鎘、砷低積累綠豆品種篩選

趙亞萍 馬成倉 韓磊 張永敬 閆仁俊

摘 要

以鄂綠5號、淮綠12號、渝綠2號、白綠10號、JLPX01、韭綠0816號、宛綠2號、142-139、保綠200810-1、品綠2011-06、白綠9號、1009-2-5、品綠2011-12、淮綠11號14個綠豆品種為試驗材料，采用Cd、As復合污染土培試驗，研究了不同綠豆品種富集鎘、砷的差異性。結(jié)果表明綠豆品種間鎘、砷含量差異明顯且各品種綠豆植株各部分間也存在差異（P<0.05）;以綠豆籽粒中重金屬的積累和吸收量作為篩選指標，可知14個綠豆品種的Cd含量均大于國家標準（0.2mg/kg），而砷含量均小于國家標準（0.2mg/kg），因此14個綠豆品種可在砷污染地區(qū)進行種植，可作為替代種植的備選品種。

關鍵詞

綠豆;鎘、砷積累;品種篩選

中圖分類號： X503.231 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 14 . 70

Abstract

Fourteen kinds of mung beans， Elv No.5， Huailv No.12， Yulv No.2， Bailv No.10， JLPX01， Jiulv No.0816， Baolv200810-1， Pinlv2011-06， Bailv No.9， 1009-2-5， Pinlv2011-12， Huailv No.11， The differences of cadmium and arsenic in different mung bean varieties were studied by Cd and As combined pollution soil culture experiments. The results showed that the content of cadmium and arsenic in mung bean varieties was significantly different and there were also differences among different parts of mung bean plants （P<0.05）. The heavy metal accumulation and absorption in mung bean seeds were used as screening indexes， It is known that the Cd content of 14 mung bean varieties is higher than the national standard （0.2mg/kg）， the arsenic content was all less than the national standard （0.2mg/kg）， therefore， 14 mung bean varieties can be planted in arsenic-contaminated areas as alternative varieties.

Key words

Mung bean; Cd and As accumulation; Variety screening

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，我國重金屬污染越來越嚴重。鎘（Cd）是農(nóng)田重金屬污染中較為常見的元素，土壤中的鎘被作物吸收累積，經(jīng)食物鏈對人體造成傷害。而砷（As）是分布于大自然中的毒性最大的類金屬，對大多數(shù)生命體都具有很高的毒性[1]。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鎘是污染程度最高的無機污染物，我國土壤鎘點位超標率達到7.0%，而砷的點位超標率達到了2.7%（MEP，2014）。鎘和砷不僅危害人的身體健康，也影響著自然界中植物的生長，從而也會導致糧食作物的產(chǎn)量下降。一些研究表明砷影響水稻的光合作用，從而降低產(chǎn)量，當土壤砷含量達到60mg/kg及其以上時，水稻不能生長到成熟期[2]。因此，鎘、砷污染的修復工作迫在眉睫。本實驗以14個綠豆品種為研究對象，采用盆栽實驗，研究鎘、砷在不同綠豆品種中的富集差異，以期篩選適宜在鎘污染土壤中種植的替代作物，并篩選出綠豆中的低積累品種進行推廣種植，為以后的品種改良提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試土壤

供試土壤取自廣西壯族自治區(qū)都安縣板嶺鄉(xiāng)弄六村Cd、As復合污染稻田，取耕層（0～15cm）經(jīng)晾曬、磨碎、測定其理化性質(zhì)，見表1。

1.1.2 供試綠豆

供試驗綠豆品種有鄂綠5號、淮綠12綠、渝綠12號、白綠10號、JLPX01、韭綠0816號、宛綠2號、142-139、保綠200810-1、品綠9號、白綠9號、1009-2-5、品綠2011-06、淮綠11號。

1.2 試驗方法

采用土培試驗，對綠豆進行盆栽，花盆直徑為20cm，可容土樣3.0kg（干土計），總共需要42個花盆進行綠豆的土培試驗，14個綠豆品種中每個品種都需要3個重復，每個樣品做3個重復是為了減小試驗過程中各種因素帶來的誤差。4月初開始進行綠豆的種植，每個花盆加水澆透，放置一個星期，待土老化后播入植物種子，綠豆生長期間每天都需適量加入自來水，以保持一個適當?shù)耐寥罎穸?，期間要對每個綠豆進行精心照料，一直到7月綠豆成熟后收樣。取樣分根、莖、葉、籽粒4個部分取樣，然后測其Cd、As的含量。參試品種編號見表2。

1.3 Cd、As元素含量的測定方法

將根、莖、葉、籽粒分離，干樣稱重后磨碎分別轉(zhuǎn)移到消煮管中，用黃豆成分分析標準物質(zhì)設置為標準品，每個消煮管中加入10ml濃HNO3，在智能電熱消解儀上梯度升溫消煮樣品（ED54，Lab Tech，中國），升溫的具體流程為80℃消煮1.5h，120℃消煮1.5h，150℃消煮2h。完成樣品的消煮后打開消煮管的蓋子在175℃下進行趕酸，待管內(nèi)液體剩余約1ml時將消煮管從爐上取出冷卻，用1%HNO3定容至25ml后，用定量濾紙過濾到防盜瓶中，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）分別測定根、莖、葉、籽粒各部分的Cd、As含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

本試驗數(shù)據(jù)采用wps表格，Origin作圖軟件和SPSS18.0軟件進行數(shù)據(jù)處理及相關統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種綠豆各部位富集Cd的差異

