鉬對低鎘水平下小白菜的生長及鎘含量的影響

振明，肖艷輝，何明，潘春香

鉬對低鎘水平下小白菜的生長及鎘含量的影響

張振明，肖艷輝*，何金明，潘春香

（韶關學院英東農(nóng)業(yè)科學與工程學院，廣東韶關512005）

為了探明低濃度鎘污染下，增加鉬離子濃度后植物對鎘的吸收累積狀況，為低濃度鎘污染土壤修復提供參考.以“四季上海青”小白菜為材料，采用營養(yǎng)液培養(yǎng)的方式，研究了鉬對0.1 mg/L鎘水平下小白菜生長、生理指標及鎘含量的影響.結(jié)果表明：在0.1 mg/L鎘濃度培養(yǎng)液中隨鉬濃度增加，小白菜株高變化不顯著，而其地上部鮮重和干重、地下部鮮重和干重、活根系總長度、根投影表面積、活根系總表面積、活根系平均直徑、葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b及類胡蘿卜素含量、凈光合速率和蒸騰速率、可溶性糖含量、全氮含量等均呈下降趨勢，而全鉀和全鈉含量則有所增加.可見，在0.1 mg/L濃度鎘污染土壤上種植小白菜，增加鉬肥的施用，會增加小白菜體內(nèi)鎘的累積，增加食用風險.

低鎘水平；鉬；小白菜；鎘含量

目前，我國農(nóng)業(yè)土壤受重金屬污染日益嚴重，造成的經(jīng)濟損失也越來越大，嚴重影響著人們的健康.在重金屬污染中，鎘因移動性大、毒性高而倍受關注.許多研究表明，鎘影響植物的生長、生理生化［1-3］.近年來，通過在鎘污染的環(huán)境中添加一些元素來緩解Cd對植物毒害方面的研究報道較多.結(jié)果表明，適量的Si［4-5］、La［6］、Se［7］、Ca［8］能在一定程度上提高植物的生物學產(chǎn)量，緩解鎘對植物的傷害；在1 mg·L-1鎘濃度下，增加鉬濃度能降低小白菜對鎘的吸收累積［9］，然而，也有研究發(fā)現(xiàn)，增加硫濃度，可以增加東南景天對鎘的吸收累積［10］，降低龍葵莖葉和根部對鎘的吸收［11］.現(xiàn)有文獻中，選擇高濃度鎘對植物影響的研究較多，但是，一般在世界范圍內(nèi)，土壤鎘的含量為0.01～2.00 mg·kg-1，中值含量為0.35 mg·kg-1［12］，我國土壤的背景值平均只有0.097 mg·kg-1，以95%置信度的含量范圍為0.017～0.333 mg·kg-1［13-14］，并且依據(jù)世界衛(wèi)生組織（WTO）1972年提出的安全鎘濃度為0.1 mg/L-1.那么，在0.1 mg·L-1鎘濃度下，通過增加鉬濃度，植物對鎘的吸收是增加還是減少，至今未見相關報道.本實驗以小白菜為材料，在0.1 mg·L-1鎘濃度的培養(yǎng)液中加入一定濃度的鉬離子，來探討鉬離子對小白菜生長及地上部鎘的吸收累積狀況，以期為低濃度鎘水平下，合理使用鉬離子來緩解植物對鎘的吸收累積、鉬鎘互作關系以及蔬菜食用的安全性方面的研究提供參考.

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以品種名為“四季上海青”的小白菜為試驗材料（江西省宜春市信用種苗中心提供，購買于韶關市區(qū)種子店）.

1.2 試驗方法

2010年10月9日于韶關學院溫室中進行沙培播種育苗，待幼苗長至兩葉一心時，選健壯、整齊一致的小白菜幼苗移栽到水培箱（17 L）的定植板（共40個孔）上，并確保根系完全浸沒于營養(yǎng)液（霍格蘭營養(yǎng)液配方，鉬濃度為0.02 mg·L-1）中，然后將栽有小白菜的培養(yǎng)箱置于溫室中培養(yǎng).12天后，分別進行以下4個處理：以不加鎘的培養(yǎng)箱為對照（CK），0.1 mg·L-1鎘濃度的培養(yǎng)箱為Cd（0.1），0.1 mg·L-1鎘濃度的營養(yǎng)液中加入鉬（以鉬酸銨形式加入），使鉬最終濃度分別達到0.05 mg·L-1、0.1 mg·L-1，代號分別為Cd（0.1）Mo（0.05）、Cd（0.1）Mo（0.1）.培養(yǎng)期間，每天測定培養(yǎng)液的pH值，使其保持在6.5～7.4之間，每3天換一次培養(yǎng)液，處理22天后，取樣進行各項指標的測定.

