葉面噴施Na2SiO3對(duì)朝天椒產(chǎn)量、品質(zhì)與Cd 吸收累積的影響

柴冠群，隋巖峰，楊 帆，秦 松，范成五

（1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，貴州 貴陽 550006；2.中低品位磷礦及其共伴生資源高效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550002）

我國(guó)年均種植辣椒1.33×106hm2左右，約占全球辣椒種植面積的40%，辣椒已成為我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物[1]。有報(bào)道顯示，辣椒屬于鎘（Cd）高富集蔬菜，尤其是朝天椒[2-3]，對(duì)土壤Cd 的富集系數(shù)可達(dá)3.04[4]。Cd 在人體中不易代謝排出，累積過量會(huì)對(duì)內(nèi)臟、免疫系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)等造成不利影響[5]。貴州[4]、重慶[6]與云南[7]等多地出現(xiàn)辣椒Cd 超標(biāo)現(xiàn)象，影響椒農(nóng)經(jīng)濟(jì)效益。因此，開展辣椒果實(shí)Cd消減技術(shù)研究對(duì)保障食辣人群健康和椒農(nóng)經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

辣椒果實(shí)Cd 消減技術(shù)成為近年的研究熱點(diǎn)。陳德等[8]發(fā)現(xiàn)，施用9 t∕hm2海泡石能夠顯著降低小米椒果實(shí)Cd 含量，降幅為54%；鞏雪峰等[9]發(fā)現(xiàn)，葉面噴施γ-聚谷氨酸不僅能夠提高辣椒產(chǎn)量，而且能夠顯著降低辣椒植株Cd 含量，降幅為19.05%；李磊等[10]發(fā)現(xiàn)，葉面噴施硒的辣椒產(chǎn)量與品質(zhì)顯著增加，果實(shí)Cd含量降低約60%。與原位鈍化技術(shù)相比，葉面調(diào)控直接作用于作物本身，不會(huì)對(duì)土壤造成2 次污染[11]。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部將葉面調(diào)控措施作為中輕度Cd污染耕地安全利用技術(shù)之一[12]。

土壤中硅（Si）多以硅酸鹽結(jié)晶或沉淀的形式存在，作物能直接吸收利用的Si 只占少數(shù)，多以SiO2·nH2O 形態(tài)分布于表皮細(xì)胞和細(xì)胞壁中[13]。研究證實(shí)，Si對(duì)作物具有提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)、緩解Cd毒害等作用，如劉天昊等[14]發(fā)現(xiàn)，葉面噴施Si能夠顯著促進(jìn)玉米干物質(zhì)、果糖與粗蛋白含量增加；王晶等[15]也發(fā)現(xiàn)，增施Si 肥可以顯著改善枸杞漿果可溶性糖與維生素C（Vc）含量；有研究發(fā)現(xiàn)，Si能夠顯著降低小麥[16]、水稻[17]等禾本科作物籽粒Cd 含量。Si 可以減少植物對(duì)重金屬的吸收，促進(jìn)植物生長(zhǎng)和生物量的增加，其關(guān)鍵機(jī)制包括降低生長(zhǎng)介質(zhì)中活性重金屬離子、絡(luò)合或共沉淀重金屬離子，改變細(xì)胞結(jié)構(gòu)以及調(diào)控金屬轉(zhuǎn)運(yùn)基因的表達(dá)等，然而這些機(jī)制可能與植物種類、基因型、生長(zhǎng)條件和脅迫時(shí)間等有關(guān)[13]。有報(bào)道發(fā)現(xiàn)，施用Si 促進(jìn)了玉米對(duì)Cd 的吸收[18-19]；劉吉振等[20]也發(fā)現(xiàn)，葉面噴施有機(jī)Si 顯著降低了世農(nóng)朝天椒果實(shí)Cd 含量，而顯著增加了艷椒425 果實(shí)Cd 含量，說明Si 可能對(duì)作物不同品種吸收Cd 的作用效果不同。目前，鮮見葉面噴施Na2SiO3對(duì)朝天椒產(chǎn)量、品質(zhì)及其吸收轉(zhuǎn)運(yùn)Cd影響的相關(guān)報(bào)道。鑒于此，通過水培試驗(yàn)，研究0.3 mg∕L Cd 脅迫下，葉面噴施Na2SiO3溶液對(duì)朝天椒產(chǎn)量、品質(zhì)及其吸收轉(zhuǎn)運(yùn)Cd 的影響，以便明確葉面噴施Na2SiO3對(duì)朝天椒的作用效果，旨在為辣椒Cd安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

