不同豇豆材料的鎘積累特性比較研究

向 娟，潘紹坤，吳傳秀，吳彩芳，魯榮海，林立金，陳 玲

(1.成都市農(nóng)林科學(xué)院 園藝研究所，四川 成都 611130； 2.四川省園藝作物技術(shù)推廣總站，四川 成都 610041； 3.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 果蔬研究所，四川 成都 611130)

鎘是一種生物有效性、積累性、毒性極高的重金屬污染物，易于被作物吸收并累積，降低糧食的產(chǎn)量及品質(zhì)，并且可通過食物鏈威脅人類健康[1-2]。蔬菜對鎘的吸收主要受土壤有效鎘含量和蔬菜本身遺傳特性的影響，蔬菜對鎘的積累規(guī)律表現(xiàn)為葉菜類>根菜類>瓜果類(豆類)[3-5]。豆類蔬菜對鎘的吸收量低，生態(tài)安全性較好，是重金屬鎘污染地區(qū)較為合適的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整作物，可在一定污染濃度下的土壤上安全種植[6]。但近年來，農(nóng)田耕地鎘污染問題日趨嚴(yán)重，蔬菜鎘污染情況不容樂觀，不少蔬菜出現(xiàn)了鎘含量超標(biāo)的現(xiàn)象[7-9]，豇豆等蔬菜的安全生產(chǎn)也受到了一定的影響。有研究表明，當(dāng)土壤鎘含量在2.5 mg/kg時，供試豇豆品種鎘含量均超過國家安全限量值，超標(biāo)率為100%，因此，豇豆對鎘存在一個安全生產(chǎn)的濃度閾值，當(dāng)達(dá)到某一濃度閾值后，對鎘的累積迅速升高，其種植的安全性下降[10]，因此，篩選出鎘低積累的、符合人類健康的豇豆品種極為重要。

目前就解決蔬菜鎘污染問題已有很多的相關(guān)報道，如利用物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)等的方法對重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)[11-15]。但對于重金屬污染不僅要治還要防，因此，在進(jìn)行土壤修復(fù)研究的同時也應(yīng)加強(qiáng)篩選鎘低累積蔬菜品種，減少蔬菜對鎘的吸收，進(jìn)而將鎘對人的危害降到最低。在鎘污染的情況下，利用植物基因型的差異篩選出鎘低累積的蔬菜品種，是一種極為簡便快捷的方式[6]。鑒于此，以12份不同的豇豆材料為研究對象，研究在鎘脅迫條件下，幼苗期和成株后的豇豆對鎘的積累差異性，以期篩選出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的豇豆材料，為鎘污染區(qū)豇豆生產(chǎn)提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料

12份豇豆材料15282-1、7104、3F回-14-4 紅籽、17300、17F11D-3-1-2、15279、FA黑黑-6-1-2、FA黑黑-3-1-青莢、17F11Z-紅-1-1-紅、FHG-3-1-1-2、HF1013-25-2-1-1、Fy-1均來自成都市農(nóng)林科學(xué)院種質(zhì)資源庫。2018年6月于氣候箱中催芽，待種子露白后，播于50孔的穴盤中，待2片真葉展開時移栽。

供試土壤為潮土，取自成都市農(nóng)林科學(xué)院周邊農(nóng)田。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2018年6—9月在成都市農(nóng)林科學(xué)院進(jìn)行。2018年6月，將取自農(nóng)科院附近農(nóng)田的潮土風(fēng)干，過5 mm篩，分別稱取6.0 kg裝于18 cm×26 cm(高×直徑)的塑料盆內(nèi)。將CdCl2·2.5H2O溶液加入土壤中，使土壤鎘含量為10 mg/kg[16-17]，并與土壤充分混勻，保持濕潤，自然放置平衡4周后再次混合備用。

