外源鑭對不同品種黃瓜鎘積累及鎘化學(xué)形態(tài)的影響

陳蓉，劉俊，徐衛(wèi)紅，*，謝文文，熊仕娟，張進忠，熊治庭，焦文濤

（1.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶400715；2.武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430079；3.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京100085）

外源鑭對不同品種黃瓜鎘積累及鎘化學(xué)形態(tài)的影響

陳蓉1，劉俊1，徐衛(wèi)紅1，*，謝文文1，熊仕娟1，張進忠1，熊治庭2，焦文濤3

（1.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶400715；2.武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430079；3.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京100085）

采用盆栽實驗研究了土壤重金屬Cd（20mg/kg）污染下，外源鑭（0、10、20mg/L LaCl3）對‘燕白’和‘津優(yōu)1號’2個品種黃瓜（Cucumis satiuus L.）生長、丙二醛含量、抗氧化酶活性及果實中的總Cd含量和形態(tài)的影響。結(jié)果表明：La提高了2個品種葉和根的抗氧化酶（過氧化氫酶、超氧化物歧化酶和過氧化物酶）的活性，增加了2個品種的葉、莖、根、果實干質(zhì)量及植株總干質(zhì)量。La對‘津優(yōu)1號’植株干物質(zhì)量的影響大于‘燕白'。外源La使黃瓜葉和根抗氧化酶活性升高可能是植株對Cd的抗性增強、干質(zhì)量增加的生理機制之一。La減少了2個品種果實中總Cd含量和不同形態(tài)Cd含量，但隨著La質(zhì)量濃度的增加，2個品種果實總Cd含量和殘渣態(tài)Cd（FR）含量表現(xiàn)為先降后升的趨勢。外源La使黃瓜葉、莖、根和果實中的Cd含量分別降低了6.0%～10.2%、8.9%～23.5%、4.0%～29.2%和32.0%～49.8%。噴La后，單株果實的Cd含量和Cd積累量、植株Cd全量均以‘津優(yōu)1號’＞‘燕白’。

La與Cd交互；抗氧化酶；丙二醛；Cd累積；Cd形態(tài)；黃瓜品種

重金屬鎘（Cd）是土壤中重要的污染物之一［1-2］。我國每年由工業(yè)廢棄物排放到環(huán)境中的Cd總量可達680t［3-4］。約24.1%的菜園土壤Cd含量超過國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準［5］。長江流域處于我國Cd礦資源富集區(qū)域，土壤和農(nóng)產(chǎn)品Cd含量超標問題已有大量報道［2-3，5-6］。Cd是一種積累性的劇毒重金屬元素，Cd不僅對蔬菜的生長發(fā)育造成一系列的傷害，如引起空心菜（Ipomoea aquatica Forsk.）、油麥菜（Lactuca sativa L.）和生菜（Lactuca sativa L.var.capitata L.）等根長、根表面積、根體積、根直徑和根尖數(shù)等形態(tài)指標顯著降低［7］；使辣椒（Capsicum annuum L.）葉綠素a、b含量以及葉綠素總量減少，增加膜的過氧化［8-9］。而且Cd極易在蔬菜中富集，通過食物鏈放大進入人體威脅人類健康［10-11］。人體中90%的Cd是通過食物攝取的。我國目前高發(fā)的高血壓、慢性阻塞性肺病、糖尿病、貧血、骨質(zhì)疏松、腫瘤等，都可能與食物中Cd超標有關(guān)。近年來，利用競爭性陽離子與Cd2+的拮抗效應(yīng)來抑制Cd吸收或轉(zhuǎn)移進入到作物可食部位中的農(nóng)藝調(diào)控方法，已逐漸成為農(nóng)田Cd污染治理研究的熱點［2，12-13］。鑭（La）是稀土金屬中最活潑的金屬之一。利用其來提高植物對重金屬等不良環(huán)境的抗性已有不少報道［14-15］。如周青等［14］報道葉面噴施10mg/L的La可減輕Cd對菜豆（Phaseolus coccineus L.）幼苗的傷害程度。張杰等［15］報道，La對Cd脅迫下水稻（Oryza sativa L.）幼苗生長有一定的防護效應(yīng)。但研究者們就La提高植物對重金屬的抗性作用目前并未達成共識。龐欣等［16］報道0.05mg/L的La（NO3）3對小麥（Triticum aestivum L.）根和地上部分鉛的累積無顯著影響。Xiong Shuanglian等［17］報道僅在La離子的質(zhì)量濃度大于1mg/L時，可以降低雪菜（Brassicajuncea vat. crispifolia）地上部分的Cd累積量?？梢?，La與Cd交互作用與La與Cd的質(zhì)量濃度、植物及部位、營養(yǎng)狀況及外界環(huán)境條件等諸多因素有關(guān)［17］。

