不同茄子材料的鎘積累特性研究

李智榮 魯榮海 潘紹坤 楊柳 林立金 李紅艷 向娟 吳永枚

摘要：通過盆栽試驗，將12份茄子（Solanum melongena L.）材料幼苗種植于鎘污染的土壤中，研究了不同茄子材料在幼苗期和花期的生物量以及鎘積累特性。結(jié)果表明，不同茄子材料間的生物量和鎘含量均存在明顯差異。當(dāng)茄子處于苗期時，材料XN-Z1-2根系、莖稈、葉片及地上部生物量均較高，而材料“43-1”則相對較低;XN-Z1-2各器官鎘含量較低，而“43-1”各器官鎘含量均最高。當(dāng)茄子處于花期時， 材料“96-2”各器官的生物量整體上較高，而“43-1”各器官生物量均最低，各器官鎘含量最高，而材料ZF-Z1-2各器官鎘含量總體上較低。“43-1”是一種高鎘積累的茄子材料;XN-Z1-2和ZF-Z1-2生物量較高，且鎘積累量較低，是低鎘積累的茄子材料，能夠在鎘污染的環(huán)境中正常生長。

關(guān)鍵詞：茄子（Solanum melongena L.）;鎘脅迫;生物量

中圖分類號：S641.1? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）14-0097-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.14.019 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Abstract： Twelve eggplant （Solanum melongena L.） materials were planted in cadmium-contaminated soil by pot experiment to study the biomass and cadmium （Cd） accumulation characteristics at the seedling and flowering stages. The results showed that there were obvious differences between eggplant materials on biomass and Cd content. The biomass in root， stem， leaf and shoot of the material XN-Z1-2 were all higher， while that of the material “43-1” was relatively lower;the Cd content of different organs of material XN-Z1-2 was lower but that of the material “43-1” was all the highest when eggplant was at the seedling stage. Overall， the biomass of each organ of the material “96-2” was higher and that of the material “43-1” was the lowest; the Cd content was the highest in various organs of the material “43-1” and generally lower in the material ZF-Z1-2 if eggplant was in the flowering stage. In conclusion， “43-1” was a kind of eggplant material with high Cd accumulation; the material XN-Z1-2 and ZF-Z1-2， all possessed higher biomass and lower Cd accumulation， were eggplant materials with low Cd accumulation which could grow normally in Cd-contaminated soil.

Key words： eggplant （Solanum melongena L.）;cadmium stress;biomass

隨著工業(yè)和農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展，“三廢”排放、濫用農(nóng)藥、化肥以及不恰當(dāng)?shù)脑耘喙芾淼痊F(xiàn)象層出不窮，導(dǎo)致農(nóng)田土壤重金屬污染日趨嚴重[1-3]。其中，鎘是典型的重金屬污染元素之一，在具有全球性意義的12種危險化學(xué)物質(zhì)中被聯(lián)合國環(huán)境署列為首位危險化學(xué)物質(zhì)，也被歐盟列為優(yōu)先污染物[4]。目前，有關(guān)土壤鎘污染問題已引起人們廣泛關(guān)注，有研究表明，當(dāng)土壤環(huán)境中鎘含量達到甚至超過危險閾值時，作物的生長將會受到抑制，一系列生理生化機制受到嚴重破壞[5]。因其在土壤環(huán)境中遷移性較強，易被農(nóng)作物積累，特別是在一些可食性部位大量積累，甚至轉(zhuǎn)化成一些毒性更大的甲基化產(chǎn)物，通過食物鏈進入人體，給生命健康帶來很大的隱患[6-8]。因此，如何改善農(nóng)田土壤鎘污染現(xiàn)象，以提供給人們更安全更健康的農(nóng)產(chǎn)品，這一問題已受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注和研究。