2018年7月，選擇生長一致、2片真葉展開的豇豆幼苗分別移栽至盆中。每種材料每盆種10株，重復(fù)3次，每天澆水以保持盆中土壤的田間持水量約為80%。

1.3 測定項目及方法

30 d后收獲豇豆幼苗(留4株用于結(jié)果)，分別以莖稈、葉收獲，用自來水洗凈，再用去離子水沖洗3次后，擦干，測定鮮質(zhì)量。然后于110 ℃殺青15 min，75 ℃烘干至衡定質(zhì)量，測定干質(zhì)量。鎘的檢測根據(jù)GB5009.15—2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中鎘的測定》進(jìn)行，將烘干樣品粉碎，加入硝酸-高氯酸(體積比為4∶1)放置過夜后，消化至溶液透明，過濾到50 mL容量瓶中，定容，用iCAP 6300型ICP光譜儀測定(Thermo scientific,USA)鎘含量。60 d后待豇豆成熟，分別以根、莖稈、葉和果實(豆莢)收獲，測定指標(biāo)與幼苗相同。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010、DPS 17.10對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析(多重比較采用Duncan氏新復(fù)極差法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘脅迫下不同豇豆幼苗生物量比較

在鎘脅迫下，不同材料的豇豆幼苗生物量差異顯著(表1)。在幼苗期，豇豆HF1013-25-2-1-1和Fy-1的莖稈、葉片、地上部分生物量均顯著高于其他豇豆材料，豇豆7104、FA黑黑-6-1-2、FHG-3-1-1-2、3F回-14-4紅籽的地上部分生物量較低。其他豇豆材料的幼苗地上部分生物量處于豇豆HF1013-25-2-1-1(1.550 g/株)與7104(0.398 g/株)之間。表明，鎘脅迫對于豇豆幼苗HF1013-25-2-1-1、Fy-1生長的抑制作用顯著低于其他豇豆材料，對豇豆幼苗7104、FA黑黑-6-1-2、FHG-3-1-1-2生長的抑制作用則顯著高于其他豇豆材料。

2.2 鎘脅迫下不同豇豆幼苗鎘含量比較

不同材料的豇豆幼苗對于鎘的敏感性不同，具體表現(xiàn)在鎘含量上(表2)。在鎘脅迫下，豇豆7104、3F回-14-4 紅籽、FA黑黑-6-1-2的莖稈及地上部分的鎘含量最高(0.004 mg/kg)，豇豆17300的莖稈、地上部分的鎘含量顯著低于其他豇豆材料(0.001 mg/kg)，其他豇豆幼苗地上部分的鎘含量居于7104和17300之間。表明，在幼苗期，豇豆17300對于鎘的敏感性低于7104、3F回-14-4 紅籽、FA黑黑-6-1-2。

表1 鎘脅迫下不同豇豆幼苗生物量比較 g/株

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)有不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note:Different lowercase letters in the same column indicate significant difference(P<0.05),the same below.

表2 鎘脅迫下不同豇豆幼苗鎘含量比較

2.3 鎘脅迫下不同豇豆成熟后的生物量比較

在鎘脅迫下，不同材料的豇豆成熟后的生物量差異顯著(表3)。就不可食用部分的生物量而言，豇豆Fy-1、HF1013-25-2-1-1的根系、莖稈、葉片生物量總體上高于其他豇豆材料；豇豆 FHG-3-1-1-2的根系生物量較低(0.084 g/株)，莖稈、葉片生物量最低。就可食用部分的生物量而言，豆莢生物量較高的前4個豇豆材料按生物量高低的順序是FA黑黑-3-1-青莢>15279>17300>HF1013-25-2-1-1。豆莢生物量較低的豇豆材料有15282-1、17F11Z-紅-1-1-紅、FHG-3-1-1-2等。總體而言，豇豆HF1013-25-2-1-1的生物量在根系、莖稈、葉片及豆莢都較高，生長受鎘的抑制作用較輕，而FHG-3-1-1-2的根系、莖稈、葉片及豆莢生物量均較低，生長受鎘的抑制作用較嚴(yán)重。

