不同辣椒品種鎘吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)的差異

李欣忱 李 桃 徐衛(wèi)紅 秦余麗 鄭熒輝 張春來 李彥華

（西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶400715）

不同辣椒品種鎘吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)的差異

李欣忱 李 桃 徐衛(wèi)紅*秦余麗 鄭熒輝 張春來 李彥華

（西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶400715）

采用水培方法研究2個辣椒品種在不同鎘（Cd）水平（0、20、40 mg·L-1）下的生物量及根、莖、葉各部位Cd含量和轉(zhuǎn)運(yùn)差異。結(jié)果表明，當(dāng)Cd濃度≤40 mg·L-1時，辣椒生物量及Cd含量隨著Cd濃度的增加而呈上升趨勢。相同Cd水平下，辣椒各部位Cd含量表現(xiàn)為根＞莖＞葉。2個辣椒品種對Cd的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)存在差異，PE30莖和葉中Cd含量較高，Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)和地上部Cd富集系數(shù)也高，可能存在果實(shí)Cd含量超標(biāo)的風(fēng)險。而PE3的Cd主要集中在根部，向地上部轉(zhuǎn)移Cd的能力較差，屬于高積累、低轉(zhuǎn)運(yùn)類型，可以在輕度Cd污染的地區(qū)種植。

辣椒；品種；鎘吸收；鎘轉(zhuǎn)運(yùn)

鎘（Cadmium，Cd）是一種危害性極大的重金屬元素，我國土壤長期受污灌和磷肥濫用的影響（索炎炎，2012），Cd污染問題日趨嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計，我國近2 000萬hm2耕地受到Cd污染，約占總耕地面積的1/5（徐傳保和戴慶敏，2015）。Cd易通過食物鏈富集進(jìn)入人體，進(jìn)而危害人類健康。人體中90%的Cd來自食物，其中70%的Cd來自植物性食物（Satarug et al.，2003），因此Cd在植物性食物中的殘留量將直接影響食用的安全性。

辣椒（Capsicum annuum L.）是人們喜食的蔬菜種類之一，我國辣椒種植面積居蔬菜作物第2位（蘇秀麗和許翠蓮，2012），在重慶、四川、云南、湖南等地區(qū)，辣椒已成為當(dāng)?shù)氐闹匾?jīng)濟(jì)來源和主要支柱產(chǎn)業(yè)（寇明明，2014）。同時，辣椒又是Cd高積累類植物（Liu et al.，2005），辣椒Cd超標(biāo)不僅影響口感、降低營養(yǎng)價值和品質(zhì)，影響人體健康，也大大地限制了無公害辣椒的生產(chǎn)和辣椒產(chǎn)品的出口，降低經(jīng)濟(jì)效益（陳貴青 等，2010）。

近年來，國內(nèi)外對不同作物種類或品種Cd吸收、積累和分布的差異性進(jìn)行了深入研究，篩選出大量Cd低吸收、低積累的作物品種（楊玉敏 等，2010；張堃，2011；趙云云，2012），并積累了一些低Cd積累的品種資源。選育Cd低吸收、低積累的辣椒品種來降低果實(shí)中的Cd含量是在Cd污染土壤上種植出合格辣椒產(chǎn)品最有效、最經(jīng)濟(jì)的途徑。但目前對不同辣椒品種Cd積累、轉(zhuǎn)運(yùn)差異的研究甚少。本試驗(yàn)在前期篩選試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選用Cd高積累和低積累的2個辣椒品種，比較不同Cd濃度對高、低Cd積累辣椒品種的生物量、植株Cd含量和積累量的影響，初步探討不同品種辣椒的Cd抗性及富集差異，以期為Cd高抗性、低富集型品種的選育提供資料，為在Cd污染土壤上進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的合理布局提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試?yán)苯菲贩N為PE3（Cd高積累型品種）和PE30（Cd低積累型品種），種子由重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