目前，已有報道提出了多種治理土壤重金屬污染的方法，植物修復(fù)技術(shù)因其成本低，不破壞土壤結(jié)構(gòu)、不造成二次污染以及能夠有效地改善土壤重金屬污染問題等眾多優(yōu)點而成為研究的熱點[9，10]。已有研究表明，可以在鎘污染農(nóng)田上種植一些鎘低積累作物，不僅能夠得到符合國家食品衛(wèi)生標準的安全農(nóng)產(chǎn)品，而且能夠在一定程度上減輕土壤的鎘污染[11]。鑒于此，能夠篩選出合適的鎘低積累作物顯得尤為重要。研究者篩選出了不同種類的鎘低積累農(nóng)作物，但不同的作物品種眾多，且不同品種之間對鎘的積累是否存在差異，這些問題鮮見報道[6]。因此，有必要對作物不同品種間的鎘積累特性等相關(guān)問題進行研究。茄子（Solanum melongena L.）是中國種植面積較大的蔬菜作物之一，也是人們?nèi)粘Ｉ钪邢矏鄣氖澄?，因消費習(xí)慣與氣候的不同，形成了一系列各具特色的栽培品種[12]。鑒于此，本試驗通過研究鎘脅迫條件下12種茄子材料的幼苗生長情況和鎘含量，揭示茄子材料間鎘積累的差異，并篩選出低鎘積累的茄子材料，以期為這方面研究提供參考。

1 材料與方法

1.1試驗材料

供試茄子材料有“6-8-1”“16-1-2”“43-1”“96-2”“98-1”“100-1”“158-1”“187”“199-6”、4-1-4X、XN-Z1-2、ZF-Z1-2，均選自成都市農(nóng)林科學(xué)院種質(zhì)資源庫。

1.2試驗方法

2018年6月將取自成都市農(nóng)林科學(xué)院附近農(nóng)田的潮濕土壤，風(fēng)干，過5 mm篩，分別稱取6.0 kg風(fēng)干土壤裝于18 cm×26 cm（高×直徑）的塑料盆內(nèi)。同時，將預(yù)先配制的CdCl2·2.5H2O溶液加入土壤中，使得土壤鎘濃度達到10 mg/kg[13]，保持土壤田間持水量在80%左右，自然放置30 d，期間不定時翻土混勻。將不同茄子材料的種子于氣候箱中進行穴盤育苗，待3片真葉展開后分別移植于盆中（2018年7月），每盆6株，重復(fù)6次。在茄子幼苗生長階段，經(jīng)常澆水，使得土壤田間持水量保持在80%左右。

1.3項目測定

2018年8月，隨機將盆中3次重復(fù)茄子幼苗整株收獲，分別用自來水、去離子水清洗根、莖、葉片3個部分，隨后于烘箱110 ℃殺青15 min，75 ℃烘干至衡重，測定生物量;最后粉碎，用硝酸-高氯酸（體積比為4∶1）放置過夜后進行硝煮，用iCAP 6300型ICP光譜儀（Thermo Scientific，USA）測定鎘含量[14]。當(dāng)茄子處于花期時，使用上述方法測定剩余3次重復(fù)茄子各器官的生物量和鎘含量。

1.4數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)均采用DPS統(tǒng)計軟件進行分析，并應(yīng)用Duncan新復(fù)極差法進行差異顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同材料茄子幼苗不同器官的生物量

由表1可知，不同材料的茄子幼苗生物量存在明顯差異。茄子幼苗不同器官的生物量均是葉片最高，其次是莖稈，根系最低。其中，根系生物量在0.059 ～ 0.115 g/株，最高生物量是最低的1.95倍;地上部（含莖稈、葉片）生物量最高達到1.442 g/株，最低為0.611 g/株。在12份材料的茄子幼苗中，材料XN-Z1-2各器官生物量較高，而材料“43-1”則相對較低。這說明當(dāng)土壤鎘濃度為10 mg/kg時，“43-1”的生長受到了抑制作用，生物量較低;而相較于其他茄子材料，XN-Z1-2能夠很好地在鎘污染的土壤中生長。

