耐鎘中國南瓜砧木資源和雜種F1鎘積累特性

孟凡茹　陳碧華　郭衛(wèi)麗　袁敬平　李慶飛　王慶安

摘? ? 要：為了選育耐鎘中國南瓜砧木種質資源，以3個耐鎘南瓜砧木自交系、自交系兩兩雜交種F1為試驗材料，采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）在16 mg·L-1Cd2+處理下對6個雜種F1及其親本幼苗的生長發(fā)育及其不同器官中Cd2+積累特性進行分析。結果表明，360-3×041-1的幼苗株高、干質量及根系活力均高于雙親，112-2×360-3、360-3×112-2、041-1×112-2、112-2×041-1、041-1×360-3的幼苗根系活力低于雙親或單親;360-3×041-1葉綠素相對含量顯著高于雙親，丙二醛含量顯著低于雙親，其他雜種F1膜脂過氧化均受到不同程度的傷害;鎘脅迫下，不同器官對Cd2+的吸收能力表現(xiàn)為根>莖>葉，041-1×112-2、360-3×041-1幼苗的轉移系數(shù)都在0.10以下，其中360-3×041-1的轉移系數(shù)比父本顯著降低77.78%。綜上所述，360-3×041-1在幼苗生長及鎘耐受性方面表現(xiàn)出超親優(yōu)勢，可以作為耐鎘砧木種質資源進一步研究。

關鍵詞：中國南瓜;砧木;雜種F1;鎘脅迫;鎘吸收;轉移系數(shù)

中圖分類號：S642.1 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）10-044-07

Cadmium absorption and accumulation characteristics of pumpkin Cd tolerant rootstock resources hybrid F1

MENG Fanru1， CHEN Bihua1， GUO Weili1， YUAN Jingping1， LI Qingfei1，， WANG Qing'an2

（1. School of Horticulture and Landscape Architecture， Henan Institute of Science and Technology， Xinxiang 453003， Henan， China;2. Agricultural Technology Extension Center of Huojia County ， Henan Province Xinxiang 453003， Henan， China）

Abstract： In order to breed pumpkin（Cucurbita moschata） germplasm resources with tolerance to cadmium， we determined cadmium-tolerance of the three? pumpkin rootstock inbred lines and the inbred line two-in-one hybrid F1. The growth and development of 6 F1 hybrid and its parent seedlings and Cd2+ accumulation characteristics in different organs were analyzed by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry （ICP -AES）， under 16 mg·L-1 Cd2+ treatment.The results showed that the seedlings of 360-3×041-1 were higher plant height， dry weight and root activity than those of the parents， The seedling root activity of 112-2×360-3， 360-3×112-2 041-1×112-2， 112-2×041-1， 041-1×360-3 as lower than that of the parents or single parents;? The relative content of chlorophyll in 360-3×041-1 was significantly higher than that of parents， and the content of malondialdehyde was significantly lower than that of parents. Other hybrid F1 membrane lipid peroxidation was injured to varying degrees; under cadmium stress， the absorption capacity of Cd2+ in different organs was shown as root>stem>leaves， 041 -1×112-2 and 360-3×041-1 seedling transfer coefficient are below 0.10， of which 360-3×041-1 transfer coefficient is higher than that of the father This was significantly reduced by 77.78%. In summary， 360-3×041-1 shows super-parent advantages in seedling growth and cadmium tolerance， and can be used as a cadmium-tolerant rootstock germplasm resource for further research.