水培試驗(yàn)于2016年8～10月在西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行。將辣椒種子用1%酒精處理2 h，再用蒸餾水洗凈，放入培養(yǎng)皿中，保持一定濕度，置于人工氣候箱〔28 ℃/18 ℃（晝/夜）〕，在遮光條件下發(fā)芽。發(fā)芽3 d后，采用50孔穴盤育苗，每穴播2粒種子，培養(yǎng)30 d，待苗高15 cm時，選擇均勻一致的壯苗移栽到塑料盆內(nèi)進(jìn)行辣椒水培試驗(yàn)。共設(shè)3個處理，每個處理6個重復(fù)。采用塑料盆、泡沫板和通氣泵自制水培系統(tǒng)進(jìn)行辣椒水培試驗(yàn)，在泡沫板上打小孔定植兩葉一心的辣椒幼苗，幼苗間距6 cm。 塑料盆每盆盛1/2無Cd霍格蘭營養(yǎng)液700 mL，5～7 d更換1次營養(yǎng)液。培養(yǎng)14 d后，進(jìn)行Cd處理（0、20、40 mg·L-1，以CdCl2的形式加入），Cd處理7 d后取樣（張海波，2013）。

1.3 樣品的采集與制備

將辣椒幼苗從裝培養(yǎng)液的盆缽中完整取出，用自來水沖洗干凈后，用濃度為0.01 mol·L-1HCl清洗，再用去離子水淋洗，如此重復(fù)3次。在105 ℃的條件下殺青15 min，60 ℃條件下烘干至恒重（張海波，2013），用萬分之一電子天平稱量根、莖、葉的干質(zhì)量。將烘干植株打樣磨碎，用于測定根、莖、葉各部位Cd含量。

1.4 測定方法

植株不同部位的Cd含量采用HNO3-HClO4法消煮，用原子吸收分光光度計（Perkin Elmer SIMMA6000，Norwalk，USA）進(jìn)行測定。按照孫園園等（2016）的方法計算植物Cd積累量、轉(zhuǎn)移系數(shù)和地上部Cd富集系數(shù)。

Cd積累量=植株Cd含量×植株干質(zhì)量

轉(zhuǎn)移系數(shù)（TF）=植株地上部Cd積累量/植株根系Cd積累量

地上部Cd富集系數(shù)（BCF）=植株地上部Cd積累量/溶液Cd總量

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用SPSS 21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同Cd水平對辣椒植株生物量的影響

由表1可知，隨著Cd濃度的增加，兩個辣椒品種的植株總干質(zhì)量均呈上升趨勢。當(dāng)Cd濃度為40 mg·L-1時，PE3、PE30的植株總干質(zhì)量分別為0 mg·L-1時的2.3倍和2.9倍，這可能是因?yàn)榈蜐舛鹊腃d對植物生長有促進(jìn)作用。PE3、PE30兩個辣椒品種中根、莖、葉的干質(zhì)量也均隨著Cd濃度的增加而增加（PE30的根除外）。

表1 不同Cd水平對辣椒植株生物量的影響g·盆-1

2.2 辣椒各部位Cd含量、Cd積累量在品種間的差異

由表2可知，不同辣椒品種根、莖、葉的Cd含量、Cd積累量、Cd總量均隨著Cd濃度的增加而增大。除了PE30在Cd濃度為40 mg·L-1時，莖的Cd積累量＞根，辣椒各部位Cd含量、Cd積累量的大小均為根＞莖＞葉。相同Cd處理水平下，辣椒各部位Cd含量以及Cd總量在不同品種間大多表現(xiàn)出顯著性差異。PE3的Cd總量顯著高于PE30，但PE30莖和葉的Cd含量遠(yuǎn)大于PE3，在Cd濃度為20 mg·L-1和40 mg·L-1時，PE30莖和葉的Cd含量分別較PE3提高34.5%、37.0%和33.1%、311.9%。PE3的Cd主要集中在根部。

