十一個(gè)辣椒品種的鎘富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力比較

柴冠群 蔡景行 吳道明 秦松 范成五 劉桂華 王麗 蔣亞

摘 要 為篩選出低鎘（Cd）累積辣椒品種，在遵義某地分析了大田條件下鎘污染土壤中種植11個(gè)辣椒品種的果實(shí)Cd富集能力和不同部位Cd轉(zhuǎn)運(yùn)差異。結(jié)果表明，在土壤Cd含量（0.42 mg·kg-1）超出風(fēng)險(xiǎn)篩選值（0.3 mg·kg-1）的實(shí)驗(yàn)條件下，所有辣椒品種果實(shí)Cd含量均超出國(guó)標(biāo)限值（0.1 mg·kg-1）；辣椒各部位中Cd含量最低的為果實(shí)，其中果實(shí)Cd含量最低的辣椒品種為金珠7號(hào)和世農(nóng)錄森，均為0.42 mg·kg-1；辣椒品種中果實(shí)Cd富集能力最弱的為金珠7號(hào)，果實(shí)Cd富集系數(shù)為0.99；莖葉向果實(shí)的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)與辣椒果實(shí)Cd含量呈極顯著正相關(guān)（p＜0.05），這表明辣椒地上部營(yíng)養(yǎng)器官（莖葉）對(duì)Cd的再分配能力可能為影響果實(shí)Cd含量的關(guān)鍵因子。綜上所述，本研究區(qū)種植辣椒產(chǎn)品可能會(huì)帶來Cd超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)人體健康造成潛在威脅，建議種植其他低Cd富集作物或開展相關(guān)鎘污染修復(fù)措施。

關(guān)鍵詞 鎘污染；辣椒品種；富集能力；轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.09.012

鎘（Cadmium，Cd）是一種具有極強(qiáng)生物毒性的重金屬元素，可在土壤環(huán)境中不斷累積，當(dāng)土壤中鎘含量超出了土壤自凈能力范圍將造成土壤鎘污染，從而會(huì)降低土壤肥力、影響植物生長(zhǎng)發(fā)育，并且鎘還可通過食物鏈富集對(duì)人體健康造成危害[1]。如今，隨著工業(yè)“三廢”的大量排放，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥和化肥的大量施用，導(dǎo)致鎘通過各種途徑進(jìn)入土壤環(huán)境中，加劇了鎘的污染[2]。根據(jù)2014年環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，全國(guó)土壤鎘的點(diǎn)位超標(biāo)率高達(dá)7.0%，在無(wú)機(jī)污染物中排名首位，其中，鎘重度污染點(diǎn)位比例為0.5%[3]。有研究表明，貴州省耕地土壤Cd背景值遠(yuǎn)大于全國(guó)平均值[4]，貴州種植的農(nóng)產(chǎn)品可能存在超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，需要采取相應(yīng)措施修復(fù)Cd污染土壤，降低農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)階段常用的農(nóng)田鎘污染修復(fù)方法主要有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)等[5]，其途徑均為降低土壤中鎘的毒性、有效性、遷移性等特性，從而達(dá)到修復(fù)的目的。同一農(nóng)作物不同品種對(duì)Cd的富集能力存在顯著差異[6]，因此，可通過品種篩選出適合不同地區(qū)當(dāng)?shù)胤N植的鎘低富集農(nóng)作物。

辣椒是一種茄果類蔬菜，為全球消費(fèi)量最大的辛辣調(diào)味品，因具有調(diào)味作用且富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而受到人們廣泛食用[7]。貴州作為全國(guó)種植和食用辣椒最早的省份之一，年種植面積超過37萬(wàn)hm2，且常年穩(wěn)居全國(guó)第一[8]。然而，研究表明辣椒具有較強(qiáng)富集Cd能力[9]，有調(diào)查發(fā)現(xiàn)在貴州喀斯特地區(qū)辣椒果實(shí)中Cd的超標(biāo)率高達(dá)85.71%[10]，過量的鎘會(huì)影響辣椒的光合作用，從而抑制辣椒的生長(zhǎng)發(fā)育[11]。因此，在貴州耕地土壤中Cd背景值較高的背景下[4]，種植辣椒存在潛在Cd超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)貴州辣椒產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展造成威脅。