以青紅元帥為供試?yán)苯菲贩N，其形狀為指型，屬單生朝天椒，其種子購自重慶市益農(nóng)農(nóng)業(yè)有限公司。供試Na2SiO3和Cd（NO3）2均為分析純，購自貴陽欣興星物資有限公司。水培營(yíng)養(yǎng)液購自青島空中花園綠化工程有限公司，其Cd含量未檢出。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用水培試驗(yàn)，于2021 年4—9 月在貴州省土壤肥料研究所溫室大棚進(jìn)行。探究0.3 mg∕L Cd 脅迫條件下，葉面噴施不同濃度Na2SiO3溶液對(duì)朝天椒產(chǎn)量、品質(zhì)與吸收轉(zhuǎn)運(yùn)Cd能力的影響。參照文獻(xiàn)[21]的方法進(jìn)行育苗與移栽，向水培液中加入一定體積的10 mol∕L 的Cd（NO3）2溶液使水培液中Cd 質(zhì)量濃度為0.3 mg∕L，每3 d 更換1 次水培液。試驗(yàn)設(shè)置了3個(gè)處理，即3個(gè)濃度的Na2SiO3溶液，分別為0 mmol∕L（CK）、3 mmol∕L（Si3）與5 mmol∕L（Si5），每個(gè)處理5株辣椒，1株辣椒表示1次重復(fù)。在辣椒苗期、顯蕾期與開花坐果期，使用噴霧器向辣椒葉片正反面均勻噴施Na2SiO3溶液，以形成水珠且不下落為準(zhǔn)。

1.3 樣品處理與測(cè)定

1.3.1 辣椒樣品處理 參照文獻(xiàn)[21]對(duì)辣椒樣品進(jìn)行處理，將植株分為根、主莖、叉莖、主莖上葉、叉莖上葉與果實(shí)6 個(gè)部分，稱量每次采集的辣椒果實(shí)的鮮質(zhì)量。辣椒各部位樣品在電熱鼓風(fēng)干燥箱105 ℃殺青30 min，60 ℃烘干，稱量辣椒各部位干質(zhì)量，莖葉干質(zhì)量為主莖、叉莖、主莖上葉、叉莖上葉4 個(gè)部分干質(zhì)量之和，用粉碎機(jī)將辣椒各部位粉碎后保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 辣椒樣品檢測(cè) 采用HNO3-HClO4（體積比4∶1）對(duì)辣椒各部位樣品進(jìn)行消解，稀HCl 定容，ICP-MS 測(cè)定其Cd 含量。消解辣椒樣品時(shí)，同時(shí)消解3個(gè)大米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW 100348）判斷樣品消解與檢測(cè)的準(zhǔn)確性，其Cd實(shí)際測(cè)定值與參考值相對(duì)偏差低于10%。參照文獻(xiàn)[22]檢測(cè)果實(shí)可溶性糖、可溶性蛋白、氨基酸、辣椒堿、維生素C（Vc）含量等品質(zhì)指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用轉(zhuǎn)運(yùn)效率（Transport factor of Cd from b to a，TFa/b）表示辣椒b 部位向a 部位轉(zhuǎn)運(yùn)Cd 的效率[2]，具體計(jì)算公式如下：