2.2不同材料茄子幼苗不同器官的鎘含量

由表2可知，當(dāng)土壤鎘濃度為10 mg/kg時，不同茄子材料間鎘含量差異明顯。茄子幼苗根系中鎘含量總體上高于地上部分的鎘含量。在12份材料茄子幼苗中，XN-Z1-2各器官鎘含量較低，其中根系鎘含量為0.028 0 mg/kg，地上部鎘含量為0.027 0 mg/kg;而材料“43-1”各器官鎘含量最高，根系中鎘含量達到0.057 1 mg/kg，地上部為0.044 7 mg/kg，相較于材料XN-Z1-2分別增加了1.04倍和0.66倍。材料XN-Z1-2生長在鎘污染土壤環(huán)境中，其鎘積累的含量較低，表明該材料茄子幼苗對鎘有較強的耐性，具有鎘低積累特性。相反，材料“43-1”鎘積累的含量最高，對鎘的耐性較其他材料弱。

2.3不同材料茄子花期時不同器官的生物量

由表3可知，當(dāng)茄子正值花期時，不同材料茄子的生物量存在明顯差異。茄子各器官生物量中，葉片最高，根系最少。在12份茄子材料中，“96-2”各器官的生物量總體上較高，其中根系生物量達到3.527 g/株，地上部分達到12.505 g/株;而材料“43-1”各器官生物量均最低，根系為0.832 g/株，地上部分為4.639 g/株，相較于“96-2”分別降低了76.4%和62.9%。當(dāng)土壤鎘濃度為10 mg/kg時，材料“96-2”表現(xiàn)出良好的生長狀態(tài)，而“43-1”各器官生物量最低，生長受到抑制。

2.4不同材料茄子花期各器官的鎘含量

由表4可知，當(dāng)茄子處于花期時，不同材料茄子各器官鎘含量差異明顯，且比茄子幼苗時期的鎘含量要低。在12份茄子材料中，材料“43-1”各器官鎘含量達到最高，其中根系鎘含量為0.030 9 mg/kg，地上部分為0.022 8 mg/kg;而材料ZF-Z1-2各器官鎘含量總體上較低，其中地上部分與其他材料地上部分相比鎘含量最低，為0.013 9 mg/kg，比材料“43-1”降低了39.0%。材料 ZF-Z1-2花期時不同器官鎘積累的含量較低，對鎘具有較強的耐性，屬于鎘低積累的茄子材料;與茄子幼苗時期一致，材料“43-1”是鎘高積累的茄子材料。

3 小結(jié)與討論

本試驗結(jié)果顯示，當(dāng)土壤鎘濃度為10 mg/kg時，不同茄子材料的根系、莖稈和葉片的生物量以及鎘含量存在明顯差異。關(guān)于不同品種作物對于鎘或是其他重金屬元素積累差異的相關(guān)研究已有報道。焦洪靜等[6]通過盆栽試驗研究了13種茄子苗對鎘積累和耐性的品種間差異，指出不同品種間幼苗根系和地上部的鎘含量存在顯著差異，篩選出了遼茄三號，該品種對鎘積累的含量較低，有較強的耐性，具有鎘低積累特征。高夕彤等[1]通過研究不同番茄品種在鎘脅迫下的耐抗性，篩選出了鎘低積累番茄品種。本試驗同樣在幼苗期和花期分別篩選出了鎘低積累的茄子材料，即XN-Z1-2和ZF-Z1-2。劉洪濤[15]通過研究鎘對番茄幼苗生長和鎘積累的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)鎘濃度超過一定閾值時，番茄的生長受到抑制和毒害作用，導(dǎo)致生物量下降。宋建等[16]通過盆栽試驗研究了番茄對鎘吸收累積的品系間差異，發(fā)現(xiàn)在鎘處理下，不同品種番茄的果實、地上部及根系的生物量均沒有顯著變化。與上述研究報道不同，在本試驗中，不同茄子材料的根系、莖稈、葉片及地上部的生物量均存在明顯差異，并篩選出了材料“43-1”，該種茄子材料無論在苗期還是花期各器官的生物量均為最低，且鎘含量均為最高。可見，在鎘脅迫下與其他茄子材料相比，“43-1”的生長受到抑制，且對鎘的抗性較弱，屬于鎘高積累的茄子材料。

綜上所述，在本試驗的12份茄子材料中，“43-1”屬于對鎘耐性最弱的茄子材料;相反，XN-Z1-2和ZF-Z1-2分別在茄子苗期和花期各器官鎘含量較低，對鎘具有較強的耐性，屬于鎘低積累的茄子材料，能夠在鎘污染的土壤中正常生長。

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