研究表明，不同辣椒品種之間存在基因型差異，因此對(duì)土壤中Cd的富集能力也不同[12]。有研究者指出，通過作物不同品種對(duì)重金屬富集能力的差異，挑選合理品種進(jìn)行種植，可有效降低食品安全風(fēng)險(xiǎn)[13]。辣椒不同部位對(duì)鎘吸收累積能力也不同，有研究指出辣椒莖對(duì)鎘的富集能力較強(qiáng)，富集系數(shù)大于根和果實(shí)[14]。另有研究指出，辣椒各部位中根的Cd富集能力最強(qiáng)，其次為莖、葉、果實(shí)[15]，可見不同試驗(yàn)條件下或不同辣椒品種種植對(duì)辣椒各部位的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)能力具有一定影響。由此，本研究選取了貴州省遵義市主栽的11個(gè)辣椒品種進(jìn)行鎘富集能力差異的觀察比較，針對(duì)辣椒品種對(duì)鎘的吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)能力進(jìn)行系統(tǒng)分析，以期為貴州省辣椒產(chǎn)業(yè)中低Cd累積品種的選育提供參考。

1 ?材料與方法

1.1 ?野外調(diào)查

1.1.1 ?研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省北部遵義市某地，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫在11.5～17.5 ℃。雨量充沛，年平均降水量在900～1 250 mm，海拔900～1 300 m。子彈頭辣椒、朝天椒等品種為當(dāng)?shù)刂髟岳苯奉愋?，耕地土壤類型主要為黃壤與石灰土。

1.1.2 ?樣品采集

2021年9月，在研究區(qū)采集11個(gè)辣椒品種的根、莖、葉、成熟果實(shí)，辣椒品種包括艷椒335、湘秀137、長(zhǎng)子彈、黔椒8號(hào)、金珠7號(hào)、世農(nóng)錄森、龍艷2號(hào)、紅亮大將軍、草莓椒2號(hào)、黔辣10、銳秀。所有植物樣品均采用超純水洗凈后放置備用。

1.1.3 ?土壤理化性質(zhì)

研究區(qū)土壤屬酸性土壤，pH值為6.02，有機(jī)質(zhì)含量為20.14 g·kg-1，全氮、全磷、全鉀含量分別為1.86、1.05、14.02 g·kg-1，有效Cd、全Cd含量分別為0.13、0.42 mg·kg-1。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618-2018）表明該研究區(qū)農(nóng)用地土壤已超出Cd風(fēng)險(xiǎn)篩選值（0.3 mg·kg-1）。

1.2 ?品種篩選

針對(duì)遵義市主栽的十一個(gè)辣椒品種，分析不同品種辣椒Cd富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力差異。

1.3 ?樣品處理及測(cè)定

所有辣椒根、莖、葉、果實(shí)樣品采集完畢后均立即放置于恒溫鼓風(fēng)干燥箱中在105 ℃下殺青30 min，再置于40 ℃烘干至恒重。將所有植物樣品經(jīng)FW-100高速萬(wàn)能粉碎機(jī)磨碎，再經(jīng)球磨儀研磨，過0.149 mm尼龍篩，放置于自封袋中待測(cè)。

植物樣品僅測(cè)定Cd含量，采用Cadence土壤重金屬分析儀（HD Rocksand，美國(guó)XOS）測(cè)定，該分析儀基于HDXRF技術(shù)。將植物樣品添加約0.300 g至測(cè)樣杯中，放置于分析儀測(cè)定卡槽中待測(cè)，檢測(cè)時(shí)間約為7 min，測(cè)定完畢后記錄數(shù)據(jù)。采用植物標(biāo)樣（GBW100355）進(jìn)行質(zhì)量控制，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)回收率為101%～117%。

1.4 ?評(píng)價(jià)方法與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

采用富集系數(shù)（biological enrichment factor，

BCF）[10]評(píng)估不同品種辣椒對(duì)土壤Cd的富集能力，用整株辣椒Cd質(zhì)量濃度與土壤Cd質(zhì)量濃度比值表示，其計(jì)算公式如下：

