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、幼苗生長及其不同器官中Cd²⁺積累的影響。結果表明，‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1的種子萌發、幼苗生長均未造成顯著影響。不同器官對Cd²⁺的吸收能力表現為根系>莖>子葉，360-3‘鹽砧1號‘百蜜I號‘112-2‘041-1的莖中轉移系數都在0.1以下，子葉中轉移系數都在0.01以下;不同器官對Cd²⁺的富集特征表現為：根系>莖>子葉;‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1的莖中富集系數均在2.75以下，子葉中富集系數均在0.3以下，而根中富集系數均在35以上。所以，‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1對重金屬鎘有較強的耐受性，可以作為耐鎘砧木種質資源進一步研究。關鍵詞：中國南瓜;鎘處理;富集系數;轉移系數

近年來，我國蔬菜設施栽培發展迅速[1-4]。但是生產中出現了由于連作、過量施肥、大量使用農藥以及不規范施用農家肥等原因，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注。筆者2012年研究顯示，大棚菜田重金屬鍋的污染等級達到了6級，己構成了嚴重污染，并對土壤酶活性產生極嚴重影響。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生，研究顯示嫁接可以增強蔬菜的抗性，有人研究茄子通過嫁接可降低Cd²⁺在茄子果實內的積累。隨著人們健康意識的增強，蔬菜中重金屬的累積及產生的健康風險將成為國內外的研究熱點。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、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。

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，均由河南科技學院園藝園林學院南瓜課題組提供，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院選育的優良自交系。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子萌發試驗 將試驗材料分別挑選出60粒，用溫湯浸種處理，將27個同樣大小的培養皿鋪好一層濾紙，在每個培養皿中都注入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皿中，設置3次重復，每個重復20粒種子，以清水為對照。將所有處理置于智能光照培養箱中培養，培養溫度為28℃，黑暗培養。播種后每日根據具體情況，補加2mL 5mg·L^-1的硫酸鎘溶液（每皿等量），以保持種子濕潤狀態。以胚根突破種皮5～為發芽標準，逐日記錄發芽個數，第3天計算發芽勢，第7天計算發芽率、發芽指數。

1.2.2 幼苗的根長、鮮質量和干質量的測量種子發芽后第12天，從每種中國南瓜資源中隨機選取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、莖葉和子葉的鮮質量，并計算出總鮮質量。將9份中國南瓜資源的根、莖葉、子葉放入105℃的烘箱內殺青2h，再把烘箱溫度調到70℃烘至恒重，分別稱量每種中國南瓜資源的根、莖葉和子葉的干質量，計算出總干質量。

1.2.3 重金屬Cd²⁺含量測定及富集系數、轉移系數統計采用ICP-AES技術，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，設置最佳微波消解程序進行消解。消解結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射光譜儀（美國PerkinElmer公司）進行CdZ的全量分析，并統計南瓜幼苗不同器官的Cd²⁺富集系數及轉移系數。

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

轉移系數/%=不同部位的重金屬含量/根系中重金屬含量×100。

1.2.4 數據統計和分析 試驗結果采用SPSS 19.0和Excel 2007進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 Cd²⁺處理對9份中國南瓜資源種子萌發的影響

Cd²⁺處理對9份中國南瓜資源種子萌發的影響存在顯著差異（表1）;對發芽勢的影響表現為：‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1的發芽勢在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份中國南瓜資源發芽率的影響表現為：‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1的發芽率均在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發芽指數依次為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據進一步分析顯示：‘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量的影響綜合分析Cd²⁺處理對9份中國南瓜資源幼苗鮮質量的影響（表2），Cd²⁺處理對‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1幼苗根鮮質量、莖鮮質量、子葉鮮質量、總鮮質量均未造成顯著影響，而對‘009-1‘百蜜2號‘百蜜3號‘甜面瓜根鮮質量、莖鮮質量、子葉鮮質量、總鮮質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幼苗根干質量、莖干質量均未造成顯著影響，而對‘009-1‘百蜜2號‘百蜜3號‘甜面瓜根干質量、莖干質量均有顯著抑制作用。Cd²⁺處理對所有材料的子葉干質量、總干質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遠大于莖和子葉，說明中國南瓜不同器官對Cd²⁺的吸收能力表現為：根系>莖>子葉。表4分別分析了莖和子葉中的轉移系數，莖中轉移系數表現為‘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個品種子葉中轉移系數都在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⁺的富集特征表現為：根系>莖>子葉，并且根、莖、葉中富集系數相差很大;‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1莖中富集系數均在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號子葉中富集系數最低，只有0.03和0.07。

3 討論

種子萌發期是植物最早接受環境脅迫的階段。種子萌發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。本研究結果表明，Cd²⁺處理對不同品種類型中國南瓜種子萌發、幼苗生長、不同器官中的Cd²⁺含量影響達到顯著水平。其中‘360-3‘鹽砧1號‘百蜜1號‘112-2‘041-1的發芽指數均在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;根鮮質量、莖鮮質量、子葉鮮質量、總鮮質量、幼苗根干質量、莖干質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量、總干質量均未造成顯著影響。

中國南瓜不同器官對Cd²⁺的富集特征表現為：根系>莖>子葉，并且根、莖、葉中富集系數相差很大。植物體內過量Cd²⁺積累對植物有嚴重毒害作用，Cd²⁺主要集中在根部，這與Cd²⁺進入根的皮層細胞后和根內蛋白質、多糖、核糖、核酸等化合形成穩定的大分子絡合物或形成不溶性有機大分子而沉積下來有關。賀遠等研究表明，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⁺以去離子水提取態為主，其次為醋酸提取態，葉片中Cd²⁺主要以醋酸結合態存在。Nishzono等研究認為，植物可將吸收的70%～90%的重金屬沉積于根尖細胞壁上，這種沉積可阻止Cd²⁺進入原生質以減輕其毒害;黃小娟等的研究結果顯示，大多數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。這與筆者的研究結果一致。

david E Salt等認為，轉移系數小于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制，植物的這種耐性機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移過程。本研究結果顯示，所有材料重金屬鎘的轉移系數均小于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的莖中轉移系數都在0.05以下，在子葉中轉移系數都在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對重金屬鎘有較強的耐受性，其具體耐受機制有待進一步研究。