鎘在厚皮甜瓜植株中的分布及低積累品種篩選

王志偉 楚簫 梁少華 戴思慧 李涵 孫小武

摘 ? ?要：為了研究鎘在厚皮甜瓜植株體內(nèi)的分布規(guī)律，篩選適合中度以下重金屬污染區(qū)種植的甜瓜品種，通過大田鎘污染土壤栽培，對厚皮甜瓜不同部位的鎘含量和果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，參試的10個(gè)不同類型的厚皮甜瓜果實(shí)鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于GB 2762—2017（食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品）中污染物限量規(guī)定的鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05 mg·kg-1，其中‘IVF-117果實(shí)鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，僅為0.003 mg·kg-1。鎘在厚皮甜瓜植株體內(nèi)分布的規(guī)律為基部莖葉>根>上部莖葉>果實(shí)，綜合果實(shí)鎘含量和品質(zhì)性狀，篩選出‘IVF-117等適于重金屬污染區(qū)種植的厚皮甜瓜品種。

關(guān)鍵詞：厚皮甜瓜;鎘;分布;積累

中圖分類號：S652.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）01-015-04

Cadmium distribution and screening of low cadmium accumulation thick-skinned melon cultivars

WANG Zhiwei1，2， CHU Xiao1， LIANG Shaohua1， DAI Sihui1， LI Han3， SUN Xiaowu1

（1. College of Horticulture， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， Hunan， China; 2. Hunan Agricultural Equipment Research Institute， Changsha 410125， Hunan， China; 3. Hunan Crop Research Institute， Changsha 410125， Hunan， China）

Abstract：This paper analyzed the distribution of cadmium in thick-skinned melon plants， screened the thick-skinned melon varieties suitable for Cd pollution soil. The contents of cadmium and fruit quality in different parts of thick-skinned melon were analyzed through field cultivation of cadmium-contaminated soil. The results showed that the cadmium contents of the 10 different types of thick-skinned melon fruits tested were lower than the cadmium content of 0.05 mg·kg-1 specified in the limit of pollutants GB in 2762—2017 （the limited value of national food hygiene standard of China）， of which ‘IVF-117 showed the lowest content of cadmium in fruit at 0.003 mg·kg-1. The distribution of cadmium in the thick-skinned melon plants was in order ： leaf and stem at the base > root > upper leaf and stem > fruit. Based on the fruit cadmium content and quality characteristics， ‘IVF-117 and other thick-skinned melon varieties suitable for planting in heavy metal polluted areas.

Key words： Thick-skinned melon; Cadmium; Distribution; Accumulated

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展、礦產(chǎn)資源大量開發(fā)、礦物肥料普遍使用，鎘（Cd）已經(jīng)成為環(huán)境污染物中的主要來源之一[1]。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，中國有140萬hm2左右的污灌區(qū)，其中67%是遭受重金屬污染的，這其中屬于重金屬輕度污染的約占50%，中度污染和重度污染各占10%左右，以Hg和Cd污染為主[2]。據(jù)報(bào)道，目前中國污灌區(qū)中有11處生產(chǎn)的大米鎘含量超標(biāo)，中國每年被重金屬污染的糧食多達(dá)1 200萬t，經(jīng)濟(jì)損失在200億元以上[3]。鎘屬于植物生長發(fā)育的非必需元素，很容易從土壤中被植物根系吸收轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部[4]。2019年FAO（2020年8月更新數(shù)據(jù)）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國的甜瓜生產(chǎn)面積和產(chǎn)量均居世界第一[5]。厚皮甜瓜的生育期80～90 d，具有耐貯運(yùn)、產(chǎn)值高等優(yōu)勢，可以有效增加農(nóng)民收入，同時(shí)可以填補(bǔ)夏初水果淡季市場供應(yīng)的空白。湖南省厚皮甜瓜生產(chǎn)起步較晚，主要集中在常德、邵陽、岳陽、長沙、衡陽、郴州等地區(qū)[6]。不同基因型的植物對鎘吸收積累的敏感程度存在顯著差異，與遺傳因素密切相關(guān)[7-8]。目前已在水稻[9]、煙草[10]、西瓜[11]、油菜[12]、薄皮甜瓜[1]等作物上得到證實(shí)。篩選適于重金屬污染地區(qū)種植的作物品種，是目前重金屬污染地區(qū)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要方向。Wang等[13]和Chen等[14]研究認(rèn)為，篩選低積累品種時(shí)應(yīng)同時(shí)滿足鎘耐性較好和可食部分鎘含量低這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。2014年，湖南省組織農(nóng)業(yè)科研院校在長株潭地區(qū)率先開展重金屬超標(biāo)區(qū)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，在長株潭部分輕度和中度鎘超標(biāo)地區(qū)進(jìn)行低積累農(nóng)作物品種的篩選。筆者以湖南省主栽和引進(jìn)的10個(gè)厚皮甜瓜品種（組合）為材料，通過在中度鎘污染（0.6～0.9 mg·kg-1）土地上種植，測定植株和果實(shí)中鎘含量，明確了鎘在不同類型厚皮甜瓜品種間積累的差異性，初步篩選了適于長株潭重金屬污染區(qū)種植的鎘低積累厚皮甜瓜品種，為重金屬污染區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年4-7月在湘潭市雨湖區(qū)響水鄉(xiāng)湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院蔬菜瓜類研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行，基地土壤鎘含量和理化性質(zhì)見表1。