CBCF=ωCdl/ωCdt （1）

采用轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（transport factor， TF）[16]評(píng)估不同類型朝天椒b部位向a部位轉(zhuǎn)運(yùn)Cd的能力，用朝天椒a部位與其b部位Cd質(zhì)量濃度比值表示，其計(jì)算公式如下：

CTF=ωCdla/ωCdlb ?（2）

公式（1）（2）中，ωCdl為整株辣椒中Cd的質(zhì)量濃度（mg·kg-1），ωCdt為根際土Cd的質(zhì)量濃度（mg·kg-1），ωCdla、ωCdlb分別為辣椒a部位、b部位Cd的質(zhì)量濃度（mg·kg-1）。

1.5 ?數(shù)據(jù)分析

辣椒樣品各數(shù)據(jù)的整理計(jì)算均采用WPS Office處理；相關(guān)性分析采用皮爾遜法，差異性分析采用鄧肯法，差異顯著水平為5%，平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和相關(guān)性分析均使用IBM SPSS Statistics 26處理分析；數(shù)據(jù)圖的制作使用Origin 2022。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?不同辣椒品種中各部位Cd含量差異分析

不同辣椒品種各部位中Cd含量如表1所示。由表可知，所有辣椒品種果實(shí)中Cd含量均超出《綠色食品 辣椒制品》（NY/T1711-2020）中Cd含量標(biāo)準(zhǔn)限值0.1 mg·kg-1，其中，果實(shí)Cd含量最高的辣椒品種為草莓椒2號(hào)，Cd含量為0.94 mg·kg-1，超出標(biāo)準(zhǔn)限值8.4倍；果實(shí)Cd含量最低的辣椒品種為世農(nóng)錄森和金珠7號(hào)，Cd含量為0.42 mg·kg-1，顯著小于草莓椒2號(hào)、艷椒335、紅亮大將軍、長(zhǎng)子彈、黔辣10和銳秀果實(shí)Cd含量（p＜0.05），其余辣椒品種果實(shí)中Cd含量均超標(biāo)4.2～6.4倍。不同辣椒品種中，根Cd含量最高的為草莓椒2號(hào)，為1.28 mg·kg-1，最低的為金珠7號(hào)，為0.93 mg·kg-1，其余辣椒品種根Cd含量為0.95～1.26 mg·kg-1；莖Cd含量最高的為草莓椒2號(hào)，為1.94 mg·kg-1，最低的為世農(nóng)錄森，為1.24 mg·kg-1，其余辣椒品種莖Cd含量為1.34～1.89 mg·kg-1；葉Cd含量最高的為黔辣10，為2.17 mg·kg-1，最低的為世農(nóng)錄森，為1.28 mg·kg-1，其余辣椒品種葉Cd含量為1.47～2.01 mg·kg-1。所有辣椒品種中，艷椒335、黔椒8號(hào)、金珠7號(hào)、世農(nóng)錄森、龍艷2號(hào)、紅亮大將軍、草莓椒2號(hào)、黔辣10和銳秀辣椒不同部位中Cd含量呈葉＞莖＞根＞果實(shí)，結(jié)果表明，這9個(gè)辣椒品種組織中Cd更易在葉中累積，而辣椒品種湘秀137和長(zhǎng)子彈不同部位中Cd含量呈莖＞葉＞根＞果實(shí)，表明這2個(gè)辣椒品種中Cd更易在莖中累積。通過對(duì)所有辣椒品種不同部位中Cd含量對(duì)比分析，11個(gè)辣椒品種不同部位中均為果實(shí)富集能力最低。綜上所述，在研究區(qū)鎘污染土壤中種植這11個(gè)辣椒品種，辣椒各部位中，相較于果實(shí)，Cd更易在莖、葉、根中富集，但所有辣椒品種果實(shí)Cd含量均超出標(biāo)準(zhǔn)限值，其中，世農(nóng)錄森和金珠7號(hào)果實(shí)中Cd含量最低，仍超出標(biāo)準(zhǔn)限值3.2倍。