其中，Ca、Cb分別表示辣椒a、b 部位Cd 含量（mg∕kg）。

采用Office 2010 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，運(yùn)用SPSS 20 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)用Sigmaplot 14.0軟件作圖，采用Duncan’s 法進(jìn)行差異顯著性分析，顯著水平為0.05，采用Pearson 雙側(cè)檢驗(yàn)分析相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面噴施Na2SiO3對(duì)朝天椒產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

2.1.1 產(chǎn)量 從表1 可以看出，與CK 相比，Si3處理果實(shí)干質(zhì)量、叉莖干質(zhì)量、主莖干質(zhì)量、叉莖上葉干質(zhì)量、主莖上葉干質(zhì)量與整株干質(zhì)量差異均不顯著，但Si3處理果實(shí)鮮質(zhì)量與根干質(zhì)量顯著高于CK；Si5處理辣椒各部位質(zhì)量較CK 與Si3處理顯著提高。與CK 相比，Si5處理辣椒果實(shí)鮮質(zhì)量與干質(zhì)量分別增加16.29%、15.26%，整株干質(zhì)量增幅為21.35%。說明在Cd 脅迫條件下，Si5處理能夠顯著增加朝天椒產(chǎn)量。

表1 不同處理朝天椒各部位生物量Tab.1 The biomass of each part of pod pepper in different treatmentsg

2.1.2 果實(shí)品質(zhì) 從表2 可以看出，隨葉面噴施Na2SiO3濃度的增加，果實(shí)的可溶性糖、可溶性蛋白、氨基酸、Vc與辣椒堿含量均呈增加趨勢(shì)。Si3處理果實(shí)的可溶性糖、氨基酸和辣椒堿含量與CK 差異不顯著，可溶性蛋白與Vc 含量均顯著高于CK。Si5處理果實(shí)可溶性糖、可溶性蛋白、氨基酸、Vc、辣椒堿含量均顯著高于CK 和Si3，分別提高14.78% 和13.22%、47.54% 和34.57%、45.93% 和38.12%、44.59%和17.27%、17.84%和16.58%。說明葉面噴施5 mmol∕L Na2SiO3溶液能夠顯著改善朝天椒品質(zhì)。

表2 不同處理朝天椒果實(shí)品質(zhì)特征Tab.2 Characteristics of pod pepper fruit quality in different treatments

2.2 葉面噴施Na2SiO3對(duì)朝天椒Cd吸收與累積的影響

2.2.1 朝天椒不同部位Cd 含量 由表3 可知，不同部位Cd 含量順序表現(xiàn)為主莖上葉＞根＞叉莖上葉＞果實(shí)＞主莖＞叉莖；此外，隨葉面噴施Na2SiO3溶液濃度增加，辣椒果實(shí)、叉莖、主莖、主莖上葉、根與整株中Cd 含量均呈降低趨勢(shì)，Si5處理各部位Cd 含量均顯著低于另外2 個(gè)處理。與CK 相比，Si3與Si5處理果實(shí)Cd 含量分別降低11.30%與28.69%，Si5處理叉莖、主莖、主莖上葉、根與整株Cd 含量分別降低25.42%、10.60%、12.43%、7.46%、14.88%。

表3 不同處理朝天椒不同部位Cd含量特征（干質(zhì)量）Tab.3 Characteristics of Cd content in different parts of pod pepper with different treatments（dry weight）mg∕kg

2.2.2 朝天椒不同部位Cd 累積特征 由圖1A 可知，葉面噴施Na2SiO3溶液顯著降低辣椒果實(shí)Cd 累積量，顯著增加莖葉與根Cd累積量，對(duì)整株Cd累積量無顯著影響。與CK 相比，Si5處理果實(shí)Cd 累積量降低19.43%。由圖1B 可知，葉面噴施Na2SiO3溶液降低Cd 在果實(shí)中的分配比例，Si5處理Cd 在果實(shí)中的分配比例較CK 降低7.99 個(gè)百分點(diǎn)；葉面噴施Na2SiO3溶液增加Cd 在莖葉與根中的分配比例，與CK 相比，Si5處理Cd 在莖葉與根中的分配比例分別增加5.14、2.85個(gè)百分點(diǎn)。

