某些元素或难分解的化合物，以致随生物的生长发育，

设置不同的对照组主要是用于设定不同品种的待选植物在非重金属胁迫环境下的生长状态参照标准。对于同一植物品种，不同重金属配置方案的若干实验组可与该植物品种的对照组进行对比，对比内容包括生长速度、生长高度以及生物量积累等生长状态数据，具体可量化表征为特征时间下的生物积累量或是特征生物积累量下的生长时间。

例如，将一处受到金属冶炼废液污染的农田区域作为待修复的目标区域，其重金属污染物主要包括A、B、C、D四种(例如铅、汞、镉、铬、砷、铜等重金属中的四种)，待选植物包括适用于处理重金属污染且适于目标区域自然气候环境的超富集植物品种a、b、c、d四种(例如壶瓶碎米荠、狼尾草、李氏禾、野茼蒿、五节芒、飞蓬中的四种)。与普通植物相比，超富集植物需要具备四项基本特征：1、临界含量特征，即植物地上部分如茎叶或叶重金属含量应达到一定的临界含量标准，如铅为1000毫克/千克，镉为100毫克/千克；2、转移特征，即植物地上部分重金属含量大于根部重金属含量，具体定义为植物地上部分的元素含量与地下部分同种元素的含量的比值大于1，用于评价植物将重金属从地下向地上的输运富集能力；3、耐性特征，即植物对于重金属有较强的耐性；4、富集系数特征，即植物地上部分富集系数大于1，使得某种元素或化合物在生物体内的浓度与其在环境中的比值大于1。本发明的筛选培育方法主要是用于量化耐性特征以及富集系数特征并结合综合培养成本筛选出适用于待修复目标区域的一种或多种植物，也可用于计算和验证植物的临界含量特征以及转移特征。

因此，针对上述待修复的目标区域，本发明控制参数中的植物品种即为a、b、c、d，重金属配置方案即为A、B、C、D四种重金属以及其在目标区域的对应含量。为准确采集不同植物的抗胁迫能力以及重金属富集能力并对上述待选的超富集植物进行进一步地筛选，针对每种植物设置三个实验组和一个对照组，三个实验组中对应的植物品种相同，而重金属配置方案中的重金属含量分别为100％含量、50％含量以及20％含量，对照组的重金属含量为目标区域的背景值。则针对待选植物为四种的情况下，实验组数量设置为12组，对照组数量设置为4组，实验组和对照组基于相同的培养条件执行培育过程。

优选地，为确保筛选培育过程的有效变量控制，本发明的筛选培育方法在待修复的目标区域对实验组和对照组执行培养，将若干实验组和若干对照组种植于布置在目标区域的培养容器内，基于目标区域的相同培养条件对实验组和对照组进行培育。针对同一植物品种，若干实验组之间和/或实验组与对应的对照组之间采用具有不同重金属配置方案的水土基质。具体地，培养容器内置入有不同重金属配置方案的土壤或水体，针对同一植物品种，三组实验组分别置入具有100％含量、50％含量以及20％含量的A、B、C、D四种重金属的土壤并作为培养基质，对照组置入具有符合目标区域自然本底范围的土壤并作为培养基质。50％含量以及20％含量可通过稀释混合的方式获得，也可以通过在不含有重金属或重金属含量处于自然本底范围的水土基质中定量添加对应重金属配置方案要求的重金属类别以及重金属含量的方式来获得。培养容器用于隔离目标区域土壤对于植物种植环境的影响，使得若干实验组和对照组在目标区域接受相同自然培养条件或人工培养条件，使得针对同一植物的培养条件在除开重金属配置方案以外的环境温度、降雨、光照等方面保持一致。

优选地，为准确评估不同植物对于不同浓度的重金属含量的抗胁迫表现，本发明的筛选培育方法获取培养过程中的实验组和对照组的抗胁迫能力参数，包括：采集实验组植物以及对照组植物的萌发成活率、特征生长时间以及特征生物量中的一种或多种并计算抗胁迫能力参数。进一步地，计算实验组的抗胁迫能力参数是按照将实验组的萌发成活率、特征生长时间以及特征生物量分别与对照组的萌发成活率、特征生长时间以及特征生物量进行比较以获得用于计算抗胁迫能力参数的若干特征比值的方式来执行的，其中，特征比值是按照调整实验组和对照组的比较关系以控制特征比值与抗胁迫能力参数呈正相关的方式来执行的。根据植物品种对应的形态大小以及培养容器的尺寸，每一实验组或对照组可设置若干培养容器或在一个培养容器中设置若干株植物，使得上述萌发成活率、特征生长时间以及特征生物量为若干培养容器或若干植物的平均数据。