黃瓜（Cucumis satiuus L.）富含蛋白質(zhì)、糖類、各種維生素、胡蘿卜素、尼克酸、鈣、磷、鐵等營養(yǎng)成分，營養(yǎng)價值豐富，是人們餐桌上不可缺少的主要瓜菜，在蔬菜生產(chǎn)中占有重要地位，我國南北露地和大棚一年四季均有大面積種植?，F(xiàn)已報道蔬菜吸收積累Cd的能力不僅在種間有很大的差異，而且在品種間也表現(xiàn)出顯著性差異［2，18-21］。目前，Cd對黃瓜的影響研究主要集中在生理特性方面［22-23］，對黃瓜Cd耐性和Cd吸收富集可能存在的基因型差異研究較少。利用外源La來抑制黃瓜Cd吸收或轉(zhuǎn)移的研究更未見報道。為了進一步探討La、Cd的相互關(guān)系以及La對不同品種黃瓜Cd吸收和Cd向可食部位（果實）轉(zhuǎn)移的影響，本研究選取了重慶地區(qū)‘燕白’和‘津優(yōu)1號’等2個主要黃瓜栽培品種，采用盆栽試驗?zāi)MCd污染的土壤條件，探討外源La對Cd污染土壤上黃瓜吸收、積累Cd及黃瓜生理特性的影響，為蔬菜Cd污染合理防治提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1供試材料

供試黃瓜品種為‘燕白’和‘津優(yōu)1號’，由重慶農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉所提供。供試土壤采自重慶市九龍坡區(qū)白市驛蔬菜基地，為紫色母巖發(fā)育的灰棕紫泥。土壤有機質(zhì)含量為36.54g/kg，土壤全N含量為2.618g/kg，土壤堿解N含量為104.0mg/kg，土壤中性醋酸銨提取態(tài)鉀含量為101.3mg/kg，土壤Olsen-P含量為13.1mg/kg，土壤Cd含量＜0.005mg/kg，土壤La含量＜0.002mg/kg，土壤陽離子交換量（cation exchange capacity，CEC）為0.192mol/kg，土壤pH值為6.03。

1.2儀器與設(shè)備

Perkin Elmer SIMMA6000原子吸收分光光度計美國Norwalk公司；Optima2100DV電感耦合高頻等離子體原子發(fā)射光譜儀美國Perkin Elmer公司。