圖1 不同處理朝天椒不同部位Cd累積特征Fig.1 Cd accumulation characteristics of different parts of pod pepper in different treatments

2.3 葉面噴施Na2SiO3對(duì)朝天椒Cd轉(zhuǎn)運(yùn)效率的影響

從表4 可以看出，與CK 相比，葉面噴施Na2SiO3溶液顯著降低了根向果實(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)Cd的效率（TF果實(shí)∕根）、叉莖向果實(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)Cd 的效率（TF果實(shí)∕叉莖）、主莖向果實(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)Cd 的效率（TF果實(shí)∕主莖）、主莖上葉向果實(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)Cd的效率（TF果實(shí)∕主莖上葉）、莖葉向果實(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)Cd 的效率（TF果實(shí)∕莖葉）；而3 個(gè)處理叉莖上葉向果實(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)Cd 的效率（TF果實(shí)∕叉莖上葉）差異不顯著。與CK 相比，Si5處理TF果實(shí)∕根、TF果實(shí)∕叉莖、TF果實(shí)∕主莖、TF果實(shí)∕主莖上葉、TF果實(shí)∕莖葉分別降低23.08%、26.80%、24.86%、19.05%、27.00%。

表4 不同處理朝天椒各部位向果實(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)Cd的效率Tab.4 Efficiency of transporting Cd from each part of pod pepper to fruit in different treatments

2.4 相關(guān)性分析

從表5 可知，果實(shí)Cd 含量與果實(shí)干質(zhì)量呈極顯著負(fù)相關(guān)，此外，果實(shí)Cd 含量與TF果實(shí)∕主莖上葉、TF果實(shí)∕莖葉呈極顯著正相關(guān)，與TF果實(shí)∕根、TF果實(shí)∕叉莖、TF果實(shí)∕主莖呈顯著正相關(guān)，與TF果實(shí)∕叉莖上葉相關(guān)性不顯著。說明莖葉是調(diào)控朝天椒果實(shí)Cd 吸收累積的關(guān)鍵器官，尤其是主莖上葉。

表5 果實(shí)Cd含量與其他參數(shù)相關(guān)性分析Tab.5 Correlation analysis between Cd content in pepper fruit and other parameters

3 結(jié)論與討論

作物產(chǎn)量和品質(zhì)不僅受遺傳因素控制，還與栽培措施和環(huán)境條件等密切相關(guān)[23]。有研究認(rèn)為，Si是作物的重要營(yíng)養(yǎng)元素，可使植物表皮形成硅化細(xì)胞，減小植物莖葉夾角，降低遮陰，提升光合效率，增加作物產(chǎn)量；另有研究認(rèn)為，Si 能夠促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)、增強(qiáng)養(yǎng)分與礦質(zhì)元素的吸收，提升抗病蟲害能力，從而增加作物產(chǎn)量[24-30]。有研究表明，在Cd脅迫條件下，外源Si 能夠促進(jìn)作物產(chǎn)量增加[14]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨葉面噴施Si 濃度的增加，朝天椒各部位生物量均呈增加趨勢(shì)，這與前人報(bào)道相一致。

有研究證實(shí)，增施Si 肥可顯著改善作物品質(zhì)，劉天昊等[14]與王晶等[15]發(fā)現(xiàn)，外源Si 能夠顯著提升玉米或枸杞可溶性糖與Vc含量；王衛(wèi)紅等[31]研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴施納米Si 可使辣椒可溶性糖與Vc 含量分別提升10.19%與9.90%。本研究中，與CK 相比，葉面噴施5 mmol∕L Na2SiO3溶液，可溶性糖與Vc 含量分別提升14.78%與44.59%，并且可溶性蛋白、氨基酸與辣椒堿含量也顯著增加，與前人研究結(jié)果一致。