1.3測定指標

每處理隨機取15株，測定株高，取平均值；每處理隨機取5株測定地上部和地下部鮮重和干重；每處理隨機取5株，利用電腦根系掃描儀（加拿大，科研型根系圖像分析系統(tǒng)，RHIOProSTD1600+）在活水條件下對根系進行掃描并測定活根總長度、根投影表面積、活根系總表面積、活根系平均直徑，取平均值；每個處理取5株完全展開的倒二葉于上午9：00-11：00利用便攜式光合分析系統(tǒng)（Li-6400，Li-Cor Inc，USA）測定凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr），測定過程中光量子通量密度（PFD）約為1 000 μmol·m-2·s-1，大氣溫度25±1℃，大氣CO2濃度變化范圍為（380±10）μmol·mol-1.每株測定重復3次，取平均值；葉綠素含量用比色法測定［15］；可溶性糖含量取地上部用蒽酮比色法測定［16］；全氮含量取地上部用H2SO4-H2O2-靛酚藍比色法測定［17］；全碳含量取地上部用K2Cr2O7容量法測定［17］；全鉀和全鈉含量取地上部用火焰光度計法測定［17］；鎘含量取地上部用原子熒光儀（AFS-820，北京吉天儀器）進行測定.

1.4數(shù)據(jù)處理方法

所得數(shù)據(jù)采用SPSS軟件包進行方差分析，用Duncan’s新復極差法進行平均數(shù)的顯著檢驗.

2 結(jié)果與分析

2.1 鉬對低鎘水平下小白菜植株生長的影響

表1 鉬對低鎘水平下小白菜植株生長的影響

由表1可看出，各處理之間株高差異均不顯著；Cd（0.1）的地上部鮮重與對照之間差異不顯著，隨含鎘培養(yǎng)液中鉬濃度的增加，地上部鮮重呈顯著降低趨勢；Cd（0.1）的地上部干重高于對照，但與對照差異不顯著，地上部干重呈降低趨勢，但Cd（0.1）Mo（0.05）與Cd（0.1）Mo（0.1）差異不顯著，且二者均顯著低于Cd（0.1）；Cd（0.1）的地下部鮮重和地下部干重與對照差異均不顯著，隨含鎘培養(yǎng)液中鉬濃度的增加，地下部鮮重和干重均呈下降趨勢，但Cd（0.1）與Cd（0.1）Mo（0.05）差異均不顯著，Cd（0.1）Mo（0.05）與Cd（0.1）Mo（0.1）差異均不顯著，而Cd（0.1）的地下部鮮重與Cd（0.1）Mo（0.1）差異顯著.

2.2 鉬對低鎘水平下小白菜根系生長的影響

表2 鉬對低鎘水平下小白菜根系生長的影響

由表2可看出，Cd（0.1）的根系總長度高于對照，但差異不顯著，隨含鎘培養(yǎng)液中鉬濃度的增加，根系總長度呈下降趨勢，但Cd（0.1）Mo（0.05）、Cd（0.1）Mo（0.1）與Cd（0.1）差異均不顯著；Cd（0.1）的根投影表面積和根系總表面積與對照差異均不顯著，隨含鎘培養(yǎng)液中鉬濃度的增加，根投影表面積和根系總表面積均呈下降趨勢，但Cd（0.1）Mo（0.05）與Cd（0.1）Mo（0.1）差異均不顯著，且二者均顯著低于Cd（0.1）；Cd（0.1）的根系平均直徑顯著低于對照，隨含鎘培養(yǎng)液中鉬濃度的增加，根系總長度平均直徑呈下降趨勢，但Cd（0.1）Mo（0.05）與Cd（0.1）Mo（0.1）、Cd（0.10差異均不顯著，Cd（0.1）Mo（0.1）與Cd（0.1）之間差異顯著.

2.3 鉬對低鎘水平下小白菜葉片葉綠素、類胡蘿卜素含量的影響

表3 鉬對低鎘水平下小白菜葉片葉綠素、類胡蘿卜素含量的影響

表3可看出，Cd（0.1）的葉綠素a、葉綠素a+b含量與對照差異不顯著，隨含鎘培養(yǎng)液中鉬濃度的增加，葉綠素a、葉綠素a+b含量下降，且Cd（0.1）與Cd（0.1）Mo（0.05）差異不顯著，而二者顯著高于Cd（0.1）Mo（0.1）；Cd（0.1）的葉綠素b含量與對照差異不顯著，隨含鎘培養(yǎng)液中鉬濃度增加后，葉綠素b含量顯著降低，但Cd（0.1）Mo（0.05）與Cd（0.1）Mo（0.1）差異不顯著；Cd（0.1）的類胡蘿卜素含量顯著低于對照，但與Cd（0.1）Mo（0.05）和Cd（0.1）Mo（0.1）差異不顯著，而Cd（0.1）Mo（0.05）與Cd（0.1）Mo（0.1）差異顯著；葉綠素a/ b以Cd（0.1）Mo（0.05）最高，顯著高于其余處理和對照，其余處理和對照之間差異均不顯著.