1.3盆栽實驗

實驗于2013年2月27日—6月26日在西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院玻璃溫室內(nèi)進行。共設(shè)3個La質(zhì)量濃度，即0、10、20mg/L LaCl3。模擬土壤Cd污染的含量為20mg/kg。所用Cd為CdCl2·2.5H2O。將5kg經(jīng)過Cd處理的過40目篩的風(fēng)干土裝入塑料盆內(nèi)（直徑30cm，高18cm），平衡2～3周后，進行黃瓜幼苗移栽，每缽1株。在黃瓜開花期進行葉面噴施La的溶液，以噴去離子水為對照處理。每隔5d噴施1次，每次噴100mL/盆，共噴5次。培養(yǎng)期間用去離子水澆水，每次澆水前先用質(zhì)量法測定土壤的含水率，然后計算所需的補水量計算所需的補水量，使土壤水分含量達到田間最大持水量的60%?；手蠵（NH4H2PO4）、K（KCl）的用量分別為100、150mg/kg，N（NH4H2PO4和尿素）為180mg/kg。從黃瓜第一次結(jié)果開始記產(chǎn)，2013年6月26日將新鮮成熟期的黃瓜全部收獲。將收獲的植株去掉明顯腐爛和枯萎的外葉及枯根，果實去掉花梗和蒂，用自來水清洗，去除附在其表面的泥土后用去離子水清洗2～3次，用濾紙擦干備用。選取植株心葉下第3～4片展開葉及根鮮樣測定酶活力和丙二醛（malonaldehyde，MDA）含量，將剩余的植株樣在105℃條件下殺青15min后，65℃條件下烘干至恒質(zhì)量。實驗設(shè)置3次重復(fù)，隨機排列。

1.4測定方法

土壤基本理化性質(zhì)采用常規(guī)方法測定［24］。即土壤pH值采用無CO2純水提取，以土液比為1∶5（V/V）測定；土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法；土壤全氮采用半微量開氏蒸餾法；土壤堿解氮擴散法；土壤中性醋酸銨提取態(tài)鉀采用NH4Ac-火焰光度法；土壤Olsen-P采用Olsen法；土樣采用HCl-HNO3-HClO4法消解［24］，用原子吸收分光光度計測定土壤Cd含量。黃瓜葉過氧化氫酶（catalase，CAT）活力采用高錳酸鉀滴定法測定［25］；過氧化物酶（peroxidase，POD）活力采用愈創(chuàng)木酚法測定［26］；超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活力采用氮藍四唑（nitroblue tetrazolium，NBT）還原法測定［26］。MDA采用與硫代巴比妥酸提取，雙組分分光光度法測定［26］。將烘干植株樣品在研缽中研碎，經(jīng)HNO3-HClO4法消煮，用原子吸收分光光度計測定不同部位Cd含量，Cd的檢測限為0.005mg/kg。用電感耦合高頻等離子體原子發(fā)射光譜儀測定La含量。La的檢測限為0.002mg/kg。

黃瓜果實中各Cd形態(tài)分級采用連續(xù)浸取法浸取Cd［27］，用原子吸收分光光度計測定不同形態(tài)Cd的含量，Cd的檢測限為0.005mg/kg。提取劑及提取順序為80%乙醇（FE，提取硝酸鹽、氯化物為主的無機鹽以及氨基酸鹽）、去離子水（FW，提取水溶性有機酸鹽、重金屬一代磷酸鹽）、1mol/L NaCl溶液（FNaCl，提取果膠鹽，與蛋白質(zhì)結(jié)合態(tài)或呈吸著態(tài)的重金屬）、2%醋酸（FHAc，難溶性重金屬磷酸鹽，包括二代磷酸鹽）、0.6mol/L鹽酸（FHCl，提取草酸鹽）［28］。

1.5統(tǒng)計分析

本研究所列表和圖中的數(shù)據(jù)為3次重復(fù)實驗的平均值，并利用SPSS18.0進行方差分析和最小顯著差法（least-significant difference，LSD）進行多重比較。

2　結(jié)果與分析

2.1La質(zhì)量濃度對黃瓜干質(zhì)量的影響

由表1可知，在重金屬Cd污染（20mg/kg）下，與對照相比，除20mg/L LaCl3處理時‘燕白’的莖干質(zhì)量外，外源La增加了2個品種的葉、莖、根、果實干質(zhì)量及植株總干質(zhì)量，增幅分別為3.8%～22.8%、9.3%～39.2%、26.7%～48.5%、5.5%～36.4%和7.2%～23.5%。黃瓜葉干質(zhì)量隨La質(zhì)量濃度增加表現(xiàn)為先增后降趨勢，在10mg/L LaCl3時達到最大值。黃瓜莖、根、果實干質(zhì)量及植株總干質(zhì)量隨La質(zhì)量濃度增加呈現(xiàn)上升趨勢。比較2個品種，未噴La時，植株總干質(zhì)量以‘燕白’＞‘津優(yōu)1號’，但噴La后，植株總干質(zhì)量以‘津優(yōu)1號’＞‘燕白’。