表2 不同Cd濃度對辣椒Cd含量、Cd積累量的影響

2.3 辣椒Cd積累和轉(zhuǎn)運(yùn)在品種間的差異

由表3可知，除PE30在Cd濃度為40 mg·L-1時地上部Cd積累量高于地下部外，其余2個辣椒品種地下部的Cd積累量均高于地上部。在同一Cd處理水平下，PE30的轉(zhuǎn)移系數(shù)較PE3高出0.83～3.70倍，且PE30在Cd濃度為40 mg·L-1時轉(zhuǎn)移系數(shù)高達(dá)1.60。由此可知，PE30中Cd向地上部的遷移能力大大強(qiáng)于PE3。隨著Cd濃度的增加，2個品種地上部、地下部Cd積累量均增加。當(dāng)Cd濃度為40 mg·L-1時，PE3地上部、地下部Cd積累量分別較20 mg·L-1時增長了53.5%和116.2%；PE30分別增長了144.6%和33.6%。當(dāng)Cd濃度為20 mg·L-1時，PE3的地上部Cd富集系數(shù)較PE30高16.1%；而在Cd濃度為40 mg·L-1時，PE30地上部Cd 富集系數(shù)較PE3 高37.3%。

表3 不同辣椒品種Cd積累和轉(zhuǎn)運(yùn)的差異

3 討論

本試驗(yàn)中，隨著Cd處理濃度的增加，辣椒干質(zhì)量反而增加，表現(xiàn)出低Cd對辣椒生長有促進(jìn)作用，這與陳惠等（2013）的辣椒水培研究結(jié)果不同，原因可能是與選取的Cd濃度及辣椒品種有關(guān)（劉利 等，2015），不同辣椒品種對Cd的耐性不同（鄭麗萍 等，2015）。本試驗(yàn)中，在Cd濃度為20、40 mg·L-1的處理?xiàng)l件下，供試2個辣椒品種仍能保持較高的生物量，說明2個辣椒品種對Cd具有很好的耐性。PE3根、莖干質(zhì)量及總干質(zhì)量大于PE30，說明在培養(yǎng)環(huán)境和管理機(jī)制相同的條件下，辣椒品種間的生物量差異主要是由于基因型導(dǎo)致的（孫聰 等，2014）。

隨著Cd處理濃度的增加，辣椒根、莖、葉各部位Cd含量呈上升趨勢。這與Tang等（2001）的研究結(jié)果一致，植物體內(nèi)Cd含量與其生長環(huán)境中的Cd含量成正相關(guān)。但黎佳佳等（2006）研究發(fā)現(xiàn)，低Cd濃度促進(jìn)辣椒生長和Cd的積累，高Cd濃度使辣椒各部位Cd含量降低。由此可知，即便是同種作物不同品種，Cd濃度對其Cd積累的影響也不盡相同。PE3在不同Cd處理濃度下的Cd總量顯著高于PE30，說明PE3對Cd的吸收能力強(qiáng)于PE30。值得注意的是，PE30的Cd總量雖然低于PE3，但其莖和葉Cd含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于PE3，推測該品種莖和葉中的大量Cd可能轉(zhuǎn)移到果實(shí)中，會帶來食用風(fēng)險（國家對蔬菜和水果的Cd 限量標(biāo) 準(zhǔn)≤0.05 mg·kg-1，GB2762—2012）。整體上看，辣椒各部位Cd分布規(guī)律為根＞莖＞葉，這是由于根部對Cd的固定和區(qū)隔化，使得只有少部分Cd能通過木質(zhì)部導(dǎo)管運(yùn)輸至地上部（王曉娟 等，2015；王學(xué)華和戴力，2016）。