2.4 鉬對低鎘水平下小白菜凈光合速率、蒸騰速率的影響

表4 鉬對低鎘水平下小白菜凈光合速率、蒸騰速率的影響

由表4可看出，對照的凈光合速率顯著高于其余鎘處理，隨含鎘培養(yǎng)液中鉬濃度的增加，凈光合速率顯著下降，并且各處理之間差異均顯著；而Cd（0.1）的蒸騰速率顯著高于對照，隨含鎘培養(yǎng)液中鉬濃度的增加，蒸騰速率顯著下降.

2.5 鉬對低鎘水平下小白菜全鉀、全鈉和碳氮含量的影響

表5 鉬對低鎘水平下小白菜全鉀、全鈉和碳氮含量的影響

由表5可看出，可溶性糖含量以對照最高，但與Cd（0.1）差異不顯著，而在含鎘培養(yǎng)液中增加鉬濃度后，可溶性糖含量均顯著低于對照和Cd（0.1)；各處理與對照之間的全碳含量差異均不顯著；對照、Cd（0.1）和Cd（0.1）Mo（0.05）三者之間的全氮含量差異不顯著，但均顯著高于Cd（0.1）Mo（0.1）；全鉀和全鈉含量均以Cd（0.1）最低，且在含鎘培養(yǎng)液中增加鉬濃度后，它們的含量均高于對照和Cd（0.1），其中全鉀含量差異顯著，全鈉含量除Cd（0.1）Mo（0.1）顯著高于Cd（0.1）外，其余處理之間差異均不顯著.

2.6 鉬對低鎘水平下小白菜地上部鎘含量的影響

表6 鉬對低鎘水平下小白菜地上部鎘含量的影響

由表6可看出，隨含鎘培養(yǎng)液中鉬濃度的增加，小白菜地上部鎘含量呈顯著增加趨勢，說明在0.1 mg·L-1鎘濃度下，增加鉬濃度，可促進鎘在小白菜地上部的累積.

3 結(jié)論與討論

目前，土壤環(huán)境質(zhì)量標準規(guī)定，土壤中鎘污染積累起始值為0.2 mg·kg-1［18］.肖艷輝等人研究發(fā)現(xiàn)，1 mg· kg-1鎘濃度時，增加鉬濃度能明顯降低小白菜株高及對鎘的吸收累積［9］，但這是否說明在低于土壤環(huán)境質(zhì)量標準規(guī)定的鎘濃度（低于0.2 mg·kg-1）下也能明顯降低小白菜對鎘的吸收累積，降低食用風險呢？為了探討這個問題，本實驗將鎘濃度設定為0.1 mg·kg-1，研究了不同濃度鉬對小白菜生長、生理生化指標及鎘吸收累積的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與以往的研究結(jié)果［9］相反.說明鉬對不同鎘濃度下小白菜鎘的吸收累積有顯著影響.在0.1 mg·L-1鎘濃度培養(yǎng)液中隨鉬濃度的增加，小白菜株高變化不顯著，而其地上部鮮重和干重、地下部鮮重和干重均呈降低趨勢，這與肖艷輝等人在1 mg·L-1鎘濃度培養(yǎng)液中鉬對小白菜影響的研究結(jié)果相似［9］.研究還表明，在0.1 mg·L-1鎘濃度培養(yǎng)液中隨鉬濃度的增加，小白菜的活根系總長度、根投影表面積、活根系總表面積、活根系平均直徑、葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b及類胡蘿卜素含量、凈光合速率和蒸騰速率均呈降低趨勢，說明鉬濃度的增加既抑制了小白菜根系的生長，也抑制了葉綠素的合成及光合效率，從而造成光合產(chǎn)物累積的減少，這可能是小白菜生物量累積降低的主要原因.同等條件下，試驗數(shù)據(jù)還顯示葉綠素a/b均高于對照和未增加鉬濃度的鎘處理，說明葉綠素a含量降低的相對速率小于葉綠素b含量降低的相對速率.類胡蘿卜素在植物吸收光能、保護葉綠素和猝滅活性氧方面起著重要作用［19］.本實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高濃度鉬（0.1 mg·L-1）處理下，類胡蘿卜素含量顯著低于對照和未增加鉬濃度的鎘處理，這也說明了增加鉬濃度后，對小白菜的光合系統(tǒng)產(chǎn)生了明顯的抑制作用.而可溶性糖含量呈下降趨勢，這可能與葉綠素合成受到抑制和光合效率降低，光合產(chǎn)物減少有關；而全氮含量則大致呈下降趨勢，并且當鉬濃度增加為0.1 mg·L-1，全氮含量顯著低于其余處理，這與缺鉬使植物氮的含量顯著增加，施鉬植物體內(nèi)氮下降［20］的觀點一致.同時，全鉀和全鈉含量有所增加，這可能與鉬與鉀、鉬與鈉有一定的正相關效應［21］有關.而小白菜地上部鎘含量也顯著增加，這與馮海艷［22］等人的研究認為水稻籽實中Cd的含量與土壤中Cd和全Mo的含量呈顯著的正相關關系一致.一些研究表明，氮、磷、鉀等大量元素的施用可以降低土壤中重金屬的有效性，減少植物對它們的吸收［23］，但有時大量元素的施用可能加劇重金屬的脅迫作用，如隨添加磷濃度的增加，糙米中鎘含量增加［24］.磷（P）-鋅（Zn）之間既存在協(xié)同關系，又存在拮抗作用，其關鍵取決于P/Zn比值［25］，可能Mo-Cd之間也存在著協(xié)同關系，或是拮抗作用，這也取決于Mo/Cd比值，即本實驗中Mo/Cd比值在1/5～1之間表現(xiàn)為協(xié)同關系，而在以往實驗［9］中，Mo/Cd比值在1/50～1/10之間則表現(xiàn)為拮抗作用.

