大豆鎘累積及吸收轉(zhuǎn)運特性研究

李沛然，龔穎婷，黃麗穎，賴葉林，楊存義，2，年 海，2，牟英輝，2

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.國家大豆改良中心廣東分中心，廣東 廣州 510642）

大豆鎘累積及吸收轉(zhuǎn)運特性研究

李沛然1，龔穎婷1，黃麗穎1，賴葉林1，楊存義1，2，年 海1，2，牟英輝1，2

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.國家大豆改良中心廣東分中心，廣東 廣州 510642）

重金屬污染已嚴重威脅人們的食品質(zhì)量與安全，亟需對農(nóng)作物的鎘積累及吸收轉(zhuǎn)運特征進行研究。在4種外源鎘（CdCl2）添加量（0、1、2、3 mg/kg）條件下，探究3個品種大豆的農(nóng)藝性狀、鎘積累量以及轉(zhuǎn)運特征，對3種基因型大豆（HC6、HHN、HX3）在鎘脅迫下的重金屬抗性進行評價，為實際生產(chǎn)和理論研究提供依據(jù)。結(jié)果表明，當(dāng)外源土壤鎘含量為0～1.84 mg/kg時，鎘對不同基因型大豆的農(nóng)藝性狀無顯著影響，3種不同基因型大豆的耐鎘性表現(xiàn)為HNH＞HC6＞HX3，大豆根、莖、葉、莢的鎘含量隨土壤鎘含量增加而升高；在相同土壤鎘含量條件下，大豆各器官的鎘含量存在顯著差異，表現(xiàn)為根＞莖＞葉＞莢＞籽粒。

大豆；鎘脅迫；農(nóng)藝性狀；吸收；轉(zhuǎn)運

李沛然，龔穎婷，黃麗穎，等.大豆鎘累積及吸收轉(zhuǎn)運特性研究［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，43（5）：82-86.

鎘（Cd）對生物體具有較強的毒害作用，長期攝入會嚴重影響人體的呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)，造成肝臟和腎臟的功能損害。近年來，由于我國工業(yè)的快速發(fā)展，含鎘廢棄物的大量排放，導(dǎo)致我國華南地區(qū)土壤中Cd含量迅速增加［1］，嚴重威脅人們的食品安全。大豆在人類日常生活中占有重要地位，是植物性蛋白和食用油的主要來源，同時，大豆也是對Cd脅迫較敏感的作物之一。國外學(xué)者在對花生和大豆等主要農(nóng)作物調(diào)查后，發(fā)現(xiàn)大豆中Cd含量高于花生等作物［2-3］，即使在土壤Cd含量極低的耕地上種植大豆，其籽粒中的Cd含量也會超過國際標(biāo)準(zhǔn)［4-5］。

目前，已有不少學(xué)者就大豆對鎘脅迫的響應(yīng)進行了初步研究，但多數(shù)學(xué)者采用溶液培養(yǎng)法進行培育［6-10］，與實際情況有所差異。為此，本試驗采用盆栽試驗的方法，模擬實際鎘污染土壤狀態(tài)，研究鎘對大豆農(nóng)藝性狀的影響，對3種基因型大豆的耐鎘能力、吸收鎘的能力進行比較，并對鎘脅迫下大豆根、莖、葉、莢和籽粒的鎘積累分布狀況進行了系統(tǒng)研究，旨在研究鎘脅迫對大豆農(nóng)藝性狀的影響，探明鎘在大豆各器官的分布規(guī)律，明確大豆對鎘的吸收運轉(zhuǎn)特性，為華南地區(qū)鎘污染土壤大豆的安全生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試大豆材料為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)（國家大豆改良中心廣東分中心）提供的華春6號（HC6）、華夏3號（HX3）和取自湖南省益陽市的農(nóng)家黑豆（HNH）。春大豆華春6號和夏大豆華夏3號均為中等耐鎘性品種［11-12］。

供試土壤采自華南農(nóng)業(yè)大學(xué)躍進北大豆試驗基地，基本理化性質(zhì)采用常規(guī)方法測定［13］，土壤含全氮0.22 g/kg、無機氮47.37 mg/kg、全鉀26.73g/kg、速效鉀88.26 mg/kg、全磷0.17 g/kg、有效磷0.32 mg/kg、全鎘0.40 mg/kg、有效鎘0.15 mg/kg。

1.2 試驗方法

土壤經(jīng)自然風(fēng)干后，按8：1的比例添加營養(yǎng)土，裝盆，每盆土重10 kg。共設(shè)4個土壤鎘含量處理，鎘源為 CdCl2（廣州試劑，分析純），CdCl2含量分別為0 mg/kg（CK）、1 mg/kg（Cd1）、2 mg/kg （Cd2）、3 mg/kg（Cd3），每個處理3次重復(fù)，共36盆。選取籽粒飽滿的大豆種子直接播于盆中，每盆定苗5株。

