硒與叢枝菌根真菌對鎘脅迫下人參菜生長及品質(zhì)的影響

仰路希，謝永東，賀忠群，嚴(yán)文一

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，成都 611130）

鎘（Cd）是主要的土壤污染物之一，在土壤中具有隱蔽性、長期性和不可逆的特點。植物受到Cd 毒害時表現(xiàn)為細(xì)胞以及整個植株的生長發(fā)育受到較強抑制，線粒體和葉綠體受到較大破壞，導(dǎo)致呼吸作用和光合作用受到影響[1]，影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。同時，Cd 容易在植物的根、莖、葉及籽粒中大量積累，通過食物鏈進入人體，危害人類健康[2]。目前，已經(jīng)有許多方法來緩解Cd 脅迫的毒害，降低植物對Cd的吸收，比如施用有機肥[3]、生物炭[4]、硒肥[5]、接種有益菌[6]等。

硒（Se）是重要的生命元素之一，適當(dāng)濃度的Se可以促進植株生長，提高產(chǎn)量及品質(zhì)，增強蔬菜作物抵抗重金屬污染、病蟲害侵襲和逆境脅迫的能力[7]。夏永香等[8]研究發(fā)現(xiàn)，葉面施Se 能有效提高大蒜葉片光合性能，提高蒜薹和鱗莖質(zhì)量、Se 含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和維生素C 含量，提高鱗莖游離氨基酸含量。Pedrero 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，硒酸鹽可以減少西蘭花可食部位的Cd含量。He等[10]的大田試驗表明，在Pb 和Cd 脅迫的萵苣土壤中施入亞硒酸鹽，顯著降低了這兩種重金屬在植物地上部的含量。

叢枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）是土壤中與植物關(guān)系最為密切的微生物之一。土壤中的AMF 與植物根系緊密結(jié)合，并依賴寄主植物的光合產(chǎn)物維持自身的生長和繁殖，同時能夠以多種途徑影響植物的代謝過程[11]。大量的研究表明，AMF共生體能夠促進宿主植物對礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收[12]，提高植物的生物量，增強逆境中宿主植物的抗逆性[13]。劉麗麗等[14]通過研究土壤施亞硒酸鈉并接種5種AMF 對獼猴桃的影響，發(fā)現(xiàn)AMF 可以顯著增加獼猴桃葉片的Se 含量。劉茵等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在Cd 污染土壤中接種AMF降低了紫羊茅地上部對Cd的積累。

人參菜[Talinum paniculatum（Jacq.）Gaertn]是馬齒莧科土人參屬多年生草本植物。人參菜適應(yīng)性強、較少受病蟲危害[16]，其營養(yǎng)價值豐富，味道鮮美，爽滑可口。目前，國內(nèi)外關(guān)于土壤施Se、接菌對蔬菜的影響研究已有較多報道，但關(guān)于土壤施Se、接菌以及Se菌交互對人參菜的研究未見報道。通過前期的篩選研究發(fā)現(xiàn)，土壤添加 5 mg·kg-1的 Se[17]、接種Glomus mossea（BEG167）真菌可以促進人參菜的生長，提高其品質(zhì)。本試驗旨在以人參菜為研究對象，通過施加外源Se 和接種AMF，研究Cd 脅迫下人參菜生長、品質(zhì)、礦質(zhì)元素及Cd、Se 積累的變化規(guī)律，以期為人參菜的安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

植物材料：人參菜由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院提供。種子繁殖，人參菜四葉一心時移栽。

供試化合物：Na2SeO3（分析純）、CdCl2·2.5H2O（分析純）。

供試AMF：菌種為Glomus mossea（BEG167），孢子數(shù)量為178 個孢子·10 g-1菌劑，由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院提供。

供試土壤：選擇四川農(nóng)業(yè)大學(xué)成都校區(qū)周邊農(nóng)田土，風(fēng)干后，過1 mm 篩，經(jīng) 160 ℃高溫消毒2 h，冷卻后備用。土壤的理化性狀為pH 6.6，速效氮53.6 mg·kg-1，速效磷44.1 mg·kg-1，速效鉀 176.7 mg·kg-1，有機質(zhì)10.2 mg·kg-1，Cd含量未檢出。

1.2 試驗方法

試驗于2019年4—6月在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)成都校區(qū)（30°42′N，103°51′E，530 m）采用盆栽法進行。試驗設(shè)置5個處理，如表1。

表1 不同處理組的Se、Cd濃度及AMFTable 1 Se，Cd concentrations and AMF in different treatment groups

