9份中國南瓜幼苗對Cd²⁺的積累特征

陳碧華 李慶飛 周俊國 李新崢 王廣印 宋小可

摘要：采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES），研究了5mg·L^-1Cd處理對9份中國南瓜種子萌發(fā)、幼苗生長及其不同器官中Cd²⁺積累的影響。結(jié)果表明，‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1的種子萌發(fā)、幼苗生長均未造成顯著影響。不同器官對Cd²⁺的吸收能力表現(xiàn)為根系>莖>子葉，360-3‘鹽砧1號‘百蜜I號‘112-2‘041-1的莖中轉(zhuǎn)移系數(shù)都在0.1以下，子葉中轉(zhuǎn)移系數(shù)都在0.01以下;不同器官對Cd²⁺的富集特征表現(xiàn)為：根系>莖>子葉;‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1的莖中富集系數(shù)均在2.75以下，子葉中富集系數(shù)均在0.3以下，而根中富集系數(shù)均在35以上。所以，‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1對重金屬鎘有較強(qiáng)的耐受性，可以作為耐鎘砧木種質(zhì)資源進(jìn)一步研究。關(guān)鍵詞：中國南瓜;鎘處理;富集系數(shù);轉(zhuǎn)移系數(shù)

近年來，我國蔬菜設(shè)施栽培發(fā)展迅速[1-4]。但是生產(chǎn)中出現(xiàn)了由于連作、過量施肥、大量使用農(nóng)藥以及不規(guī)范施用農(nóng)家肥等原因，造成土壤次生鹽漬化、重金屬污染等一系列生產(chǎn)障礙問題『5-sl其中重金屬鎘以移動性大、毒性高、污染面積最大而備受關(guān)注。筆者2012年研究顯示，大棚菜田重金屬鍋的污染等級達(dá)到了6級，己構(gòu)成了嚴(yán)重污染，并對土壤酶活性產(chǎn)生極嚴(yán)重影響。南瓜是瓜類嫁接栽培中的主要砧木，可有效地防止土傳病害的發(fā)生，研究顯示嫁接可以增強(qiáng)蔬菜的抗性，有人研究茄子通過嫁接可降低Cd²⁺在茄子果實內(nèi)的積累。隨著人們健康意識的增強(qiáng)，蔬菜中重金屬的累積及產(chǎn)生的健康風(fēng)險將成為國內(nèi)外的研究熱點。而針對瓜類嫁接砧木中國南瓜耐鎘性的研究未見報道。因此，筆者通過在相同濃度重金屬鎘處理下，研究Cd²⁺處理對中國南瓜種子萌發(fā)、幼苗生長及不同器官中Cd²⁺含量的影響，分析中國南瓜資源對重金屬鎘的富集特征，篩選出耐重金屬鎘的中國南瓜資源，旨在為瓜類耐鎘砧木的篩選提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

‘百蜜1號‘百蜜2號‘百蜜3號‘鹽砧1號‘360-3‘112-2‘041-1‘009-1‘甜面瓜等9份中國南瓜資源，均由河南科技學(xué)院園藝園林學(xué)院南瓜課題組提供，其中‘百蜜1號‘百蜜2號‘百蜜3號為一代雜交種，是河南科技學(xué)院培育的食用南瓜品種，‘鹽砧1號為一代雜交種，是河南科技學(xué)院培育的耐鹽黃瓜砧木，‘360-3‘112-2‘041-1‘009-1‘甜面瓜為河南科技學(xué)院選育的優(yōu)良自交系。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子萌發(fā)試驗 將試驗材料分別挑選出60粒，用溫湯浸種處理，將27個同樣大小的培養(yǎng)皿鋪好一層濾紙，在每個培養(yǎng)皿中都注入2mL5mg·L^-1的硫酸鎘溶液。將每種南瓜資源分別均勻播于鋪有單層濾紙的一個培養(yǎng)皿中，設(shè)置3次重復(fù)，每個重復(fù)20粒種子，以清水為對照。將所有處理置于智能光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為28℃，黑暗培養(yǎng)。播種后每日根據(jù)具體情況，補(bǔ)加2mL 5mg·L^-1的硫酸鎘溶液（每皿等量），以保持種子濕潤狀態(tài)。以胚根突破種皮5～為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，逐日記錄發(fā)芽個數(shù)，第3天計算發(fā)芽勢，第7天計算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)。

1.2.2 幼苗的根長、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的測量種子發(fā)芽后第12天，從每種中國南瓜資源中隨機(jī)選取5棵南瓜幼苗，用尺子量取幼苗根的長度。從根莖處切斷根，將2片子葉摘下，剩余部分是莖葉。分別稱量9份中國南瓜的根、莖葉和子葉的鮮質(zhì)量，并計算出總鮮質(zhì)量。將9份中國南瓜資源的根、莖葉、子葉放入105℃的烘箱內(nèi)殺青2h，再把烘箱溫度調(diào)到70℃烘至恒重，分別稱量每種中國南瓜資源的根、莖葉和子葉的干質(zhì)量，計算出總干質(zhì)量。