1.2 供試甜瓜品種

以湖南省厚皮甜瓜主栽的5個(gè)品種和源自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所甜瓜課題組的5個(gè)新組合為材料，品種來源與特性詳見表2。

1.3 方法

甜瓜于3月15日采用基質(zhì)穴盤育苗。4月10日，甜瓜幼苗2葉1心時(shí)定植于30 m×6 m鋼架塑料大棚，株距0.6 m，行距2 m，采用隨機(jī)區(qū)組排列，每小區(qū)15株，3次重復(fù)。采用立架栽培，單蔓整枝，甜瓜植株長到12葉時(shí)留3～4側(cè)蔓結(jié)果，每株人工授粉，選留2～3果。于甜瓜果實(shí)成熟期，每小區(qū)隨機(jī)選擇5株，分別測定果實(shí)鮮質(zhì)量、果實(shí)縱橫徑、果肉厚度、果肉可溶性固形物含量，計(jì)算果形指數(shù)（果形指數(shù)=縱徑/橫徑）。分別檢測甜瓜的根、基部莖葉（坐果節(jié)位到根部）、上部莖葉（坐果節(jié)位到莖尖）和果實(shí)的鎘含量。

1.4 Cd含量的測定

委托湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)化檢測中心，參照 GB/T 5009.15—2014石墨爐原子吸收光譜法測定Cd含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 7.5數(shù)據(jù)處理軟件對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Microsoft Excel 2013作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘在不同類型厚皮甜瓜植株體內(nèi)分布的差異

從圖1的結(jié)果可以看出，不同類型厚皮甜瓜根系的鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.422～1.08 mg·kg-1，根系中鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的是‘IVF-117，達(dá)到了1.08 mg·kg-1，與其他厚皮甜瓜品種根系的差異達(dá)到顯著水平，‘IVF-198根系的鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，僅為0.422 mg·kg-1。

土壤中的鎘離子被甜瓜根系吸收后首先轉(zhuǎn)運(yùn)到基部莖葉中，從圖1可以看出，10個(gè)厚皮甜瓜材料基部莖葉的鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.756～1.953 mg·kg-1，基部莖葉最高的是‘翠蜜5號，為1.953 mg·kg-1，‘洛克星次之，為1.72 mg·kg-1，‘IVF-198基部莖葉最低，僅為0.756 mg·kg-1。

上部莖葉屬于甜瓜植株新生組織，根系吸收的礦質(zhì)元素從下而上運(yùn)輸，從圖1可以看出，不同品種之間上部莖葉鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)也存在顯著差異，其中‘翠蜜4號最高，為1.329 mg·kg-1，‘IVF-198最低，僅為0.55 mg·kg-1 。

2.2 鎘在不同類型厚皮甜瓜果實(shí)中分布的差異性

GB 2762—2017（食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量）規(guī)定的甜瓜果實(shí)中鎘限量為0.05 mg·kg-1，甜瓜果實(shí)鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低與其安全性密切相關(guān)。從圖2中可以看出，所有厚皮甜瓜品種果實(shí)的鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于0.05 mg·kg-1，但是不同類型厚皮甜瓜品種之間果實(shí)鎘含量也存在差異，‘翠蜜4號和‘翠蜜5號果實(shí)鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.011 mg·kg-1，‘IVF-117的果實(shí)鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.003 mg·kg-1，兩者相差0.008 mg·kg-1，這就說明品種之間差異較大。重金屬污染區(qū)種植厚皮甜瓜時(shí)盡量選擇果實(shí)鎘含量低的品種。