如圖1所示，綠豆相同品種不同部位間Cd含量存在顯著差異，且呈現(xiàn)為莖>葉>根>籽粒，籽粒Cd含量最低。所有供試綠豆品種籽粒Cd含量均大于0.2mg/kg的國家標準要求，且不同品種間存在顯著差異，籽粒Cd含量最低的品種L2為0.27mg/kg，14個綠豆品種中籽粒Cd含量最高的是L7，含量為0.60mg/kg，是L2的2.19倍。根中品種L14的Cd含量最低，Cd含量為0.926mg/kg，品種L5的Cd含量最高，達到了2.867mg/kg，為品種L14的3.09倍。14個品種莖Cd含量最低的是品種是L2，含量為1.941mg/kg，莖含Cd量最高的是品種L12，Cd含量達到了7.08mg/kg，為品種L2的3.65倍。葉Cd含量中品種L7的Cd含量最高，Cd含量為3.91mg/kg，Cd含量最少的是品種L2，Cd含量為1.16mg/kg，相差3.39倍。

2.2 不同品種綠豆各部位富集As的差異

如圖2所示，綠豆相同品種不同部位間As含量存在顯著差異，且呈現(xiàn)為根>葉>莖>籽粒的趨勢，籽粒中的As含量最低。所有供試綠豆品種籽粒As含量均小于0.2mg/kg的國家標準要求，不同品種間存在顯著差異，籽粒中As含量最低的為品種品種L13，為0.021mg/kg，As含量最高的為品種L1，為0.16mg/kg，最高和最低之間相差7.81倍。根中As含量最高的為品種L2，為15.79mg/kg，含量最低的為品種L14，為0.74mg/kg，相差21.39倍。莖中As含量范圍為0.14～0.43mg/kg，含量最高的為品種L2，最低的為品種L3，相差2.99倍。葉中As含量最低的為品種L13，為1.35mg/kg，最高的為品種L2，為6.41mg/kg，是品種L13的4.78倍。

3 討論

近年來，中、低程度重金屬污染土壤的農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)問題引起了越來越多的關注[3]。重金屬排異作物或作物品種的篩選和培育的途徑比較有效和合理[4]。有一些資料中講到，作物的品種之間和基因型之間對重金屬的富集是不同的，本次研究也表明14個綠豆品種在相同土壤環(huán)境下對鎘、砷的富集量差異顯著，這也表明了篩選鎘、砷低積累品種的現(xiàn)實可行性。本實驗中，14個綠豆品種籽粒Cd含量均大于國家標準（0.2mg/kg），As含量均小于國家標準（0.2mg/kg），因此，14個綠豆品種可作為砷污染地區(qū)的替代備選品種。

本研究中，14個綠豆品種對鎘、砷的吸收存在著顯著的品種差異，這個研究結(jié)果與Zhu等[5]的結(jié)果相類似，他通過盆栽和大田試驗研究了24個長豇豆品種對鎘的吸收能力，他的兩個試驗結(jié)果均表明品種不同會使其對重金屬的吸收能力不同，其吸收能力主要由于其不同品種的基因差異。其他研究也發(fā)現(xiàn)，自然界中的植物吸收和累積重金屬存在明顯的植物物種間的差異，種內(nèi)差異也存在[6]。

一些研究表明，植株根、莖、葉中Cd含量隨處理中Cd含量增加而增加，表現(xiàn)為根>莖>葉的趨勢[4-8]，這是由于Cd2+是通過根部進入植物體的，再由根部位置向其他的部位轉(zhuǎn)移，所以根是第一個接觸的部位，受到的毒害也最重[9]。本研究主要是對14個品種中鎘、砷低積累的綠豆品種進行篩選。14個品種各部分鎘含量范圍為：根（0.926～2.867mg/kg）、莖（1.941～7.075mg/kg）、葉（1.161～3.912mg/kg）、籽粒（0.274～0.601mg/kg）;砷含量范圍為：根（0.738～15.789mg/kg）、莖（0.143～0.428mg/kg）、葉（1.345～6.411mg/kg）、籽粒（0.021～0.164mg/kg），由此可以看出綠豆各部分鎘含量表現(xiàn)為葉>莖>根>籽粒，砷含量表現(xiàn)為根>葉>莖>籽粒。與前人結(jié)果稍有差異，可能因為植物品種，環(huán)境以及管理方式不同所導致。由此可看出鎘、砷含量在綠豆不同部位的含量差異明顯，數(shù)值存在明顯波動，這種情況有可能涉及重金屬在植物中的轉(zhuǎn)運問題，還有可能受環(huán)境因素影響，本研究僅對可食用籽粒部分的重金屬含量進行分析，基因型和環(huán)境因素的相互作用及其機理仍需進一步研究。

4 結(jié)論

（1）14個品種各部位鎘含量范圍為：根（0.926～2.867mg/kg）、莖（1.941～7.075mg/kg）、葉（1.161～3.912mg/kg）、籽粒（0.274～0.601mg/kg）;砷含量范圍為：根（0.738～15.789mg/kg）、莖（0.143～0.428mg/kg）、葉（1.345～6.411mg/kg）、籽粒（0.021～0.164mg/kg），得出綠豆各部位鎘含量表現(xiàn)為葉>莖>根>籽粒，砷含量表現(xiàn)為根>葉>莖>籽粒，且鎘、砷含量在綠豆不同部位的含量差異明顯。

（2）綠豆的可食用部分是籽粒，以綠豆籽粒中重金屬的積累作為指標，篩選出籽粒中重金屬低積累的綠豆品種對食品安全有重大意義。本研究表明，在相同土壤環(huán)境下，不同綠豆品種富集鎘、砷的量存在差異，14個綠豆品種的Cd含量均大于國家標準（0.2mg/kg），而砷含量均小于國家標準（0.2mg/kg），因此14個綠豆品種可在砷污染地區(qū)進行種植，可作為替代備選品種;具體情況應根據(jù)土壤污染實際情況來定。

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