王俊麗，任建國，龔玉蓮

（1.貴陽醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，550004；2.貴陽醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院；3.廣東第二師范學(xué)院生物系應(yīng)用生態(tài)學(xué)實驗室）

土壤重金屬污染造成的食品安全問題越來越受到人們的關(guān)注。蔬菜是人們不可缺少的副食品，消費量大，因而蔬菜的重金屬污染問題應(yīng)引起人們足夠重視。Cd在土壤中具有高度移動性，且對作物具有高度毒害性，被視為重金屬中最具有危害性的污染元素[1]。過量的Cd不但會對生物體產(chǎn)生嚴(yán)重的毒害作用，而且進(jìn)入食物鏈后會對人類健康造成極大損害。不同種類蔬菜對重金屬的積累能力不同，一般葉菜類大于根莖類和瓜果類蔬菜[2]。利用作物品種間對Cd積累的差異，如種植Cd污染預(yù)防品種（pollution-safe cultivar，簡稱 PSC，即在一定污染水平的土壤中作物可食部分吸收積累污染物的含量低于食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的品種）被認(rèn)為是一種現(xiàn)實、有效地降低作物受鎘污染的方式[3～5]，此種對策成為近年來相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。但現(xiàn)有的研究主要集中于 PSC 的篩選[3，4，6，7]及 其 對 重 金 屬 低 積 累 的 機(jī) 制 研究[6，8，9]，有 關(guān) PSC 營 養(yǎng) 成 分 與 Cd 含 量 的 相 關(guān) 性 卻鮮有報道。本研究以30個蕹菜品種為材料，通過溫室盆栽模擬試驗，研究土壤Cd污染對蕹菜蛋白質(zhì)含量的影響及其與莖葉Cd含量的相關(guān)性，為篩選蕹菜Cd-PSC和探討蕹菜積累Cd能力品種間存在差異的機(jī)理提供試驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤為中山大學(xué)西區(qū)球場邊的菜園土，將其風(fēng)干碾碎過5 mm篩備用。土壤基本理化性質(zhì)（測定參照中國科學(xué)院南京土壤所編 《土壤理化分析》，1978）如下：pH 值 7.05，有機(jī)質(zhì)含量 1.46%，全N 2.3 g/kg，全 P 85.8 mg/kg，全 K 93.9 mg/kg，全 Cd 0.2 mg/kg。

供試蕹菜品種共30個，編號及其名稱、表觀特征見表1。

1.2 試驗方法

①供試植物材料的培養(yǎng) 取2.0 kg備用土壤裝入直徑16 cm，深18 cm的塑料盆，設(shè)置3個Cd濃度，A：0.593 mg/kg （添加 0.4 mg/kg Cd， 以 Cd（NO3）2·4H2O 溶液形式添加，下同）；B：1.091 mg/kg（添加 0.8 mg/kg Cd）；C：1.824 mg/kg （添加 1.6 mg/kg Cd）。將相當(dāng)量的 Cd（NO3）2·4H2O 溶于水，均勻地倒入裝好盆的土壤中，充分混勻。為提供足夠的肥力，以NH4NO3形式施N 300 mg/kg，以KH2PO4形式施P 124 mg/kg和K 156 mg/kg。施底肥后再次混勻，澆水使土壤保持最大田間持水量的70%，平衡2周后，再次混勻，種植蕹菜。所有處理采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，每個處理3次重復(fù)。栽培試驗在玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行，溫度控制在26～32℃。挑選飽滿均一的10粒蕹菜種子播入平衡2周的土壤中，待幼苗長到5片真葉時，進(jìn)行間苗，每盆保留6棵長勢一致的幼苗，按照生長需要定時澆水，生長40 d后進(jìn)行取樣。

表1 供試蕹菜品種編號及其特征

②供試植物材料處理及分析 將莖葉用剪刀剪下，與根分開，用自來水沖洗干凈，然后再用去離子水沖洗3次，吸水紙吸干水分稱鮮質(zhì)量，然后在70℃烘箱烘干至恒重，稱干質(zhì)量。烘干樣品粉碎后過100目篩，稱取0.2 g樣品進(jìn)行微波消解（O.I.Analytical 7295，Ltd.，O.I.CORPORATION，USA），樣品加入5 mL 65%（V/V，優(yōu)級純）HNO3和 2 mL 30% （V/V，分析純）H2O2。消解液中Cd濃度的測定采 用 AAS （Atomic Absorption Spectrophotometer）（Z-5300，日本）。采用國家標(biāo)準(zhǔn)參比物質(zhì) （植物GBW-07603）進(jìn)行分析質(zhì)量控制。

蛋白質(zhì)含量測定采用傳統(tǒng)的凱氏定氮法，含氮量乘以6.25計算蛋白質(zhì)含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計處理，采用SPSS 11.0軟件進(jìn)行品種間差異顯著性及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤Cd污染下不同品種蕹菜莖葉Cd含量與蛋白質(zhì)含量