以往研究多是將辣椒分成根、莖、葉與果實(shí)4個(gè)部分分析辣椒不同部位Cd 含量差異。WANG 等[32]研究發(fā)現(xiàn)，辣椒（杭椒7 號(hào)）各部位Cd 含量表現(xiàn)為根＞莖＞葉＞果實(shí)。趙首萍等[2]研究發(fā)現(xiàn)，艷椒425 各部位Cd 含量表現(xiàn)為莖＞葉＞根＞果實(shí)。而本研究中將朝天椒分成根、主莖、叉莖、主莖上葉、叉莖上葉與果實(shí)6個(gè)部分，其各部位Cd 含量表現(xiàn)為主莖上葉＞根＞叉莖上葉＞果實(shí)＞主莖＞叉莖，可見，不同葉位Cd含量存在差異，這可能與主莖上葉片生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)、物質(zhì)吸收較多有關(guān)。趙首萍等[2]報(bào)道，辣椒莖葉再分配Cd 的能力是決定果實(shí)Cd 含量的關(guān)鍵因素，根據(jù)本研究中辣椒各部位Cd含量特征初步推測(cè)，適時(shí)去除主莖上葉可能會(huì)降低辣椒果實(shí)Cd含量。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同處理朝天椒整株Cd累積量差異不顯著，但隨葉面噴施Na2SiO3濃度的增加，朝天椒果實(shí)Cd 累積量顯著降低，莖葉與根中Cd 累積量均顯著增加，且與CK 相比，Si5處理叉莖、主莖、主莖上葉、根與整株Cd 含量分別降低25.42%、10.60%、12.43%、7.46%、14.88%。這可能是因?yàn)楣麑?shí) Cd 含量與 TF果實(shí)∕根、TF果實(shí)∕叉莖、TF果實(shí)∕主莖、TF果實(shí)∕主莖上葉、TF果實(shí)∕莖葉呈顯著正相關(guān)，且Si5處理顯著降低了TF果實(shí)∕根、TF果實(shí)∕叉莖、TF果實(shí)∕主莖、TF果實(shí)∕主莖上葉、TF果實(shí)∕莖葉。葉面噴施Na2SiO3溶液降低朝天椒果實(shí)Cd 含量的內(nèi)在機(jī)制可能是因?yàn)镾i 可以調(diào)動(dòng)細(xì)胞壁多糖與蛋白質(zhì)分子中的羧基、羥基、醛基等極性配位基團(tuán)形成，增加對(duì)Cd的固定，降低葉片Cd向可食部位轉(zhuǎn)運(yùn)[17]。此外，Si促進(jìn)植物細(xì)胞對(duì)Cd 的分區(qū)隔離作用或調(diào)控金屬轉(zhuǎn)運(yùn)基因的表達(dá)也是Si 降低作物吸收轉(zhuǎn)運(yùn)Cd 的機(jī)制[13]。在水稻[33]、小麥[34]等作物上均有施用Si 降低其對(duì)Cd 的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的相關(guān)報(bào)道。說明通過葉面噴施Na2SiO3溶液能夠限制營(yíng)養(yǎng)器官（莖葉與根）向果實(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)Cd。

綜上，在0.3 mg∕L Cd 脅迫條件下，葉面噴施Na2SiO3顯著促進(jìn)朝天椒生物量增加，葉面噴施5 mmol∕L Na2SiO3溶液（Si5），顯著提升了其可溶性糖、可溶性蛋白、氨基酸、Vc 與辣椒堿含量，同時(shí)顯著降低了朝天椒果實(shí)對(duì)Cd 吸收累積，與CK 相比，Si5處理果實(shí)干質(zhì)量增加了15.26%，Cd 含量降低了28.69%。