已有研究表明，重金屬Cd在辣椒果實(shí)中極易富集（陳貴青 等，2010），辣椒又主要以果實(shí)作為食用部位，所以Cd向地上部轉(zhuǎn)移系數(shù)高的辣椒品種對食品安全極其不利。PE30由于莖和葉中Cd含量較高，其轉(zhuǎn)移系數(shù)也高，在Cd濃度為40 mg·L-1時高達(dá)1.60，且其地上部Cd富集系數(shù)高達(dá)5.15，可能存在果實(shí)Cd含量超標(biāo)的風(fēng)險，不宜在Cd污染嚴(yán)重的地區(qū)（Cd≥1.0 mg·kg-1，GB15618—1995）推廣種植。PE3對Cd的吸收能力較強(qiáng)，但Cd主要集中在根部，向地上部的轉(zhuǎn)移能力較差，在輕度Cd污染的地區(qū)（Cd＜1.0 mg·kg-1）種植較為適宜。考慮到PE3的生物量大、Cd吸收能力較強(qiáng)，是良好的Cd耐性植物，可試用于土壤Cd污染生物修復(fù)技術(shù)中。由于本試驗(yàn)在水培條件下進(jìn)行，與土壤Cd污染條件不同，同時本試驗(yàn)只考察了辣椒生育前期品種間Cd的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)差異，接下來將通過土培試驗(yàn)研究辣椒全生育期特別是果實(shí)中Cd積累在品種間的差異性，以期為Cd污染土壤上辣椒品種合理布局提供理論 依據(jù)。

4 結(jié)論

① 本試驗(yàn)條件下，Cd濃度≤40 mg·L-1時未對辣椒品種PE30、PE3的生長產(chǎn)生抑制。

② 隨著Cd濃度的增加，2個辣椒品種各部位Cd含量呈上升趨勢。相同Cd水平下，辣椒各部位Cd含量為根＞莖＞葉。

③ 供試2個辣椒品種中，PE30莖和葉中Cd含量較高，Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)和地上部Cd富集系數(shù)也高，可能存在果實(shí)Cd含量超標(biāo)的風(fēng)險。PE3的Cd主要集中在根部，向地上部轉(zhuǎn)移Cd的能力較差，屬于高積累、低轉(zhuǎn)運(yùn)類型，可以在輕度Cd污染的地區(qū)種植。

陳貴青，張曉璟，徐衛(wèi)紅，劉吉振，王慧先，郭劉明，陳璐豪，張海波，藍(lán)春桃，曾紅軍，熊治庭．2010．不同Zn水平下辣椒體內(nèi)Cd的積累、化學(xué)形態(tài)及生理特性．環(huán)境科學(xué)，31（7）：1657-1662．

陳惠，曹秋華，徐衛(wèi)紅，張海波，韓貴琪，劉俊，張明中，周坤，熊治庭．2013．鎘對不同品種辣椒幼苗生理特性及鎘積累的影響．西南師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，38（9）：110-115．

寇明明．2014．陜西關(guān)中地區(qū)線辣椒高產(chǎn)栽培技術(shù)．辣椒雜志，12（2）：16-18．

黎佳佳，胡紅青，付慶靈，呂意．2006．Cd Pb單一與復(fù)合污染對辣椒生物量及重金屬殘留的影響．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，25（1）：49-53．

劉利，郝小花，田連福，戴小軍，梁滿中，李東屏，陳良碧．2015． 植物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和積累鎘的機(jī)理研究進(jìn)展．生命科學(xué)研究，19（2）：176-184．

蘇秀麗，許翠蓮．2012．辣椒病害的防治方法．農(nóng)民致富之友， （18）：60．

孫聰，陳世寶，宋文恩，李寧．2014．不同品種水稻對土壤中鎘

的富集特征及敏感性分布（SSD）．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，47（12）：2384-2394．

孫園園，關(guān)萍，何杉，石建明．2016．鎘脅迫對多花黑麥草鎘積累特征、生理抗性及超微結(jié)構(gòu)的影響．草業(yè)科學(xué)，33（8）：1589-1597．

索炎炎．2012．鎘污染條件下葉面噴施鋅肥對水稻鋅鎘積累的影響〔碩士論文〕．杭州：浙江大學(xué)．

王曉娟，王文斌，楊龍，金樑，宋瑜，姜少俊，秦蘭蘭．2015．重金屬鎘（Cd）在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)途徑及其調(diào)控機(jī)制．生態(tài)學(xué) 報，（23）：7921-7929．