模擬土壤中 Cd 含量為 10 mg·kg-1，將 CdCl2·2.5 H2O 配制成 Cd 溶液與土壤混勻，平衡 2～3 周后使用；將部分Cd處理土壤中混入由Na2SeO3配制的Se溶液，模擬Cd 處理土壤中Se 含量為5 mg·kg-1。選用直徑21.5 cm、高13 cm的塑料盆，用70%酒精擦后晾干。添加菌劑的處理，在塑料盆中先裝入2 kg 的滅菌土壤，分別在土壤表面均勻撒上AMF（BEG167），每盆接種15 g 菌劑后，覆上0.5 kg 滅菌土壤；其余處理每盆裝預(yù)先處理好的土壤2.5 kg。最后移栽人參菜，每盆種人參菜3 株，每個處理重復(fù)7 次，共35 盆。隨機擺放塑料盆，兩盆間距10 cm，并不定期交換盆與盆的位置以減弱邊際效應(yīng)；定期澆水至田間持水量的70%左右。定植人參菜40 d 后，隨機采樣進行生長指標(biāo)、品質(zhì)指標(biāo)及Cd、Se含量測定。

1.3 指標(biāo)測定方法

1.3.1 生長指標(biāo)測定

用直尺測定人參菜的株高和根長，cm；用游標(biāo)卡尺測定人參菜的莖粗，mm。記錄植株分枝數(shù)，隨機選取9株，取平均值。

將人參菜從營養(yǎng)缽中取出，用流水將根部的土壤沖洗掉后，用蒸餾水沖洗3～5 次，再用吸水紙吸去根部的水分，分為根部和地上部分。接著放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，105 ℃殺青15 min后在70 ℃下烘干至恒質(zhì)量，測定其干質(zhì)量。根冠比=根系干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量。

1.3.2 菌根侵染率的測定

取出人參菜根系，用水洗凈，剪為長約1 cm 的根段，置于FAA 固定液中固定24 h，采用臺盼藍(lán)染色法觀察菌根侵染情況，統(tǒng)計菌根侵染率[18]。

1.3.3 品質(zhì)指標(biāo)的測定

過一種簡單詩意的生活，剔除掉生命以外、世俗附加上去的虛名俗利，讓心靈還原至樸素原樣，撿拾起它的敏感驛動，去發(fā)現(xiàn)美、感受美、創(chuàng)作美。

可滴定酸含量采用曹建康等[19]的方法，維生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法[19]，纖維素含量采用蒽酮硫酸法[19]，總黃酮含量采用蘆丁法[20]，總酚含量采用福林酚法[20]。

1.3.4 人參菜葉片中礦質(zhì)元素的測定

Ca、Cu、Zn、Mg、Fe 礦質(zhì)元素含量測定分別參考鮑士旦[21]的方法，用原子吸收分光光度計（SP-3520AA）測定。

1.3.5 人參菜中Cd、Se含量的測定

Cd 含量參考《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鎘的測定》（GB 5009.15—2014）[22]，用原子吸收分光光度計（SP-3520AA）測定，檢出限≤0.006 μg·mL-1。其中，Cd 轉(zhuǎn)運系數(shù)=植物地上部分 Cd 含量/根系 Cd 含量[23]。Se 含量參考《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中硒的測定》（GB 5009.93—2017）[24]，用原子熒光光度計（AFS-8230）測定，檢出限＜0.01 μg·L-1。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2016對試驗數(shù)據(jù)進行整理，SPSS 20.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析，采用單因素方差分析顯著性差異（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 Se與AMF對Cd脅迫下人參菜生長的影響

由表2 可知，10 mg·kg-1的 Cd 濃度顯著抑制了人參菜株高、根長、植株分枝數(shù)的生長，說明Cd 對人參菜的生長有一定的抑制作用。通過單獨施Se、單獨接菌與Se 菌交互處理增加了人參菜的株高、莖粗，但與Cd 處理差異不顯著。單獨施Se、單獨接菌與Se 菌交互處理顯著增加了人參菜的根長，分別較Cd 處理增加了19.41%、7.77%、7.28%；其中促進效果單獨施Se 處理最好，單獨接菌與Se 菌交互處理效果次之。土壤施Se 和接菌不同程度地增加了人參菜的分枝數(shù)，僅Se菌交互處理與Cd處理間有顯著差異。