具体地，在本发明对于实验组和对照组的人工培养条件或自然培养条件控制下，针对同种植物，若干实验组和对照组仅体现在重金属配置方案不同，则植物的抗胁迫表现主要由同种植物的若干实验组与对照组的对比结果来体现。抗胁迫表现由抗胁迫能力参数进行量化体现，抗胁迫能力参数用于反映实验组相比于对照组的生长状态数据的对比结果，即为保证植物抗胁迫表现的客观性以及对于目标区域的适用性，本发明的抗胁迫能力参数为相对参考值，可获得不同重金属配置方案下植物的生长状态数据与自然本底范围下植物生长状态数据的直观比较结果。

例如，抗胁迫能力参数由萌发成活率、特征生长时间以及特征生物量等体现，萌发成活率用于体现重金属元素对于萌发阶段的毒害影响程度以及植物种子幼苗阶段对于重金属元素的抗胁迫能力体现；特征生长时间即为植物达成特定生长阶段所需的培育时间，例如，特征生长时间为植物生长至花期结束或果实成熟阶段的培育时间；特征生物量即为植物在一定培养阶段所能达成的生物积累量，例如，一个月、三个月等时间节点下的生物积累量，生物积累量主要考虑植物地上部分，使得生物积累量可通过植物尺寸(植物高度、植物范围等)计算获得，也便于在目标区域大面积应用时的收割移除。因此，萌发成活率、特征生长时间和特征生物量用于综合评价植物在不同重金属配置方案下的植物生长状态数据，包括生长速度以及生长形态方面，则针对同一品种植物，若干实验组的抗胁迫能力参数可根据实验组与对照组在萌发成活率、特征生长时间和特征生物量方面的比值进行计算确定。

优选地，为准确评估不同待选植物对于不同浓度的重金属含量的重金属富集表现，本发明的筛选培育方法获取培养过程中的实验组和对照组的重金属富集能力参数，包括：采集实验组植物的重金属富集类别、重金属富集浓度和重金属单株富集量中的一种或多种并计算重金属富集能力参数。进一步地，采集实验组植物在特征时间或特征生物量状态下的重金属富集类别、重金属富集浓度并将重金属富集类别和对应的重金属富集浓度配对以作为植物对于不同重金属类别的重金属富集能力参数；或者采集实验组植物在特征时间或特征生物量状态下的重金属富集类别、重金属富集浓度并将重金属富集类别对应的重金属富集浓度与土壤中对应的重金属类别的重金属浓度的比值作为植物对于该重金属类别的重金属富集能力参数。重金属测定方法可以是：将植物地上部分的组织收集磨碎并置于坩埚中，使用电炉将其完全碳化，再600度灰化6h，以2mol/L的盐酸溶解，将溶解液转移至定量瓶中定容，过滤后的滤液在原子吸收分光光度计上测重金属类别及重金属含量。

具体地，重金属富集能力参数可用于评价待选植物对于不同类别重金属以及不同重金属浓度下的富集绝对值或富集相对值，超富集植物往往对于一种或多种重金属具有较强的富集能力，且其在不同浓度下的富集能力基于抗胁迫表现的不同而发生变化，因此，由重金属富集能力参数体现植物对于不同的重金属类别以及重金属含量的绝对富集能力和相对富集能力，可建立植物重金属富集能力评价表或数据图。例如，数据图以重金属类别作为横坐标，以重金属富集能力参数作为纵坐标，由于不同植物的重金属富集能力参数对于重金属类别的重金属富集能力参数存在显著差异，则数据上存在若干代表不同植物的重金属富集能力参数相对重金属类别的变化曲线或折线，上述折线或曲线对应的峰值点即对应其主要富集修复的重金属类别。

优选地，为准确评估不同植物的综合培养成本，本发明的筛选培育方法获取培养过程中的实验组和对照组的综合成本参数，包括：采集单位面积作物成本、单位面积管理成本以及单位面积转移成本中的一种或多种以计算综合成本参数。综合成本参数用于表征使用该类植物富集重金属的种植、管理、收集转运及处理的全过程成本，可作为在目标区域规模种植时的成本参考，则综合成本参数可由采集单位面积作物成本、单位面积管理成本以及单位面积转移成本求和获得。具体地，自然培养条件下，单位面积作物成本主要包括植物种子采购成本，单位面积管理成本主要包括种植及收割时的人工成本以及设备成本，单位面积转移成本主要包括转移费用以及后处理费用，后处理方法可包括焚烧法、堆肥法、压缩填埋法、高温分解法、灰化法、液相萃取法等。