Key words： Cucurbita moschata; Rootstock; Hybrid F1; Cadmium stress; Cadmium uptake; Transfer factor

隨著我國人民生活水平的不斷提高，人們對蔬菜種類、營養(yǎng)品質及安全無公害的需求日益增強。為了提高和改善土壤生產(chǎn)力，農(nóng)藥化肥的使用及工業(yè)化程度加劇，土壤鎘污染引起的蔬菜安全問題亟待解決[1]。部分區(qū)域設施土壤鎘含量超標且污染逐年加重，蔬菜安全問題已引起人們極大關注[2-5]。有研究表明，天津市郊區(qū)171個蔬菜樣品中重金屬評價結果顯示Cd污染程度最高，且高于國家食品衛(wèi)生標準的限制含量，總超標準為30.41%[6]。李培等[7]對根莖類、瓜果類和葉菜類三大類蔬菜中的鎘污染研究表明，蔬菜體內(nèi)鎘污染狀況較輕，但仍存在超標現(xiàn)象，其中根部是吸收富集Cd的主要器官。

嫁接可以提高植物對逆境脅迫的抗性，減少重金屬在植物體內(nèi)的積累[8-9]，其中砧木的篩選至關重要。南瓜作為瓜類蔬菜常用的嫁接砧木，具有防止土傳病害[10-12]、增強抗性[13-14]、提高產(chǎn)量[15]以及抗非生物脅迫能力[13，16]等優(yōu)良特點。但有關鎘耐性強的南瓜資源研究報道很少，因此，筆者以前期篩選的耐鎘中國南瓜資源自交系及其雜交F1為試驗材料，研究鎘脅迫下6個雜種F1及其親本幼苗的生長發(fā)育及其不同器官中Cd2+積累特性，以期篩選出鎘耐性超親的南瓜雜種F1材料，為瓜類蔬菜耐鎘砧木資源的選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為前期選育的鎘耐性強的自交系112-2、360-3、041-1及其6個雜種F1（112-2×041-1、112-2×360-3、041-1×112-2、041-1×360-3、360-3×112-2、360-3×041-1），由河南科技學院園藝園林學院提供。

1.2 試驗設計

試驗于2019年9月在河南科技學院園藝植物栽培實驗室內(nèi)進行。采用基質栽培，盆底直徑8.5 cm，上口直徑12 cm，深10.8 cm，基質按草炭、蛭石、珍珠巖體積比3∶1∶1配置，加三元復合肥1 kg·m-3，加多菌靈0.2 kg·m-3，對基質進行消毒，使基質含水量達到70%。

選取粒大飽滿、大小均勻的南瓜種子，55～60 ℃溫湯浸種7 min，水溫降至室溫后，蒸餾水浸泡6 h，培養(yǎng)箱25～28 ℃催芽，露白后播種。

待幼苗2片子葉展平，用硫酸鎘配制Cd2+質量濃度為16 mg·L-1的溶液進行處理，每株劑量10 mL，用移液槍澆到植株根系附近，每隔7 d處理1次，共處理5次，45 d后測定各項指標。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 幼苗生長指標的測定 每個處理設置3個重復，每個重復3株幼苗。用卷尺測量其地面高度，用游標卡尺測量其莖粗（莖基部至2片子葉1/2處）;將幼苗先用自來水沖洗干凈，再用蒸餾水沖洗3次，用吸水紙吸干水分后稱量鮮質量，然后放至烘箱105 ℃下殺青30 min，70 ℃烘干至恒質量，測其干質量;采用TTC法測定根系活力。

1.3.2 幼苗葉綠素相對含量及膜脂過氧化相關指標的測定 采用便攜式葉綠素儀SPAD-502測定葉綠素相對含量，每種材料選取3株，在每株幼苗上分別選取自下而上第2片真葉、第4片真葉、第6片真葉3片葉子進行測定，取其均值;參照Dresler等[17]方法測定相對電導率;采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛含量。

1.3.3 重金屬鎘含量的測定及轉移系數(shù) 稱取烘干樣品（莖、葉和根系）0.2 g放于研缽中研磨，在消解罐中加濃硝酸7 mL和雙氧水2 mL，置于消解儀中（165 ℃/5 W），經(jīng)過30～60 min，消解至澄清、無雜質后，將消解完成的溶液轉移至50 mL的聚四氟乙烯燒杯中，在電熱板上（170 ℃）趕酸，除去氯氣，趕酸至近干，然后用0.5%硝酸定容至10 mL離心管中，用Optima 2100 DV電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定樣品中的鎘質量濃度。