2.2 Se與AMF對Cd脅迫下人參菜生物量的影響

2.3 Se與AMF對Cd脅迫下人參菜品質(zhì)的影響

由表4 可知，10 mg·kg-1的 Cd 濃度對人參菜可滴定酸、維生素C、纖維素含量的影響不顯著，而顯著提高了人參菜總黃酮、總酚含量。通過單獨施Se、單獨接菌與Se 菌交互處理人參菜可滴定酸含量變化不大，與Cd 處理差異不顯著。人參菜維生素C 含量顯著增加，其中，單獨接菌處理的維生素C含量最高，較Cd 處理增加了17.03%。與Cd 處理相比，各處理的人參菜纖維素含量增加，其中，單獨施Se 處理顯著提高了人參菜纖維素含量，較空白對照增加13.00%。單獨施Se、單獨接菌與Se 菌交互處理中人參菜總黃酮含量與Cd 處理相比顯著降低，但均顯著高于空白對照。人參菜總酚含量顯著升高，其中，Se 菌交互處理含量最高，單獨施Se、單獨接菌次之，分別較Cd 處理增加了26.64%、19.74%、12.19%。

表2 Se與AMF對Cd脅迫下人參菜生長的影響Table 2 Effects of Se and AMF on the growth of Talinum paniculatum under Cd stress

2.4 Se 與AMF 對Cd 脅迫下人參菜礦質(zhì)元素含量的影響

由表5 可知，10 mg·kg-1的 Cd 濃度顯著降低了人參菜葉片中Ca、Zn 含量，而對 Mg、Fe、Cu 含量的影響不顯著。通過單獨施Se、單獨接菌與Se 菌交互處理顯著增加了人參菜中的Ca 含量，較Cd 處理增加了28.76%、19.80%、36.23%。單獨施Se、單獨接菌與Se菌交互處理對人參菜中Mg、Fe 含量影響不顯著，與Cd 處理無顯著差異。單獨接菌、Se 菌交互處理顯著增加了人參菜中Cu含量，單獨施Se與Cd處理相比差異不顯著。與Cd 處理相比單獨施Se、單獨接菌與Se菌交互處理顯著增加了人參菜中的Zn含量；其中，單獨施Se處理增加最多，較Cd處理增加了28.52%。

2.5 Se與AMF對Cd脅迫下人參菜中Cd、Se含量的影響

由表6可知，Cd脅迫下人參菜中Cd含量分布為：根＞地上部。單獨施Se、Se 菌交互處理顯著降低了人參菜根系中的Cd 含量，根系中Cd 含量較Cd 處理降低了29.00%、17.83%；單獨接菌處理對降低人參菜中Cd 含量無顯著影響。單獨施Se、單獨接菌與Se 菌交互處理均顯著降低了人參菜地上部的Cd 含量，較Cd處理降低了41.94%、70.50%、72.28%；Se 菌交互處理緩解Cd 脅迫效果最好，單獨接菌次之。就轉(zhuǎn)運系數(shù)而言，單獨施Se、單獨接菌與Se 菌交互處理均降低了Cd 的轉(zhuǎn)運系數(shù)，說明其抑制了Cd 從人參菜根系向地上部轉(zhuǎn)運。Cd 脅迫下人參菜中Se 含量分布為根＞地上部。單獨施Se、Se 菌交互處理間人參菜根系中Se含量無顯著差異；但Se 菌交互處理地上部Se 含量顯著高于單獨施Se處理。

表3 Se與AMF對Cd脅迫下人參菜生物量的影響Table 3 Effects of Se and AMF on biomass of Talinum paniculatm under Cd stress

表4 Se與AMF對Cd脅迫下人參菜品質(zhì)的影響Table 4 Effects of Se and AMF on quality of Talinum paniculatum under Cd stress

表5 Se與AMF對Cd脅迫下人參菜礦質(zhì)元素含量的影響Table 5 Effects of Se and AMF on mineral elements of Talinum paniculatum under Cd stress

表6 Se與AMF對Cd脅迫下人參菜中Cd、Se含量的影響Table 6 Effects of Se and AMF on the content of Cd and Se in Talinum paniculatum under Cd stress

3 討論

Cd 是植物生長的非必需元素，通過根系吸收并在植物體內(nèi)積累，會對植物造成毒害作用。大量研究表明，單獨施用外源Se或接種AMF 均能促進Cd 脅迫下植物的生長，在一定程度上緩解Cd的毒害，這在蘿卜[25]、玉米[26]等植物上得到證實。本研究發(fā)現(xiàn)，Cd 脅迫下，人參菜的生長受到抑制，從而導(dǎo)致生物量降低；通過單獨施Se、單獨接菌和Se 菌交互應(yīng)用對人參菜的生長有一定的促進作用，人參菜的株高、莖粗、根長、植株分支數(shù)、生物量在一定程度上有提高。這與李繼偉等[27]通過施用生物炭和接種AM單獨或復(fù)合處理均能提高玉米的株高、生物量、光合色素含量、光合特性和抗氧化酶活性的研究結(jié)果相似。