2.2葉和根的丙二醛含量

圖1　不同La質(zhì)量濃度對黃瓜葉（A）和根（B）MDA含量的影響Fig.1Effects of La levels on MDA concentration in leaves（A）and roots（B）of cucumber

由圖1可知，在Cd污染條件下，隨La質(zhì)量濃度的增加，2個品種葉和根的MDA含量呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。隨La質(zhì)量濃度的增加，‘燕白’的葉和根MDA含量略有增加，但差異不顯著?！騼?yōu)1號’的葉MDA含量隨La質(zhì)量濃度增加呈先降后升趨勢，在10mg/L LaCl3時達到最低值；而根的MDA含量則表現(xiàn)為先升后降趨勢，在10mg/L LaCl3時達到最大值。除10mg/L LaCl3處理的‘津優(yōu)1號’的葉MDA含量外，無論是否有La的存在，2個品種葉和根的MDA含量均以‘津優(yōu)1號’＞‘燕白’。

表1　不同La質(zhì)量濃度對黃瓜干質(zhì)量的影響Table1Influences of different La levels on dry weight of cucumber

2.3葉和根的抗氧化酶活性

在Cd污染條件下，隨外源La質(zhì)量濃度的增加，2個品種的葉和根抗氧化酶（CAT、SOD和POD）活性也呈現(xiàn)出不同的變化趨勢（圖2～4）。‘燕白’的葉CAT活性、‘津優(yōu)1號’的根SOD活性隨外源La質(zhì)量濃度的增加表現(xiàn)出上升趨勢；‘燕白’的根CAT活性和POD活性、‘燕白’的葉和根SOD活性、‘津優(yōu)1號’的葉和根CAT活性、‘津優(yōu)1號’的葉SOD活性及‘津優(yōu)1號’的葉POD活性隨外源La質(zhì)量濃度的增加呈先降低后升高趨勢，在10mg/L LaCl3時達到最低值。隨外源La質(zhì)量濃度的增加，‘燕白’的葉POD活性和‘津優(yōu)1號’的根SOD活性則表現(xiàn)出先升高后降低趨勢，在10mg/L LaCl3時達到最大值。總的來說，‘津優(yōu)1號’抗氧化酶（CAT、SOD和POD）活性略高于‘燕白’（除根SOD活性外）。

圖2不同La質(zhì)量濃度對黃瓜葉（A）和根（B）CAT活性的影響Fig.2Effects of La levels on CAT activity in leaves（A）and roots（B）of cucumber

圖3不同La質(zhì)量濃度對黃瓜葉（A）和根（B）SOD活性的影響Fig.3Effects of La levels on SOD activity in leaves（A）and roots（B）of cucumber

圖4不同La質(zhì)量濃度對黃瓜葉（A）和根（B）POD活性的影響Fig.4Effects of La levels on POD activity in leaves（A）and roots（B）of cucumber

2.4果實Cd形態(tài)