轉移系數(shù)/%=不同部位的重金屬含量/根系中重金屬含量×100。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析

試驗結果采用DPS 7.55和Excel 2007進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 鎘脅迫對耐鎘南瓜砧木資源及雜種F1幼苗生長的影響

由表1可知，鎘脅迫下，112-2×360-3的株高、單株干鮮質量均顯著低于雙親，莖粗低于雙親，無超親優(yōu)勢;360-3×112-2的株高低于雙親，莖粗介于雙親之間與父本接近，單株鮮質量和干質量均高于雙親，鮮質量比父、母本分別提高2.83%和11.31%，單株干質量比父、母本分別提高7.58%和3.47%。

041-1×112-2和112-2×041-1的株高均高于雙親，莖粗介于雙親之間，單株鮮質量和干質量均低于雙親。其中，041-1×112-2的株高比父、母本分別提高2.85%和4.68%;112-2×041-1的株高比父、母本分別提高12.90%和10.94%。

360-3×041-1的株高和干質量均高于雙親，莖粗低于母本，單株鮮質量介于雙親之間，其中株高比父、母本分別提高11.53%和11.80%，單株干質量比父、母本分別提高2.03%和4.86%;041-1×360-3的株高高于親本，其他生長指標均低于雙親，株高比父、母本分別提高1.70%和1.45%。

2.2 鎘脅迫對耐鎘南瓜砧木資源和雜種F1幼苗生理的影響

2.2.1 鎘脅迫對耐鎘南瓜砧木資源及雜種F1幼苗根系活力的影響 從圖1可以看出，112-2×360-3的根系活力介于雙親之間且顯著低于母本，比父本提高38.24%;360-3×112-2的根系活力比母本提高27.45%，比父本降低49.42%，且二者差異顯著。041-1×112-2和112-2×041-1的根系活力均顯著低于雙親。360-3×041-1的根系活力顯著高于母本，高于父本，但與父本之間無顯著差異，分別比父、母本提高3.67%、67.65%;041-1×360-3的根系活力介于雙親之間且與雙親之間差異顯著。

2.2.2 鎘脅迫對耐鎘南瓜砧木資源和雜種F1幼苗葉綠素相對含量和膜脂過氧化的影響 由表2可以看出，112-2×360-3的葉綠素相對含量介于雙親之間且顯著高于母本，相對電導率介于雙親之間且差異不顯著，丙二醛含量均低于雙親;360-3×112-2的葉綠素相對含量介于雙親之間，與父母本差異顯著，相對電導率低于雙親且顯著低于父本，丙二醛含量介于雙親之間，與父母本均達顯著差異。

041-1×112-2的葉綠素相對含量高于親本，比父母本分別提高11.35%和1.57%，相對電導率低于雙親，丙二醛含量介于雙親之間但低于母本;112-2×041-1的葉綠素相對含量顯著高于親本，比父、母本分別提高5.87%和16.06%，相對電導率高于親本，丙二醛含量介于雙親之間但低于父本。

360-3×041-1的葉綠素相對含量顯著高于雙親，比父、母本分別提高68.01%和44.67%，相對電導率高于雙親但差異不顯著，丙二醛含量顯著低于雙親;041-1×360-3的葉綠素含量低于雙親，相對電導率高于雙親，丙二醛含量低于雙親。

2.3 鎘脅迫對耐鎘南瓜砧木資源及雜種F1幼苗根中鎘含量的影響

從圖2可以看出，鎘脅迫下，112-2、360-3南瓜砧木及其F1幼苗根中鎘含量表現(xiàn)為360-3>112-2×360-3>112-2>360-3×112-2。其中，112-2×360-3根中鎘含量與雙親之間差異均不顯著，比母本提高6.05%，比父本降低17.83%;360-3×112-2根中鎘含量比父、母本分別降低23.31%、40.58%，且與母本差異達到顯著水平。