表3 鎘脅迫下不同豇豆成熟后的生物量比較 g/株

2.4 鎘脅迫下不同豇豆成熟后的鎘含量比較

在鎘脅迫下，成熟后的不同豇豆材料鎘含量的變化規(guī)律總體上呈現(xiàn)不可食用部分(根系、莖稈、葉片)>可食用部分(豆莢)(表4)。就不可食用部分而言，在根系中，豇豆17300的鎘含量顯著高于其他豇豆材料，F(xiàn)A黑黑-6-12的鎘含量最低；在莖稈、葉片中，7104、3F回-14-4 紅籽的鎘含量較高，F(xiàn)y-1的鎘含量較低。就可食用部分而言，豇豆7104的豆莢鎘含量最小，除了7104外，其他豇豆材料之間的豆莢鎘含量差異不顯著。

表4 鎘脅迫下不同豇豆成熟后的鎘含量比較

3 結(jié)論與討論

不同種類蔬菜、同一種蔬菜的不同品種甚至是同一品種的不同部位對鎘的吸收富集能力都存在著較大的差異[18]。這種差異在蔬菜幼苗中可以用蔬菜幼苗對鎘的敏感性來定義，即其累積鎘的含量越高定義為該種蔬菜幼苗對鎘越敏感[19]。在鎘脅迫下，幼苗期的豇豆HF1013-25-2-1-1、Fy-1、7104、FA黑黑-6-1-2、3F回-14-4 紅籽、FHG-3-1-1-2等地上部分的鎘含量較高(0.003～0.004 mg/kg)，但HF1013-25-2-1-1、Fy-1的生物量顯著高于7104、FA黑黑-6-1-2、3F回-14-4紅籽、FHG-3-1-1-2，表明前者對鎘有較高的敏感性和耐性，鎘脅迫對于后者的生長抑制作用較強(qiáng)。幼苗期的豇豆17300、15282-1、15279的地上部分生物量在12份豇豆材料中處于中等，地上部分的鎘含量較低(0.001～0.002 mg/kg)，表明這些豇豆材料對鎘的敏感性都較低。

不同豇豆材料在不同部位鎘含量相差較大，但成熟后的不同豇豆材料鎘含量的變化規(guī)律總體上呈現(xiàn)根系>莖稈>葉片>豆莢，不可食用部分的鎘含量高于可食用部分的鎘含量。可能是豇豆根系最先吸收土壤中鎘，根系中的鎘含量較高，更容易受到鎘脅迫，導(dǎo)致豇豆轉(zhuǎn)運(yùn)鎘的能力降低，莖、葉中的鎘含量降低，到達(dá)可食部分的鎘更少[20]。豇豆的食用部位為豆莢，不同材料間重金屬含量的差異是選擇重金屬低量積累品種的關(guān)鍵[21]，所以豆莢的生物量及鎘含量的變化是關(guān)注重點(diǎn)。在鎘脅迫下，豆莢生物量較高的豇豆材料有FA黑黑-3-1-青莢、15279、17300、HF1013-25-2-1-1，豆莢生物量較低的豇豆材料有15282-1、17F11Z-紅-1-1-紅、FHG-3-1-1-2。豇豆7104的豆莢鎘含量最小，除了7104外，其他11份豇豆材料之間的豆莢鎘含量差異不顯著。表明鎘對豇豆的生長存在著不同程度的抑制作用，抑制程度因豇豆材料不同而異。

綜上所述，在鎘脅迫下，12份豇豆材料在幼苗期和成株后對于鎘的敏感性不盡相同，但不論是在幼苗期，還是在成株后，豇豆的鎘含量都明顯低于GB 2762—2017中的果蔬類國家標(biāo)準(zhǔn)的限定(≤0.1 mg/kg)，因此可安全種植。但豇豆的可食用部分為豆莢，故在鎘污染嚴(yán)重地區(qū)安全生產(chǎn)豇豆時，可選擇豆莢生物量高且鎘含量低的豇豆材料，如豇豆15279和FA黑黑-3-1-青莢。