2.2 ?不同辣椒品種各部位之間的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)差異分析

不同辣椒品種各部位之間的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)如表2所示。由表所示，所有辣椒品種中，根向莖的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)CTF（根→莖）最高的為龍艷2號(hào)，為1.77，最低的為艷椒335，為1.13；莖向葉的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)CTF（莖→葉）最高的為金珠7號(hào)，為1.50，最低的為湘秀137和長(zhǎng)子彈，均為0.93；葉向果實(shí)的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)CTF（葉→果）最高的為草莓椒2號(hào)，為0.47，最低的為金珠7號(hào)，為0.21。十一個(gè)辣椒品種，根向莖的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)CTF（根→莖）平均值為1.41，莖向葉的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)CTF（莖→葉）平均值為1.14，葉向果實(shí)的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)CTF（葉→果）平均值為0.36，CTF（根→莖）、CTF（莖→葉）大于CTF（葉→果）。結(jié)果表明，葉向果實(shí)的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)小于根向莖和莖向葉的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)平均值按大小順序?yàn)楦蚯o＞莖向葉＞葉向果，這可能為果實(shí)Cd富集能力小于莖、葉、根的關(guān)鍵因子。

2.3 ?不同辣椒品種果實(shí)Cd富集系數(shù)差異分析

Cd富集系數(shù)是反映植物中Cd累積的重要指標(biāo)。不同辣椒品種果實(shí)Cd富集系數(shù)如圖1所示。由圖可見，所有辣椒品種中，僅有金珠7號(hào)果實(shí)Cd富集系數(shù)均小于1，其余辣椒品種Cd富集系數(shù)均大于或等于1。其中，最低的品種為金珠7號(hào)，果實(shí)Cd富集系數(shù)為0.99，最高的品種為草莓椒2號(hào)，果實(shí)Cd富集系數(shù)為2.24，辣椒品種草莓椒2號(hào)較世農(nóng)錄森的果實(shí)Cd富集系數(shù)大126.26%（p＜0.05）；金珠7號(hào)的果實(shí)Cd富集系數(shù)顯著小于草莓椒2號(hào)、艷椒335、紅亮大將軍、長(zhǎng)子彈、黔辣10和銳秀（p＜0.05），與湘秀137、黔椒8號(hào)、金珠7號(hào)、龍艷2號(hào)無(wú)顯著差異（p＞0.05）。結(jié)果表明，辣椒品種是影響果實(shí)Cd富集系數(shù)的重要因子，在本研究區(qū)鎘污染土壤（0.42 mg·kg-1）中種植這11個(gè)辣椒品種，金珠7號(hào)對(duì)土壤中Cd富集能力最弱。

2.4 ?不同辣椒品種根向地上部的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)差異分析

不同辣椒品種根向地上部的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)如圖2所示，所有品種中，根向地上部的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最大的為黔辣10（4.17），最小的為世農(nóng)錄森（2.87），其余辣椒品種的根向地上部的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)在2.93～4.05，按根向地上部的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)由大到小為黔辣10＞龍艷2號(hào)＞金珠7號(hào)＞草莓椒2號(hào)＞湘秀137＞長(zhǎng)子彈＞銳秀＞艷椒335＞紅亮大將軍＞黔椒8號(hào)＞世農(nóng)錄森。其中，世農(nóng)錄森的根向地上部的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)顯著小于湘秀137、長(zhǎng)子彈、金珠7號(hào)、龍艷2號(hào)、草莓椒2號(hào)、黔辣10和銳秀（p＜0.05），與艷椒335、黔椒8號(hào)、紅亮大將軍無(wú)顯著差異（p＞0.05）。綜上，世農(nóng)錄森為根向地上部的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最小的辣椒品種。

2.5 ?果實(shí)Cd含量與不同Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)相關(guān)性分析

辣椒果實(shí)Cd含量與不同Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)相關(guān)性分析如圖3所示。由圖3A可見，果實(shí)Cd含量與莖向果實(shí)的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)呈線性正相關(guān)，由圖3B可見，果實(shí)Cd含量與葉向果實(shí)的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)呈線性正相關(guān)，果實(shí)Cd含量會(huì)隨Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的增大而增大，隨Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的減小而減小。莖葉向果實(shí)的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)是果實(shí)Cd累積的關(guān)鍵因子。