鎘脅迫下，041-1、112-2南瓜砧木及其F1幼苗根中鎘含量表現(xiàn)為112-2×041-1>041-1×112-2>112-2>041-1。其中，041-1×112-2和112-2×041-1根中鎘含量均比雙親高，041-1×112-2比父、母本分別提高0.09%和80.04%，且與母本之間差異達到顯著水平;112-2×041-1比父、母本分別提高116.17%和20.18%，且與父本差異達到顯著水平。

鎘脅迫下，041-1、360-3南瓜砧木及其F1幼苗根中鎘含量表現(xiàn)為360-3>360-3×041-1>041-1×360-3>041-1。其中，360-3×041-1根中鎘含量比母本降低8.44%，比父本提高112.6%，且差異顯著;041-1×360-3根中鎘含量與雙親存在顯著差異，比父本降低33.54%，比母本提高54.29%。

2.4 鎘脅迫對耐鎘南瓜砧木資源及雜種F1幼苗莖葉中鎘含量的影響

從圖3可以看出，鎘脅迫下，112-2、360-3南瓜砧木及其F1幼苗莖葉中鎘含量表現(xiàn)為112-2×360-3>360-3×112-2>112-2>360-3。其中，112-2×360-3莖葉鎘含量顯著高于親本，比父、母本分別提高58.50%、31.87%;360-3×112-2莖葉中鎘含量與親本差異不顯著，分別比父、母本提高3.14%、23.96%。

鎘脅迫下，041-1、112-2南瓜砧木及其F1幼苗莖葉中鎘含量表現(xiàn)為041-1>112-2×041-1>112-2>041-1×112-2。其中，041-1×112-2莖葉中的鎘含量比母本降低35.86%，且差異顯著，比父本降低0.63%;112-2×041-1莖葉中的鎘含量與雙親差異顯著，比母本提高32.97%，比父本降低14.18%。

鎘脅迫下，360-3、041-1南瓜砧木及其F1幼苗莖葉中鎘含量表現(xiàn)為041-1>041-1×360-3>360-3>360-3×041-1。其中，360-3×041-1莖葉中的鎘含量分別比父、母本降低51.37%、9.43%，與父本差異顯著;041-1×360-3莖葉中的鎘含量與雙親差異顯著，比母本降低28.88%，比父本提高32.45%。

2.5 鎘脅迫對耐鎘南瓜砧木資源及雜種F1幼苗鎘轉移系數(shù)的影響

由圖4可以看出，南瓜砧木及其F1幼苗鎘轉移系數(shù)為0.06～0.27，幼苗鎘轉移系數(shù)表現(xiàn)為041-1×112-2、360-3×041-1的轉移系數(shù)都在0.10以下，其他材料的轉移系數(shù)為0.11～0.27。

鎘脅迫下，112-2、360-3南瓜砧木及其F1幼苗鎘轉移系數(shù)表現(xiàn)為360-3×112-2>112-2×360-3>112-2>360-3。112-2×360-3和360-3×112-2的轉移系數(shù)均高于雙親，分別為0.12、0.13。

鎘脅迫下，041-1、112-2南瓜砧木及其F1幼苗鎘轉移系數(shù)表現(xiàn)為041-1>112-2×041-1>041-1×112-2>112-2。041-1×112-2的轉移系數(shù)比母本顯著降低62.96%，與父本無顯著差異;112-2×041-1的轉移系數(shù)比父本顯著降低59.26%，與母本無顯著差異。

鎘脅迫下，360-3、041-1南瓜砧木及其F1幼苗鎘轉移系數(shù)表現(xiàn)為041-1>041-1×360-3>360-3>360-3×041-1。360-3×041-1的轉移系數(shù)比父本顯著降低77.78%，與母本無顯著差異;041-1×360-3的轉移系數(shù)顯著低于母本，與父本無顯著差異。