由表2可知，果實中不同形態(tài)Cd含量的大小順序為殘渣態(tài)Cd（FR）＞NaCl提取態(tài)Cd（FNaCl）＞醋酸鹽提取態(tài)（FHAc）＞鹽酸鹽提取態(tài)（FHCl）＞乙醇提取態(tài)（FE）＞去離子水提取態(tài)（FW）。其中，F(xiàn)R平均含量為0.693mg/kg，占Cd提取總量的44.8%；FNaCl平均含量為0.372mg/kg，占Cd提取總量的24.1%。二者均為活性偏低形態(tài)Cd，其平均含量之和為1.065mg/kg，占Cd提取總量的68.9%（表2）?；钚暂^高的FW和FE平均含量分別為0.026mg/kg和0.033mg/kg，占Cd提取總量的1.7%和2.1%，二者平均含量之和為0.059mg/kg，占Cd提取總量的3.8%。除‘燕白’的FHAc及‘津優(yōu)1號’的FHCl外，噴施LaCl3減少了2個品種果實中不同形態(tài)Cd含量和Cd提取總量。隨La質(zhì)量濃度的增加，2個品種果實的FE、FNaCl以及‘燕白’的FW、FHCl含量逐漸降低，分別較對照減少了48.0%～98.0%、15.9%～34.7%、32%～58.7%及9.8%～32.6%；同時La也降低了2個品種果實Cd總提取量和FR含量，降幅分別為8.6%～22.0%和1.3%～41.5%，但隨La質(zhì)量濃度增加表現(xiàn)為先降低后增高趨勢，在10mg/L LaCl3處理時達到最低值。未噴La時，果實的Cd提取總量以‘燕白’＞‘津優(yōu)1號’；噴La后，果實的Cd提取總量以‘燕白’＜‘津優(yōu)1號’。

2.5黃瓜Cd積累量

由表3可知，黃瓜各部位Cd含量的大小順序為根＞葉＞莖＞果實。外源La使黃瓜葉、莖、根和果實中的Cd含量不同程度降低，降低幅度分別為6.0%～10.2%、8.9%～23.5%、4.0%～29.2%和32.0%～49.8%。隨La質(zhì)量濃度的增加，2個品種的葉、莖Cd含量和‘燕白’的果實Cd含量逐漸降低，但2個品種的根Cd含量和‘津優(yōu)1號’的果實Cd含量則表現(xiàn)為先降低后增高趨勢，在10mg/L LaCl3處理時達到最低值。

表2La質(zhì)量濃度對黃瓜果實中不同化學(xué)形態(tài)Cd含量的影響Table2Influences of La levels on different chemical forms of Cd in cucumber

表3不同La質(zhì)量濃度對黃瓜Cd含量和Cd積累量的影響Table3Influences of different La levels on Cd concentration and accumulation in cucumberTable3Influences of different La levels on Cd concentration and accumulation in cucumber

黃瓜單株各部位Cd積累量的大小順序為葉＞莖＞根＞果實，其中葉、莖積累量分別為植株Cd總積累量的59.1%和23.4%，根和果實的Cd積累量分別為植株Cd總積累量的10.6%和6.8%。外源La（10、20mg/L LaCl3）降低了‘燕白’的植株Cd全量和2個品種的果實Cd積累量。但噴La提高了‘津優(yōu)1號’的植株Cd全量及‘津優(yōu)1號’的葉和莖Cd積累量。同時，高質(zhì)量濃度的La（20mg/L LaCl3）也提高了2個品種的根和果實Cd積累量、‘津優(yōu)1號’的莖Cd積累量。隨La質(zhì)量濃度的增加，黃瓜單株各部位Cd積累量表現(xiàn)出不同的變化趨勢。如隨La處理質(zhì)量濃度的增加，2個品種的葉Cd積累量表現(xiàn)為先增加后降低趨勢，在10mg/L LaCl3處理時達到最大值；‘燕白’的莖Cd含量和植株Cd全量表現(xiàn)為降低趨勢；‘津優(yōu)1號’的莖Cd含量和植株Cd全量表現(xiàn)為上升趨勢；2個品種的根和果實Cd積累量表現(xiàn)先降后增趨勢，在10mg/L LaCl3處理時達到最低值。比較供試2個黃瓜品種，未噴La時，單株果實的Cd含量和Cd積累量以‘燕白’＞‘津優(yōu)1號’，但噴La后，單株果實的Cd含量和Cd積累量以‘津優(yōu)1號’＞‘燕白’。但無論是否噴施La，植株Cd全量均以‘津優(yōu)1號’＞‘燕白’。