3 ?討論與結(jié)論

目前，我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量不斷下降，土壤重金屬污染問題日益嚴(yán)重。大量研究表明，土壤鎘污染已對(duì)糧食安全造成嚴(yán)重影響，植物中過量鎘累積會(huì)抑制植物光合作用、呼吸作用等，進(jìn)而影響植物正常生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致農(nóng)作物品質(zhì)和產(chǎn)量的降低[17]，甚至威脅人體健康，人體內(nèi)過量鎘蓄積會(huì)造成腎、肺、生殖系統(tǒng)等器官損傷，并具有長(zhǎng)潛伏期、不可逆損傷等特點(diǎn)[18]，因此，鎘低富集農(nóng)作物品種的篩選已刻不容緩。辣椒作為我國(guó)蔬菜種植面積的第二位[19]，且具有較強(qiáng)Cd富集能力[9]，在鎘污染地區(qū)種植易造成果實(shí)中Cd含量超出標(biāo)準(zhǔn)限值，因此辣椒鎘污染問題不容小視。貴州作為辣椒種植面積位居全國(guó)第一的地區(qū)[8]，且具有較為完善的辣椒產(chǎn)業(yè)，耕地土壤具有較高Cd背景值[4]，導(dǎo)致貴州面臨嚴(yán)重的辣椒鎘污染風(fēng)險(xiǎn)；辣椒可通過食物鏈進(jìn)入人體，進(jìn)而食用辣椒可能對(duì)人體具有潛在健康風(fēng)險(xiǎn)。目前，降低辣椒鎘累積具有多種方式，郭永杰等發(fā)現(xiàn)施用葉面阻控劑可降低辣椒產(chǎn)品中Cd含量[20]，劉峰等通過辣椒品種篩選在71個(gè)品種中篩選出5個(gè)辣椒低Cd累積品種[21]，文雄等發(fā)現(xiàn)施加海泡石可顯著降低辣椒果實(shí)中的Cd富集系數(shù)[22]，王磊等發(fā)現(xiàn)施加鉀肥不僅可降低果實(shí)中Cd含量，還可提高辣椒產(chǎn)量[23]。這些不同方式對(duì)不同地區(qū)辣椒產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義，為降低辣椒鎘累積提高了更多實(shí)踐方案。

前人研究表明，不同辣椒品種具有不同Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和富集能力[24]，不同土壤類型中辣椒各部位Cd轉(zhuǎn)運(yùn)能力均有差異，造成各部位Cd含量不同[25]。本研究區(qū)土壤類型主要為黃壤和石灰土，所有辣椒品種中，艷椒335、黔椒8號(hào)、金珠7號(hào)、世農(nóng)錄森、龍艷2號(hào)、紅亮大將軍、草莓椒2號(hào)、黔辣10和銳秀辣椒不同部位中Cd含量呈葉＞莖＞根＞果實(shí)，湘秀137和長(zhǎng)子彈不同部位中Cd含量呈莖＞葉＞根＞果實(shí)，所有品種均為果實(shí)中Cd含量最低，這與楊曉磊等[26]研究一致。該研究結(jié)果顯示，莖葉向果實(shí)的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)與辣椒果實(shí)Cd含量呈極顯著正相關(guān)，這與趙首萍等[27]研究一致；所有品種中果實(shí)Cd含量最低的為金珠7號(hào)和世農(nóng)錄森，果實(shí)Cd富集系數(shù)最弱的為金珠7號(hào)，其中，所有辣椒品種中，莖向葉的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最大的為金珠7號(hào)，葉向果實(shí)的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最小的也為金珠7號(hào)，而金珠7號(hào)為果實(shí)Cd富集系數(shù)最弱的品種，這表明辣椒地上部營(yíng)養(yǎng)器官（莖葉）對(duì)Cd的再分配能力可能會(huì)影響果實(shí)中Cd含量，這與邵曉慶等[28]研究一致。綜上所述，本研究中，在本研究區(qū)鎘污染土壤中種植此11個(gè)辣椒品種，果實(shí)Cd富集能力最弱的為金珠7號(hào)，但其果實(shí)Cd含量仍超出《綠色食品 辣椒制品》（NY/T1711-2020）中標(biāo)準(zhǔn)限值（0.1 mg·kg-1）。

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（責(zé)任編輯：丁志祥）