1.3 測定項目及方法

大豆成熟后分別收獲根、莖、葉、莢、籽粒，并進行土壤取樣，測定大豆農(nóng)藝性狀（株高、節(jié)數(shù)、分枝數(shù)、株粒數(shù)、百粒重），植株各器官鎘含量及土壤全鎘含量采用濕法灰化消化［14］，土壤有效鎘采用CaCl2浸提的方法［15］，用原子吸收分光光度法測定鎘含量（島津，AA-6300C）。

以大豆地上部植株各器官中Cd含量與根部Cd含量的比值作為Cd轉(zhuǎn)運系數(shù)（TsF），并分別計算Cd轉(zhuǎn)運系數(shù)，記為TsFst（莖稈）、TsFle（葉片）、TsFpo（莢殼）、TsFso（籽粒）。

試驗數(shù)據(jù)采用StatView 5.0.1（SAS Institute Inc.）和Microsoft Office Excel2013進行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘處理對不同基因型大豆農(nóng)藝性狀的影響

由表1可知，HC6的株高、全莢數(shù)在不同鎘處理條件下差異不顯著，而分枝數(shù)、百粒隨土壤鎘濃度增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢；HNH的節(jié)數(shù)、全莢數(shù)、百粒重差異亦不顯著，而株高和分枝數(shù)在不同鎘處理條件下呈不規(guī)則變化；HX3的節(jié)數(shù)隨土壤鎘濃度增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，其他農(nóng)藝參數(shù)差異不顯著。

表1 不同基因型大豆不同鎘處理的農(nóng)藝性狀

對大豆農(nóng)藝性狀各指標(biāo)的分析結(jié)果（表2）發(fā)現(xiàn)，土壤鎘含量對大豆的株高、節(jié)數(shù)、分枝數(shù)、全莢數(shù)和百粒重?zé)o顯著影響，可能是由于土壤本身對鎘的吸收螯合與緩沖作用降低了土壤有效鎘含量，加之大豆自身的鎘耐性，減少了鎘對大豆植株生長的影響［16］。

表2 大豆農(nóng)藝性狀的ANOVA分析結(jié)果（P值）

2.2 大豆各器官中鎘的分布

總體來看，大豆根、莖、葉、莢的鎘含量隨著土壤鎘含量的增加而增加，且大豆各器官中鎘含量表現(xiàn)為根＞莖＞葉＞莢＞籽粒（表3），HC6根部的鎘含量最高，而HC6葉片的鎘含量則顯著低于HNH和HX3。在Cd3處理條件下，HC6莢殼的鎘含量顯著高于HNH和HX3，表現(xiàn)為HC6＞HNH ＞HX3。籽粒的鎘含量與其他器官鎘含量的變化不同的是，隨著土壤鎘含量的增加，3種不同基因型的大豆籽粒鎘含量均呈先增后減的變化趨勢。在Cd2處理條件下，大豆籽粒鎘含量達到最大值；而在Cd3處理條件下，大豆籽粒的鎘含量顯著降低，介于Cd1、Cd2處理大豆籽粒鎘含量之間。由大豆各器官鎘含量分析結(jié)果來看，大豆基因型和土壤鎘含量對大豆器官鎘含量有顯著影響（表4）。

表3 不同土壤鎘處理大豆各器官的鎘含量（mg/kg）

表4 大豆植株各器官鎘含量的ANOVA分析結(jié)果（P值）

2.3 鎘處理下不同基因型大豆的鎘轉(zhuǎn)運系數(shù)

由表5可知，各基因型大豆莖稈的鎘轉(zhuǎn)運系數(shù)隨土壤鎘含量的增加而增加，且普遍高于其他器官的鎘轉(zhuǎn)運系數(shù)。HC6的TsFst隨土壤鎘含量增加而增加，HNH和HX3的TsFst則無顯著變化。HC6的 TsFle隨土壤鎘含量的增加呈降低趨勢，而HNH和HX3則呈上升趨勢。HC6和HNH的TsFpo隨土壤鎘含量的增加而顯著增加，而HX3的TsFpo卻呈降低趨勢。表明不同基因型大豆的鎘轉(zhuǎn)運特征明顯不同。

表5 不同鎘處理各基因型大豆各器官的轉(zhuǎn)運系數(shù)

TsFst、TsFle顯著大于 TsFpo、TsFbe，且TsFbe最低。各基因型大豆的TsFbe隨著土壤鎘含量的增加而顯著升高，在Cd2處理條件下達到最大值，當(dāng)土壤鎘濃度繼續(xù)增加時，TsFbe則出現(xiàn)降低的趨勢。