3　討論

在Cd污染（20mg/kg Cd）的土壤上，外源La明顯增加了2個品種黃瓜的葉、莖、根、果實干質(zhì)量及植株總干質(zhì)量（除20mg/L LaCl3處理時的‘燕白’莖干質(zhì)量外）。該結(jié)果與周青［14］、張杰［15］等報道的結(jié)果類似。原因可能是La能夠調(diào)節(jié)植物葉片對光能和CO2的利用效率、對葉綠體Hill反應(yīng)活力、Mg2+-ATPase和Ca2+-ATPase活性有明顯的促進作用［29］。也可能是La與Cd的拮抗效應(yīng)緩解了Cd對光合作用的抑制、促進了黃瓜生長。但本實驗也發(fā)現(xiàn)，高La（20mg/L LaCl3）處理時‘燕白’的莖干質(zhì)量低于對照，同時，2個品種葉干質(zhì)量隨La質(zhì)量濃度增加表現(xiàn)為先增后降趨勢。原因可能是高質(zhì)量濃度La（20mg/L LaCl3）對葉綠體Hill反應(yīng)活力、Mg2+-ATPase和Ca2+-ATPase活性表現(xiàn)出顯著的抑制作用［29］。也可能是高量La與Cd的協(xié)同效應(yīng)一定程度加重了Cd對黃瓜的毒害效應(yīng)?？梢姡F鎘的交互作用與La質(zhì)量濃度、植物的部位密切相關(guān)。

重金屬Cd脅迫可以影響植物體內(nèi)活性氧代謝系統(tǒng)的平衡，產(chǎn)生大量的氧自由基［2］?？寡趸福–AT、SOD和POD）能夠清除氧自由基，降低細胞遭受由重金屬Cd引起的氧化脅迫傷害［8］。在Cd污染條件下，外源La總的來說使2個品種葉和根的抗氧化酶（CAT、SOD和POD）活性呈升高趨勢（圖2～4）。該結(jié)果與早前的報道［15］類似。表明La可以增加植物的葉和根抗氧化酶活性，有利于清除體內(nèi)的H2O2，使細胞免受重金屬Cd的傷害。外源La使黃瓜的葉和根抗氧化酶活性升高，抗性增強可能是Cd污染土壤上外源La提高了黃瓜的葉、莖、根、果實干質(zhì)量及植株總干質(zhì)量的生理機制之一。但實驗也發(fā)現(xiàn)，‘燕白’的葉POD活性和‘津優(yōu)1號’的根SOD活性則表現(xiàn)出先升后降趨勢。其原因有待進一步研究。

MDA是植物細胞膜脂過氧化作用的產(chǎn)物之一，其含量反映了植物遭受逆境傷害的程度，它的產(chǎn)生加劇了膜的損傷［30］。在Cd污染條件下，隨La質(zhì)量濃度的增加，‘燕白’葉和根的MDA含量幾乎保持了不變。說明對‘燕白’品種而言，外源La對Cd引起的細胞膜脂過氧化并無顯著影響。‘津優(yōu)1號’的葉MDA含量隨La質(zhì)量濃度增加呈先降后升趨勢，在10mg/L LaCl3時達到最低值?？梢?，低La（10mg/L LaCl3）可以降低‘津優(yōu)1號’葉內(nèi)MDA產(chǎn)生，緩解Cd對膜的損傷，但高La（20mg/L LaCl3）可能會與Cd發(fā)生協(xié)同作用，使得質(zhì)膜透性更大，細胞膜結(jié)構(gòu)破壞更嚴重［15］。該結(jié)果與張杰等［15］報道類似。而‘津優(yōu)1號’的根MDA含量隨La的質(zhì)量濃度增加呈先升后降趨勢。說明高La（20mg/L LaCl3）有利于降低‘津優(yōu)1號’根的MDA含量，降低Cd引起的根細胞膜脂過氧化。噴La后，雖然2個品種葉和根的MDA含量以‘津優(yōu)1號’＞‘燕白’，但津優(yōu)1號’的葉和根抗氧化酶（CAT、SOD和POD）活性也高于‘燕白'，說明‘津優(yōu)1號'產(chǎn)生了足夠的抗氧化酶，及時清除了多余的自由基引起的細胞膜損傷。這可能是‘津優(yōu)1號’的植株總干質(zhì)量高于‘燕白’的重要原因之一。