1.2.3 重金屬Cd²⁺含量測定及富集系數(shù)、轉(zhuǎn)移系數(shù)統(tǒng)計采用ICP-AES技術(shù)，先將烘干后的9份中國南瓜的根、莖葉、子葉分別研磨成粉末狀并各稱取0.5g，編號后向每個消解罐中依次加入95%濃硝酸神，后同5mL，雙氧水2mL，混合均勻，放入MAS微波消解儀（美國CEM公司）中，設(shè)置最佳微波消解程序進(jìn)行消解。消解結(jié)束后消解液為無色透明，無沉淀，則樣品消解完全。把消解液轉(zhuǎn)移到小燒杯中，然后用0.5%的稀硝酸清洗消解罐3次，把小燒杯置于電熱板170℃趕酸至近干。加入2mL0.5%硝酸溶解殘渣，最后轉(zhuǎn)移到25mL容量瓶中，用0.5%硝酸溶液定容后搖勻。用Optima 2100DV型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（美國PerkinElmer公司）進(jìn)行CdZ的全量分析，并統(tǒng)計南瓜幼苗不同器官的Cd²⁺富集系數(shù)及轉(zhuǎn)移系數(shù)。

重金屬富集系數(shù)/%=植物體內(nèi)重金屬含量/土壤（或沉積物）中重金屬含量×100;

轉(zhuǎn)移系數(shù)/%=不同部位的重金屬含量/根系中重金屬含量×100。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析 試驗結(jié)果采用SPSS 19.0和Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cd²⁺處理對9份中國南瓜資源種子萌發(fā)的影響

Cd²⁺處理對9份中國南瓜資源種子萌發(fā)的影響存在顯著差異（表1）;對發(fā)芽勢的影響表現(xiàn)為：‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1的發(fā)芽勢在90%以上，均高于對照;而‘009-1‘百蜜2號‘甜面瓜‘百蜜3號的發(fā)芽勢均在62.5%以下，且均低于對照。CdZ處理對9份中國南瓜資源發(fā)芽率的影響表現(xiàn)為：‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1的發(fā)芽率均在97%以上，均高于對照;而‘009-1‘百蜜2號甜面瓜‘百蜜3號的發(fā)芽率均在90%以下，且均低于對照。‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1發(fā)芽指數(shù)依次為61.11、69.86、63.61、60.94、51.63，均在50以上，均高于對照;其他材料均在23.58以下，且均低于對照。表明Cd²⁺處理對‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1的種子沒有顯著毒性，而對其他材料的種子萌發(fā)有顯著抑制作用。

2.2 Cd²⁺處理對9份中國南瓜資源幼苗生長的影響

2.2.1 Cd²⁺處理對9份中國南瓜資源幼苗根長的影響Cd²⁺處理對9份中國南瓜資源幼苗生長的影響存在顯著差異（圖1），Cd²⁺處理對‘009-1‘百蜜2號‘甜面瓜和‘百蜜3號的幼苗生長有較為明顯的抑制作用，并且達(dá)到顯著水平。對Cd²⁺處理的9份中國南瓜資源幼苗平均根長的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析顯示：‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1的平均根長都在15.6cm以上，其他材料都在11.2cm以下，‘甜面瓜和‘百蜜3號的最低，只有5.8cm和3cm。表明Cd²⁺處理對‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1的幼苗根長沒有造成顯著影響，而對其他材料的幼苗根長有顯著抑制作用。

2.2.2 Cd²⁺處理對9份中國南瓜資源幼苗鮮質(zhì)量的影響綜合分析Cd²⁺處理對9份中國南瓜資源幼苗鮮質(zhì)量的影響（表2），Cd²⁺處理對‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1幼苗根鮮質(zhì)量、莖鮮質(zhì)量、子葉鮮質(zhì)量、總鮮質(zhì)量均未造成顯著影響，而對‘009-1‘百蜜2號‘百蜜3號‘甜面瓜根鮮質(zhì)量、莖鮮質(zhì)量、子葉鮮質(zhì)量、總鮮質(zhì)量均有顯著抑制作用。

2.2.3 Cd²⁺處理對9份中國南瓜資源幼苗干質(zhì)量的影響由表3可知，Cd²⁺處理對9份中國南瓜資源幼苗不同器官干質(zhì)量的影響存在明顯差異，Cd²⁺處理對‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1幼苗根干質(zhì)量、莖干質(zhì)量均未造成顯著影響，而對‘009-1‘百蜜2號‘百蜜3號‘甜面瓜根干質(zhì)量、莖干質(zhì)量均有顯著抑制作用。Cd²⁺處理對所有材料的子葉干質(zhì)量、總干質(zhì)量均未造成顯著影響。