优选地，根据实验组的抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数获得实验组的与重金属配置方案相对应的综合评价结果，包括：对抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数加权求和以计算与综合评价结果对应的综合分数和/或综合等级。综合评价结果用于从植物的抗胁迫表现、重金属富集表现以及成本控制等方面进行综合评估，由此获得适用于目标区域的一种或多种植物。进一步地，针对抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数的加权求和计算对应有第一系数至第三系数，其中，由于抗胁迫能力参数与综合分数/综合等级正相关，重金属富集能力参数与综合分数/综合等级正相关，而综合成本参数与综合分数/综合等级负相关，则第一系数和第二系数为正，而第三系数为负。

优选地，综合评价结果也可由实验组的抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数组成的数据图表体现，即在数据图表中体现不同重金属配置方案下的植物的抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数的排序特征以及具体数据。进一步地，将植物的抗胁迫能力参数和重金属富集能力参数配置为相对重金属类别和/或重金属含量的函数，函数可以数据图的方式呈现，用以量化不同植物品种对于重金属类别的选择性富集以及对于不同重金属含量的抗胁迫能力。也可将数据图量化存储以形成用于后续筛选参考的数据库，对于确定重金属类别以及对应重金属含量的另一目标区域，可直接通过查找数据库的方式选择一种或多种植物执行修复任务。

优选地，根据实验组的综合评价结果选择至少一种应用于目标区域的植物品种，包括：根据实验组植株综合评价结果、目标区域的重金属配置方案以及若干培养周期内重金属配置方案的预期变化规律选择在若干培养周期种植于目标区域的一种或多种植物。综合评价结果中的综合分数或综合等级用以综合评价植物对于目标区域的修复能力，但其可能仅针对目标区域的一种或多种重金属而难以有效对所有类别的重金属进行富集处理，则根据目标区域的重金属配置方案，可基于重金属富集能力参数的数据图表明确代表不同植物的重金属富集能力参数相对重金属类别的变化曲线或折线，上述折线或曲线对应的峰值点即对应其主要富集修复的重金属类别。根据不同重金属配置方案选择应用于目标区域的多种植物，使得多种植物的重金属富集能力参数的曲线或折线能够覆盖目标区域的主要重金属污染物。基于上述筛选培育过程，可适应不同植物品种的抗胁迫能力和重金属富集能力在不同重金属类别及含量情况下存在显著差异的情况，选择一种或多种植物品种在多周期污染修复治理过程中进行套种或是交替种植，以实现对处于不同重金属类别及含量污染区域的低成本高效能治理过程。

如图2所示，本发明还提供有一种抗重金属胁迫植物品种的筛选培育系统，系统用于执行上述筛选培育方法，系统包括：试验培养模块，至少基于重金属配置方案和/或植物品种的不同构建实验组和对照组并进行培养；监测采集模块，获取培养过程中实验组和对照组的抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数；计算分析模块，根据实验组和对照组的抗胁迫能力参数、重金属富集能力参数以及综合成本参数计算实验组与重金属配置方案相对应的综合评价结果；筛选配置模块，根据实验组的综合评价结果选择至少一种应用于目标区域的植物品种。

具体地，试验培养模块主要是用于对实验组和对照组的待选植物执行对照培养过程，在根据植物品种以及重金属配置方案置入不同培养容器的情况下，试验培养模块主要是用于保证实验组和对照组在其它生长因素的一致性，例如光照、温度、土壤湿度等。因此，试验培养模块可基于目标区域的自然环境进行设置或是基于人工模拟环境进行设置，主要装置及设备可包括：若干用于布置待选植物的培养容器，用于控制日光照射条件的机构或是人工光源装置，用于控制温度条件的机构，用于控制土壤湿度的机构等。

监测采集模块主要用于对植物及用于培养植物的水土基质进行监测并采集对应的状态信息或参数信息，则监测采集模块主要包括若干采集操作机构以及检验检测机构，采集操作机构可包括摄像装置以及各类传感器，检验检测机构可包括重金属监测装置、尺寸重量测量装置以及对应的记录分析设备。计算分析模块的计算分析主要由计算机以及软件程序来执行。筛选配置模块可设置为可交互的程序界面，程序界面提供标准化的信息输入项，使得筛选配置模块可根据计算分析模块的处理结果以及关于目标区域的输入信息提供适用于目标区域在多个培养周期进行种植以实现重金属治理的植株品种。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。