在本實驗中發(fā)現(xiàn)，黃瓜果實中的Cd主要以殘渣態(tài)和氯化鈉提取態(tài)Cd存在，二者均為活性偏低形態(tài)Cd，其平均含量之和為1.065mg/kg，占Cd提取總量的68.9%（表2）。與陳貴青［8］、王友保［31］等報道相似。而活性較高的去離子水提取態(tài)Cd和乙醇提取態(tài)Cd平均含量之和為0.059mg/kg，僅占Cd提取總量的3.8%，從而極大地限制了Cd的毒害效應(yīng)［2］。外源La減少了2個品種果實中不同形態(tài)Cd含量和Cd總提取量。原因可能是La主要與蛋白質(zhì)、核酸、磷脂等生物活性物質(zhì)形成配合物，與重金屬Cd競爭結(jié)合位點所致［32］。也可能是La與Cd的拮抗效應(yīng)所致。但高量La（20mg/L）反而較低量La（10mg/L）增加了2個品種果實Cd總提取量和FR含量，La與Cd表現(xiàn)出一定的協(xié)同效應(yīng)。噴La后，果實的Cd提取總量以‘津優(yōu)1號’＞‘燕白’。原因可能是La明顯提高了‘津優(yōu)1號'的抗氧化酶活性，增強了該品種對Cd的抗性，提高了植株干質(zhì)量，同時對Cd的吸收和轉(zhuǎn)運量也相應(yīng)增加了。世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）對鎘的安全標準是基于對腎臟的毒性建立的，上限是每周每千克體質(zhì)量7?g。這相當于一個60kg的人，每天不超過60?g。這個安全標準包括蔬菜、大米和水等所有的鎘來源。對于蔬菜，我國的安全標準是0.05mg/kg。本實驗中，黃瓜果實鮮樣中Cd總提取量平均為1.55mg/kg（表2），高于國家對蔬菜和水果的Cd限量標準（≤0.05mg/kg 鮮樣），說明在Cd污染較重的地區(qū)，種植黃瓜可能存在果實Cd超標的風(fēng)險。

供試2個黃瓜品種Cd含量的大小順序為根＞葉＞莖＞果實。Cd主要累積于黃瓜的葉和莖中（表3）。說明黃瓜根系對Cd具有較強的向地上部轉(zhuǎn)移（或轉(zhuǎn)運）的能力。此結(jié)果與彭偉正等［33］報道黃瓜Cd主要集中在根部不同。原因可能是葉的干質(zhì)量遠遠大于根干質(zhì)量所致。噴La后，單株果實的Cd含量和Cd積累量、植株Cd全量均以‘津優(yōu)1號’＞‘燕白’。進一步說明由于La明顯提高了‘津優(yōu)1號’對Cd的抗性，增加了植株干質(zhì)量，因此，該品種從土壤中吸收和富集了更多的Cd，同時，Cd從根部轉(zhuǎn)運至果實的數(shù)量也明顯增加。外源La降低了黃瓜葉、莖、根和果實中的Cd含量。La與Cd表現(xiàn)為明顯的拮抗效應(yīng)。該結(jié)果與沙莎［34］報道類似。但2個品種的根Cd含量和‘津優(yōu)1號’的果實Cd含量隨La的質(zhì)量濃度增加則表現(xiàn)為先降后增趨勢。La與Cd又表現(xiàn)出明顯的協(xié)同效應(yīng)。究其原因可能與La質(zhì)量濃度、植物品種及部位有關(guān)。

4　結(jié)論

在重金屬Cd污染（10mg/kg Cd）下，外源La增加了2個品種的葉、莖、根、果實干質(zhì)量及植株總干質(zhì)量，緩解了Cd對黃瓜生長的抑制。但2個品種的葉干質(zhì)量隨La的質(zhì)量濃度增加表現(xiàn)為先增后降趨勢。La對‘津優(yōu)1號’植株干質(zhì)量的影響相對更大。