王學(xué)華，戴力．2016．作物根系鎘滯留作用及其生理生化機(jī)制．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，49（22）：4323-4341．

徐傳保，戴慶敏．2015．施氮對白菜可食部分重金屬鎘富集的影 響．北京農(nóng)業(yè)，（34）：59-60．

楊玉敏，張慶玉，張冀，田麗，雷建容，喻華，楊武云．2010．小麥基因型間籽粒鎘積累及低積累資源篩選．中國農(nóng)學(xué)通報，26（17）：342-346．

張海波．2013．不同辣椒品種鎘積累差異及外源物質(zhì)對鎘富集的調(diào)控效應(yīng)〔碩士論文〕．重慶：西南大學(xué)．

張堃．2011．兩種葉菜鎘、鉛低積累品種篩選及其快速鑒別方法研究〔博士論文〕．廣州：中山大學(xué)．

趙云云．2012．大豆鎘抗性和低積累篩選與分子標(biāo)記輔助育種〔碩士論文〕．廣州：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)．

鄭麗萍，王國慶，林玉鎖，馮艷紅，張亞．2015．農(nóng)用地土壤鎘污染及其對蔬菜質(zhì)量安全影響研究現(xiàn)狀．深圳：中國環(huán)境科學(xué)學(xué)術(shù)年會．

Liu J X，Jambunathan N，McNellis T W．2005．Transgenic expression of the von willebrand a domain of the bonzai 1/copine 1 protein triggers a lesion-mimic phenotype in Arabidopsis．Planta， 221（1）：85-94．

Satarug S，Baker J R，Urbenjapol S，Haswell-Elkins M，Reilly P E，Williams D J，Moore M R．2003．A global perspective on cadmium pollution and toxicity in non-occupationally exposed population．Toxicology Letters，137（1-2）：65-83．

Tang S，Wilke B M，Brooks R R．2001．Heavy mental uptake by mental-tolerant elsholtzia haiehowensis and commelina eommunis from China．Communications in Soil Science and Plant Analysis，32（5-6）：895-905．

Differences between Cadmium Uptake and Translocation among Different Pepper Varieties

LI Xin-chen，LI Tao，XU Wei-hong*，QIN Yu-li，ZHENG Ying-hui，ZHANG Chun-lai，LI Yan-hua

（College of Resources and Environmental Sciences，Southwest University，Chongqing 400715，China）

Hydroponic experiment was conducted to study the effect of different Cd levels（0、20、40 mg·L-1）on dry weight，Cd concentration of root，stem，leaf and Cd transport from root to shoot between 2 pepper varieties（PE3 and PE30）. The results showed that dry weight and Cd content increased with the increase of Cd level（CCd≤40 mg·L-1），and the tolerance to Cd of different pepper varieties was also different. Under the same Cd treatment，Cd concentrations of 2 pepper varieties were in the order of root＞stem＞leaf. Significantdifferences in Cd accumulation and translocation were observed between 2 pepper varieties. Cd concentration in the stems and leaves，and Cd translocation coefficient and shoot Cd enrichment coefficient of PE30 were higher，which might lead to the risk of excessive Cd in fruit. Root was the primary tissue of Cd accumulation in PE3，and the ability to transport Cd from root to shoot was poorer，so PE3 could be planted in Cd lightly contaminated soil.

Pepper；Variety；Cadmium uptake；Cadmium transport

李欣忱，女，本科生，專業(yè)方向：植物營養(yǎng)與環(huán)境生態(tài)，E-mail：1193748842@qq.com

*通訊作者（Corresponding author）：徐衛(wèi)紅，教授，博士生導(dǎo)師，專業(yè)方向：植物營養(yǎng)與環(huán)境生態(tài)，E-mail：xuwei_hong@163.com

2017-04-26；接受日期：2017-07-24

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（Nycy-23），國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20477032），國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項(xiàng)目（201610635028）