2.3 不同類型厚皮甜瓜果實(shí)性狀的差異

果形指數(shù)是厚皮甜瓜外觀品質(zhì)，單瓜質(zhì)量與產(chǎn)量密切相關(guān)，厚皮甜瓜的果肉厚度與可溶性固形物含量是衡量甜瓜果實(shí)感官品質(zhì)的重要指標(biāo)。由表3可知，‘翠蜜4號的單瓜質(zhì)量最大，達(dá)到了3.26 kg，與其他品種的單瓜質(zhì)量差異顯著，‘雪峰蜜2號的單瓜質(zhì)量最小，僅為1.21 kg?！涿?號‘翠蜜5號和‘IVF-303為長橢圓形外，其他品種均為高圓球形。甜瓜果實(shí)果肉厚度決定產(chǎn)量高低和品質(zhì)優(yōu)劣，從表2可以看出，10個(gè)材料的果肉厚度存在顯著差異，其中‘洛克星的果肉最厚，為4.17 cm，‘翠蜜4號‘翠蜜6號‘IVF-303和‘IVF-117與‘洛克星差異不顯著，‘雪峰蜜2號的果肉最薄，為3.07 cm，其他品種居中。果肉的可溶性固形物含量是厚皮甜瓜品質(zhì)的重要評價(jià)指標(biāo)之一，從表3可以看出，不同類型厚皮甜瓜品種之間可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異較大，其中‘IVF-117的可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為18.4%，‘IVF-777的可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，僅為11.67%。

3 討論與結(jié)論

土壤中鎘含量、有效性[15]、土壤pH[16]、施肥[17-18]和離子拮抗作用[19]等環(huán)境因素都與植物對鎘的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和積累密切相關(guān)。植物不同基因型和品種之間對鎘的吸收和積累能力也存在明顯差異[7-8]，目前已在水稻、煙草、西瓜、油菜等[9-12]作物上得到證實(shí)。中國為甜瓜的次生起源中心之一[20]，湖南的漢代馬王堆墓中就發(fā)現(xiàn)了甜瓜種子，足見甜瓜在湖南地區(qū)栽培歷史的悠久。

篩選和培育適于鎘污染土壤種植的低鎘積累作物是一條經(jīng)濟(jì)、有效地利用鎘污染土壤的途徑[21]。評價(jià)時(shí)期和評價(jià)指標(biāo)的選擇對鎘低積累作物篩選的合理評價(jià)至關(guān)重要。有學(xué)者研究認(rèn)為，為了準(zhǔn)確反映品種或基因型間的差異，應(yīng)選擇作物吸收鎘的關(guān)鍵時(shí)期或吸收速率較大的時(shí)期進(jìn)行評價(jià)[10]。Wang等[13]和Chen等[14]研究認(rèn)為，篩選低積累品種時(shí)應(yīng)同時(shí)滿足鎘耐性較好和可食部分鎘含量低兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。參照前人的研究成果，筆者在篩選鎘低積累厚皮甜瓜品種資源時(shí)除了考慮甜瓜植株對鎘的耐性，厚皮甜瓜果實(shí)鎘含量的高低也需要重點(diǎn)考量。土壤中的重金屬被植物根部吸收后，首先在根部積累，然后運(yùn)輸?shù)角o、葉、果實(shí)等地上部分組織和器官。因此，重金屬在植物體的不同組織和器官的單位含量也存在差異，通常是地下部分高于地上部分，這在楊桃、黃皮、龍眼、葡萄和草莓等[22-23]植物上得到了證實(shí)，西瓜植株體內(nèi)單位鎘含量為葉>莖>根>果實(shí)[24]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，鎘在厚皮甜瓜植株體內(nèi)的單位含量為：基部莖葉>根>上部莖葉>果實(shí)，可能與甜瓜的子蔓或?qū)O蔓坐果習(xí)性有關(guān)。綜合考量果實(shí)單位鎘含量和果實(shí)品質(zhì)，重金屬污染區(qū)適合種植‘IVF-117。

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