2.4 不同基因型大豆對土壤鎘含量的影響

大豆收獲后，土壤鎘含量隨種植前外源鎘添加量增加而增加，且差異顯著。由表6可知，在對照條件下，HX3土壤中全鎘含量顯著低于栽培其他兩品種的土壤；Cd1處理下，HC6土壤中全鎘含量顯著低于其他兩個栽培其他兩品種的土壤；Cd2處理下，HX3土壤中全鎘含量顯著低于其他兩個品種的土壤；Cd3處理下，與HX3相比，HC6和HNH的土壤全鎘含量略高，但差異不顯著；土壤中有效鎘變化與全鎘基本一致，不同的是在Cd1處理下HC6土壤中的有效鎘含量顯著高于HNH和HX3。由大豆收獲后土壤鎘含量的ANOVA分析結(jié)果來看（表7），大豆的基因型和土壤鎘處理對大豆栽培后土壤鎘含量具有顯著影響。

表6 大豆收獲后土壤鎘含量（mg/kg）

表7 大豆收獲后土壤鎘含量的ANOVA分析結(jié)果（P值）

3 結(jié)論與討論

本試驗結(jié)果表明，在同等條件下，大豆各器官鎘含量表現(xiàn)為為根＞莖＞葉＞莢＞籽粒，這與其他研究結(jié)果一致［9，17-19］。由此可見，根部和莖稈對于不同基因型大豆是鎘累積的主要器官。但是，葉片和莢殼對鎘的累積也影響鎘在大豆各器官之間的分布，特別是影響籽粒的鎘含量。當(dāng)土壤鎘濃度持續(xù)增加后，大豆植株將大部分吸收的鎘保留在大豆的葉片和莢殼中，進而降低的籽粒中鎘的含量。

各基因型大豆莖稈的鎘轉(zhuǎn)運系數(shù)隨土壤鎘含量的增加而增加，且普遍高于其他器官的鎘轉(zhuǎn)運系數(shù)，說明土壤鎘濃度越大，根部向地上部轉(zhuǎn)移鎘的比例就越大；而在其他轉(zhuǎn)移系數(shù)中，3種大豆隨土壤鎘濃度增加表現(xiàn)出不同的變化趨勢，且難以找出一般規(guī)律，說明不同基因型大豆的鎘轉(zhuǎn)運特性有所不同。

由土壤全鎘含量分析可知，在土壤鎘含量較低時，HX3和HNH對鎘具有較強的富集能力；但當(dāng)土壤鎘含量較高時，不同基因型大豆的鎘吸收能力便無顯著差異，更多地變現(xiàn)為大豆對鎘脅迫的抗逆性。鎘脅迫抗逆性強的基因型大豆體內(nèi)鎘積累量較少，反之亦然。這與楊居榮等［20］對小麥、玉米耐鎘毒害的機理探討中的研究結(jié)果相同。

在鎘含量較低時，土壤鎘含量增加對大豆的農(nóng)藝性狀無顯著影響。大豆各營養(yǎng)器官的鎘含量隨土壤鎘含量的增加而升高，當(dāng)土壤鎘濃度持續(xù)增加后，大豆植株將大部分吸收的鎘保留在了大豆的營養(yǎng)器官中，進而降低的籽粒中鎘的含量。籽粒的轉(zhuǎn)運系數(shù)隨土壤鎘含量的增加呈現(xiàn)先增后降的趨勢，其機制尚待進一步研究。

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（責(zé)任編輯 鄒移光）

Study on characteristics of cadmium accumulation and absorption in soybean

LI Pei-ran1，GONG Ying-ting1，HUANG Li-ying1，LAI Ye-lin1，YANG Cun-yi1，2，NIAN Hai1，2，MU Ying-hui1，2
（1.College of Agriculture，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China；2.Guangdong Sub-center of National Soybean Improvement Center，Guangzhou 510642，China）

The pollution of heavy metals has threatened our food quality and security，it is necessary to research the characteristics of accumulation，absorption and translation of cadmium in crops.The study evaluated the tolerance of 3 genotypic of soybeans towards cadmium，in order to provide foundation for practice production and theory research.Four adding amounts （0，1，2，3 mg/kg） of exogenous cadmium（CdCl2）were set，3 genotypic of soybeans （HC6，HX3，HNH）were used，the cadmium contents in different organs of soybean and soil were measured.The results showed that，when the exogenous cadmium content in soil was from 0 mg/kg to 1.84 mg/kg，cadmium had no significant effect on agronomic traits of 3 different genotypic of soybeans.The tolerance order towards cadmium was HNH＞HC6＞HX3.The cadmium content of root，stalk，leaf and pod increased with the increase of soil cadmium content.The cadmium content in soybean's organs differs a lot from each other in the same treatment，ranked in root，stalk，leaf and pod.

soybean；cadmium stress；agronomic traits；absorption；transportation

S565.1

A

1004-874X（2016）05-0082-05

10.16768/j.issn.1004-874X.2016.05.016

2015-09-23