3 討論與結論

植物在重金屬脅迫下，根系是最敏感的部位，其生長好壞與地上部植株的生長狀況密切相關。重金屬超過一定劑量根系和地上部生長發(fā)育會受到不同程度的抑制，導致植株矮小、生長緩慢、生物量下降等[18]，保持較高的根系活力是植物作出適應性反應和耐重金屬能力強的表現(xiàn)[19]。田小霞等[20]研究表明，短時間內(nèi)鎘脅迫下，馬藺的根系活力逐漸提高，隨著脅迫時間的增加，根系活力顯著降低，根系生長明顯受到抑制。王志偉等[21]研究了鎘對薄皮甜瓜幼苗生長和生理生化特性的影響，發(fā)現(xiàn)鎘脅迫下甜瓜的根系生長嚴重受阻，隨著鎘濃度的升高幼苗損害程度加大。本試驗中，相同濃度鎘脅迫下，不同雜種F1幼苗的株高、莖粗、生物量及根系活力與其親本之間存在一定差異，其中360-3×041-1的根系活力高于雙親，表明鎘脅迫下360-3×041-1的根系受損程度低于雙親，表現(xiàn)出優(yōu)于雙親的生長勢。

[15] 趙依杰，張小紅，林航，等.白籽南瓜砧木對薄皮甜瓜生長、產(chǎn)量及品質的影響[J].農(nóng)學學報，2012，2（5）：40-43.

[16] 余炅樺，郭世榮，徐揚，等.砧用南瓜品種資源抗旱性鑒定[J].中國蔬菜，2016（4）：27-34.

[17] DRESLER S，HANAKA A，BEDNAREK W，et al.Accumulation of low-molecular-weight organic acids in roots and leafsegments of Zea mays plants treated with cadmium and copper[J].Acta Physiologiae Plantarum，2014，36（6）：1565-1575.

[18] 俞萍，高凡，劉杰，等.鎘對植物生長的影響和植物耐鎘機制研究進展[J].中國農(nóng)學通報，2017，33（11）：89-95.

[19] KONDO M， PABLICO P P， ARAGONES D V，et al.Genotypic and environmental variations in root morphology in rice genotypes under upland field conditions[J].Plant Soil，2003，255：189-200.

[20] 田小霞，毛培春，郭強，等.鎘脅迫對馬藺根系活力和礦質營養(yǎng)元素吸收的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學報，2019，32（9）：2090-2096.

[21] 王志偉，李涵，梁少華，等.鎘對薄皮甜瓜幼苗生長和生理生化特性的影響[J].華北農(nóng)學報，2020，35（1）：81-88.

[22] 黃登峰，趙運林.鎘脅迫下兩種高羊茅的生理指標應激反應[J].湖北農(nóng)業(yè)科學，2019，58（15）：68-71.

[23] 馬士芳，沈向群，洪雅婷，等.根腫病（Plasmodiophora brassicae）菌侵染對大白菜幼苗葉片膜脂過氧化的影響[J].中國農(nóng)學通報，2014，30（1）：128-132.

[24] 孫寧驍，宋桂龍.紫花苜蓿對鎘脅迫的生理響應及積累特性[J].草業(yè)科學，2015，32（4）：581-585.

[25] 梁泰帥，劉昌欣，康靖全，等.硫對鎘脅迫下小白菜鎘富集、光合速率等生理特性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2015，34（8）：1455-1463.

[26] 于磊，劉宗林，徐宗藝，等.NaCl脅迫對大豆生理特征的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2019，47（24）：39-41.

[27] 張望舒，蔡沖，周瑛華，等.鎘脅迫對不同品種葡萄葉片生長的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學，2016，44（1）：171-173.

[28] 肖美秀，林文雄，陳祥旭，等.鎘在水稻體內(nèi)的分配規(guī)律與水稻鎘耐性的關系[J].中國農(nóng)學通報，2006，22（2）：379-381.

[29] 陳碧華，李慶飛，周俊國，等.9份中國南瓜幼苗對Cd2+的積累特征[J].中國瓜菜，2018，31（5）：11-15.