La對‘燕白’的葉和根MDA含量的影響不顯著。隨La質(zhì)量濃度的增加，‘津優(yōu)1號’的葉MDA含量呈先降后升的趨勢，而根MDA含量則表現(xiàn)為先升后降的趨勢。外源La提高了2個品種葉和根的抗氧化酶（CAT、SOD和POD）活性，有利于清除體內(nèi)的H2O2，緩解Cd對細胞膜的傷害。外源La使黃瓜葉和根抗氧化酶活性升高可能是植株對Cd抗性增強、干質(zhì)量增加的生理機制之一。

在黃瓜果實中的Cd主要以活性偏低的殘渣態(tài)和氯化鈉提取態(tài)Cd存在。外源La減少了2個品種果實中不同形態(tài)Cd含量和果實Cd總提取量。外源La降低了黃瓜葉、莖、根和果實中的Cd含量。

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Effect of Exogenous Lanthanum on Accumulation and Chemical Forms of Cadmium in Different Varieties of Cucumber（Cucumis satiuus L.）

CHEN Rong1，LIU Jun1，XU Weihong1，*，XIE Wenwen1，XIONG Shijuan1，ZHANG Jinzhong1，XIONG Zhiting2，JIAO Wentao3
（1.College of Resources and Environmental Sciences，Southwest University，Chongqing400715，China；2.College of Resources and Environmental Sciences，Wuhan University，Wuhan430079，China；3.State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology，
Research Center for Eco-Environmental Sciences，Chinese Academy of Sciences，Beijing100085，China）

Cadmium（Cd）is one of the most important pollutants in soil，and it has attracted wide attention from scientists because of its harm to soil ecosystem.Pot experiments were carried out to investigate the effects of different lanthanum（La）levels（0，10and20mg/L LaCl3）on dry weights of plants，malonaldehyde（MDA）content，antioxidant enzymes activities，Cd accumulation and chemical forms in two cucumber varieties（‘Yanbai’and‘Jinyou 1’）when exposed to Cd (20 mg/kg).The results showed that activities of catalase（CAT），superoxide dismutase（SOD）and peroxidase（POD）in leaves and roots，and dry weights of leaves，stems，roots，fruits and whole plants of two varieties increased in the presence of exogenous LaCl3when exposed to Cd. Effect of La on dry weights of whole plants was found to be higher in ‘Jinyou 1’than that in’Yanbai’.Exogenous lanthanum，which can increase antioxidant enzyme activities of leaves and roots in two cucumber varieties，may play an important role in increasing resistance of plants to Cd and dry weights of whole plants.All chemical forms of Cd and the total extractable Cd in fruits of the two varieties obviously decreased in LaCl3treatments compared to the control，while the total extractable Cd and residual Cd（FR）of two varieties deceased at first，and then increased with an increase in LaCl3level.Cadmium contents in leaves，stems，roots and fruits of both varieties decreased by6.0%-10.2%，8.9%-23.5%，4.0%-29.2%and32.0%-49.8%in the presence of LaCl3. Cadmium contents and accumulation of fruits from individual plants, and total Cd contents in whole plants followed the decreasing order of ‘Jinyou 1’> ‘Yanbai’ in the presence of LaCl3.

antagonism of lanthanum and cadmium；antioxidant enzymes；malonaldehyde；Cd accumulation；Cd fractions；cucumber varieties

X171.5

A

1002-6630（2015）05-0038-07

10.7506/spkx1002-6630-201505008

2014-03-20

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（大宗蔬菜）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（nycytx-25）；國家自然科學(xué)基金面上項目（20477032）；“十一五”國家科技支撐計劃項目（2007BAD87B10）

陳蓉（1990—），女，碩士研究生，研究方向為土壤重金屬污染植物修復(fù)技術(shù)。E-mail：swuchenrong@163.com

徐衛(wèi)紅（1969—），女，教授，博士，研究方向為植物營養(yǎng)與環(huán)境生態(tài)。E-mail：xuwei_hong@163.com