蔬菜中維生素C、纖維素、可滴定酸含量等常作為評價蔬菜質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)。楊燕君等[28]研究發(fā)現(xiàn)，葉面施Se 均提高了3 種甜柿果實的可溶性糖、維生素C和可溶性固形物的含量，抑制柿樹體內(nèi)重金屬的積累，有效提高甜柿葉片及果實中的Se 含量，改善果實品質(zhì)。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，Cd 脅迫下人參菜葉片中品質(zhì)指標(biāo)變化趨勢為：總黃酮、總酚含量顯著增加，維生素C含量下降，可滴定酸、纖維素含量無顯著變化。其中，Se 菌交互處理使人參菜中可滴定酸、纖維素含量增加，且維生素C、總黃酮、總酚含量顯著增加，緩解Cd 脅迫效果最好；單獨施Se、單獨接菌效果次之。本試驗結(jié)果中維生素C 含量變化與戚霄晨等[29]通過葉面施硒甜櫻桃，果實維生素C 含量增加、部分重金屬的含量降低，果實品質(zhì)改善的結(jié)果相似。

礦質(zhì)元素對植物的生長及發(fā)育有重要作用，Cd脅迫會對植物礦質(zhì)元素的吸收產(chǎn)生影響。許多研究表明，Cd 顯著改變了必需元素的吸收和轉(zhuǎn)運水平，而Cd 通常會顯著降低這些基本元素在植物中的濃度[30]。Zhang 等[31]研究報道，Cd 引起植物體內(nèi)微量元素代謝失調(diào)，繼而抑制植物生長。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，Cd 脅迫下，人參菜葉片中Ca、Zn 含量顯著降低，而Mg、Fe、Cu 的含量變化不顯著。原因可能是因為Mg、Fe 是植物中的大量元素，且Mg 在植物中的移動性強，可以被重新分配和再利用[32]。通過單獨施Se、單獨接菌與 Se 菌交互處理，人參菜中 Ca、Cu、Zn 含量與Cd 處理相比增加，Mg、Fe 含量無顯著變化。本研究結(jié)果中的 Cu、Zn 含量變化與劉春梅等[33]施 Se 使 Cd 脅迫下寒地水稻葉片的Zn、Fe 含量增加、莖鞘Cu 含量增加的結(jié)果相似。本研究的部分結(jié)果與前人結(jié)果[34]略有不同，可能是與Se 的濃度、接菌的種類有關(guān)。施Se、接種AMF以及Se菌交互應(yīng)用如何影響Cd脅迫下人參菜對礦質(zhì)元素吸收，不僅與礦質(zhì)元素種類、施Se 濃度、接菌的種類和密度有關(guān)，還與植物種類、生長階段等均有關(guān)系，其作用機理有待于進一步的研究和證實。

本試驗研究發(fā)現(xiàn)，人參菜中Cd、Se 含量分布均為根＞地上部，且根系是Cd、Se 積累的主要部位。通過單獨施Se、單獨接菌與Se 菌交互處理可以直接抑制人參菜對Cd 的吸收，并阻止Cd 向地上部轉(zhuǎn)運。這與代鄒等[35]的研究結(jié)果一致，施Se能夠直接抑制水稻對Cd 的吸收。其原因之一可能是Se 和Cd 互相競爭根部中的相關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)合位點，導(dǎo)致Cd 與根部中的蛋白質(zhì)結(jié)合概率下降[36]；原因之二可能是AMF 在土壤中形成龐大的根外菌絲網(wǎng)絡(luò)，通過根外菌絲的過濾機制和螯合作用[37]，以及根部定殖的AMF 菌絲能夠結(jié)合進入根系的Cd離子，降低了Cd2+的移動性。

4 結(jié)論

（1）Cd 脅迫抑制了人參菜生長，使人參菜生物量降低，品質(zhì)下降，Cd 在人參菜內(nèi)積累，且根系是Cd 積累的主要部位。

（2）單獨施Se、單獨接菌和Se 菌交互處理均能促進人參菜的株高、莖粗、根長、植株分支數(shù)的生長，增加人參菜的生物量；人參菜品質(zhì)得到改善，其葉片中維生素C、總黃酮、總酚含量增加；單獨施Se、單獨接菌和Se 菌交互處理影響了人參菜葉片對Ca、Cu、Zn、Mg、Fe、Cd 的吸收，并阻止Cd2+往地上部轉(zhuǎn)運，從而緩解Cd 脅迫。綜合來看，以Se 菌交互處理效果最佳，單獨施Se、接菌處理效果次之。