2.3 中國南瓜不同器官對Cd²⁺的吸收特征及轉(zhuǎn)移能力分析

中國南瓜不同器官對Cd²⁺的吸收能力存在明顯差異（表4），Cd²⁺在南瓜根系中的含量增加幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于莖和子葉，說明中國南瓜不同器官對Cd²⁺的吸收能力表現(xiàn)為：根系>莖>子葉。表4分別分析了莖和子葉中的轉(zhuǎn)移系數(shù)，莖中轉(zhuǎn)移系數(shù)表現(xiàn)為‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1都在0.1以下，其中‘鹽砧1號最低，只有0.0279，其他材料均在0.1以上;以上5個品種子葉中轉(zhuǎn)移系數(shù)都在0.01以下，其他材料均在0.01以上。說明Cd²⁺在南瓜根系中積累較多，而在莖葉中積累的Cd²⁺含量較少。

2.4 中國南瓜資源對Cd²⁺的富集特征

從表5可以看出，中國南瓜不同器官對Cd²⁺的富集特征表現(xiàn)為：根系>莖>子葉，并且根、莖、葉中富集系數(shù)相差很大;‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1莖中富集系數(shù)均在2.75以T，其他材料均在6.86以上，其中‘360-3‘鹽砧1號莖中富集系數(shù)最低，只有1.56和0.98;‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1子葉中富集系數(shù)均在0.3以下，其他材料均在0.45以上，其中‘360-3‘鹽砧1號子葉中富集系數(shù)最低，只有0.03和0.07。

3 討論

種子萌發(fā)期是植物最早接受環(huán)境脅迫的階段。種子萌發(fā)和苗期生長狀況還是用于評價植物對重金屬耐性的重要指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，Cd²⁺處理對不同品種類型中國南瓜種子萌發(fā)、幼苗生長、不同器官中的Cd²⁺含量影響達(dá)到顯著水平。其中‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1的發(fā)芽指數(shù)均在40以上，其他材料均在35以下;平均根長都在15.6cm以上，其他材料都在15cm以下;根鮮質(zhì)量、莖鮮質(zhì)量、子葉鮮質(zhì)量、總鮮質(zhì)量、幼苗根干質(zhì)量、莖干質(zhì)量均未受到顯著影響，其他材料的則被顯著抑制;Cd²⁺處理對所有材料的子葉干質(zhì)量、總干質(zhì)量均未造成顯著影響。

中國南瓜不同器官對Cd²⁺的富集特征表現(xiàn)為：根系>莖>子葉，并且根、莖、葉中富集系數(shù)相差很大。植物體內(nèi)過量Cd²⁺積累對植物有嚴(yán)重毒害作用，Cd²⁺主要集中在根部，這與Cd²⁺進(jìn)入根的皮層細(xì)胞后和根內(nèi)蛋白質(zhì)、多糖、核糖、核酸等化合形成穩(wěn)定的大分子絡(luò)合物或形成不溶性有機(jī)大分子而沉積下來有關(guān)。賀遠(yuǎn)等研究表明，不同Cd²⁺濃度處理下煙草不同部位Cd²⁺含量排序依次為莖>根>葉，且隨著Cd²⁺濃度的增加各部位的Cd²⁺含量均增加。煙草根系中Cd²⁺以去離子水提取態(tài)為主，其次為醋酸提取態(tài)，葉片中Cd²⁺主要以醋酸結(jié)合態(tài)存在。Nishzono等研究認(rèn)為，植物可將吸收的70%～90%的重金屬沉積于根尖細(xì)胞壁上，這種沉積可阻止Cd²⁺進(jìn)入原生質(zhì)以減輕其毒害;黃小娟等的研究結(jié)果顯示，大多數(shù)植物吸收的重金屬主要積累在根系而在地上部的含量較低。這與筆者的研究結(jié)果一致。

david E Salt等認(rèn)為，轉(zhuǎn)移系數(shù)小于1的植物，可以把重金屬固定在根部，限制重金屬向地上部轉(zhuǎn)移，減少重金屬的毒害作用。植物的這種能力稱為植物對重金屬的耐性機(jī)制，植物的這種耐性機(jī)制說明它們在重金屬污染情況下可以平衡重金屬的吸收和轉(zhuǎn)移過程。本研究結(jié)果顯示，所有材料重金屬鎘的轉(zhuǎn)移系數(shù)均小于1，說明它們對重金屬鎘都有一定耐性，其中‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1的莖中轉(zhuǎn)移系數(shù)都在0.05以下，在子葉中轉(zhuǎn)移系數(shù)都在0.005以下，說明這幾個材料可以把重金屬鎘固定在根部，限制重金屬鎘向地上莖、葉的轉(zhuǎn)移。

綜上所述，‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1對重金屬鎘有較強(qiáng)的耐受性，其具體耐受機(jī)制有待進(jìn)一步研究。