一直以來，人們認為在土壤環(huán)境質(zhì)量標準規(guī)定范圍內(nèi)的鎘污染（低于0.2 mg·kg-1）土壤上種植蔬菜，蔬菜體內(nèi)鎘含量不會超出標準，但從本實驗結(jié)果看來，如增加鉬肥的施用，會增加植物體內(nèi)鎘的累積，增加食用風險，尤其是對水培蔬菜而言（因在溶液中鎘處于活躍狀態(tài)，更容易被吸收）；對濃度低于0.2 mg·kg-1鎘污染的土壤來說，可通過種植小白菜來修復鎘污染土壤，增加鉬肥的施用，會促進小白菜對鎘的吸收累積，從而提高小白菜對鎘污染土壤的修復效率，而對高于土壤環(huán)境質(zhì)量標準規(guī)定的鎘污染（1 mg·kg-1）土壤，如增加鉬肥的施用，則會降低小白菜對鎘的吸收累積［9］.因此，在利用植物進行鎘污染農(nóng)田土壤修復時，如土壤中鎘濃度在1 mg·kg-1左右時，則要少施用鉬肥，以確保植物對土壤中鎘的有效吸收累積，然后通過收割植物的方式將鎘從土壤中移走；如土壤鎘濃度低于0.2 mg·kg-1，欲利用植物除去土壤中的鎘，可通過增施鉬肥來促進植物對鎘的吸收累積.此外，在土壤鎘濃度低于0.2 mg·kg-1的土壤上種植蔬菜時，要少施用鉬肥，以免蔬菜體內(nèi)累積過多的鎘，增加食用風險.

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Effect of Molybdenum on Growth and Cadmium Content in Chinese White Cabbage under Low Cadmium Concentration Medium

ZHANG Zhen-ming,XIAO Yan-hui*,HE Jin-ming,PAN Chun-xiang
（College of Agricultural Science and Engineering,Shaoguan College, Shaoguan 512005,Guangdong,China）

The objective of this study was to ascertain the status that cadmium was absorbed by Chinese white cabbage in low concentration cadmium and molybdenum supplement medium.The effects of molybdenum ion c oncentration（0.05，0.1 mg·L-1）on the growth,cadmium content and physiological indexes under cadmium treatment（0.1 mg·L-1）were studied on the basis of Hoagland nutrition.The results showed no significant difference in plant height by increasing molybdenum concentrations,while fresh weight(F.W)and dry weight(D.W) aboveground and underground,total root length,total project area,total root surfer area,total average diameter, chlorophyll a,chlorophyll b,chlorophyll a+b and carotenoid contents,net photosynthetic rate and transpiration rate had the trend of decreasing,and cadmium content aboveground of Chinese white cabbage had a trend of increasing.With molybdenum concentrations increasing under cadmium treatment,solubility sugar and total nitrogen contents had the trend of reducing,while total kalium and total sodium contents had the trend of increasing.So the increased molybdenum concentrations could induce plant to increase the absorption of cadmium in low concentration cadmium（0.1 mg·L-1）,and enhance the consumption risk.

low cadmium level;molybdenum;Chinese white cabbage;growth;cadmium content

Q945.78

：A

：1007-5348（2015）04-0036-05

（責任編輯：邵曉軍）

2014-12-18

廣東省科技計劃項目（2011B030900015）；韶關市科技計劃項目（韶科2012-01）.

張振明（1964-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，韶關學院英東農(nóng)業(yè)科學與工程學院實驗師；研究方向：芳香植物栽培生理與利用.*通訊作者.