供試蕹菜品種莖葉在不同土壤Cd污染水平下的Cd含量與蛋白質(zhì)含量如表2，3所示。在3個土壤Cd處理濃度（A、B、C）下，供試蕹菜莖葉Cd含量范圍和平均值分別為 0.97～2.89、1.56，1.31～5.80、3.25，2.71～7.42、4.59 mg/kg（DW），變異系數(shù)分別為31.3%、29.6%、26.3%；蛋白質(zhì)含量范圍和平均值分別為 1.60%～2.38%、1.93%，1.78%～2.81%、2.33%，1.57%～2.61%、2.08%，變異系數(shù)分別為 12.1%、9.90%、11.6%。不同品種之間Cd含量、蛋白質(zhì)含量均存在明顯差異，3個處理下差異都達(dá)到極顯著水平（p＜0.01）。如果將白梗和青梗品種分開比較，方差分析結(jié)果表明二者Cd含量差異顯著，即白梗品種莖葉Cd含量顯著高于青梗品種（p＜0.05），但二者蛋白質(zhì)含量差異不顯著（p＞0.05）。從圖1可以看出，部分蕹菜品種具有莖葉Cd含量低而蛋白質(zhì)含量高的特點，比如編號為 8、12、16、24、28 的品種；而編號為3、14、30的品種則表現(xiàn)出莖葉Cd含量高，蛋白質(zhì)含量低的特征。

表2 不同Cd處理下蕹菜莖葉Cd含量的品種間差異

表3 不同Cd處理下蕹菜莖葉蛋白質(zhì)含量的品種間差異

圖1 不同Cd處理下蕹菜莖葉Cd含量與蛋白質(zhì)含量

2.2 蕹菜莖葉蛋白質(zhì)含量與Cd含量的關(guān)系

當(dāng)土壤Cd濃度為0.593 mg/kg時，供試蕹菜莖葉蛋白質(zhì)含量與Cd含量的關(guān)系如圖2，3所示。30個供試品種放在一起比較，蛋白質(zhì)含量與Cd含量相關(guān)關(guān)系不顯著；將白梗品種和青梗品種分開比較則發(fā)現(xiàn)，對于白梗品種，二者之間呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（n＝18，r＝-0.542，p＜0.05），對于青梗品種，二者之間有一定的正相關(guān)關(guān)系，但未達(dá)到顯著水平（n＝12，r＝0.509，p＞0.05）。 土壤 Cd 濃度增加到 1.091，1.824 mg/kg，二者相關(guān)關(guān)系不顯著。

3 小結(jié)與討論

Cd對同一種植物的作用效果存在基因型差異和濃度差異[10，11]，多數(shù)呈現(xiàn)低促高抑現(xiàn)象。土壤Cd污染對蕹菜生物量與植株莖葉Cd含量的影響及品種間差異在Zhu等[6]研究中已進(jìn)行了詳細(xì)的分析與討論，這里不再贅述。高芳等[12]的研究結(jié)果表明，中、輕度Cd脅迫可增加花生種仁蛋白質(zhì)含量，與本研究結(jié)果有一定的相似性，即供試蕹菜莖葉蛋白質(zhì)含量隨土壤Cd濃度的增加而增加，但不同品種之間存在差異。此結(jié)果從另一個角度證明低濃度Cd對植物的生長有促進(jìn)作用，并且能促進(jìn)其營養(yǎng)物質(zhì)的積累，也可能是植物對Cd脅迫的一種響應(yīng)。分析30個供試品種莖葉Cd含量與蛋白質(zhì)含量的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，在低濃度Cd處理下，白梗蕹菜莖葉Cd含量與蛋白質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)，而青梗品種存在一定的正相關(guān)性（沒有達(dá)到顯著水平），此結(jié)果與Liu等[13]對水稻的研究結(jié)果有所不同。Liu等的研究顯示糙米中Cd含量與含氮量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，因此認(rèn)為難以篩選到Cd含量低而氮含量高的水稻品種。由此可見，本研究白梗蕹菜品種所具有的特性應(yīng)該為篩選到Cd含量低同時蛋白質(zhì)含量高的品種提供了可能。但是青梗品種蛋白質(zhì)含量與Cd含量之間表現(xiàn)有一定正相關(guān)關(guān)系，雖未達(dá)到顯著水平，但仍給篩選工作造成一定困難。

圖2 白梗蕹菜莖葉蛋白質(zhì)含量與Cd含量之間的關(guān)系

圖3 青梗蕹菜莖葉蛋白質(zhì)含量與Cd含量之間的關(guān)系

另外，本次試驗的供試品種中，編號為8、12、16、24、28的品種具有蛋白質(zhì)含量高、Cd含量低的優(yōu)良特性，可以作為蕹菜Cd-PSC篩選的優(yōu)良材料，同時也可以進(jìn)行推廣種植；而編號為3、14、30的品種莖葉Cd含量高，蛋白質(zhì)含量低，此類品種在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)該避免種植。

[1]Sanitdi T I,Cabhrielli R.Response to cadmium in higher plants[J].Environmental and Experimental Botany,1999,41:105-130.

[2]祖艷群，李元，陳海燕.蔬菜中鉛鎘銅鋅含量的影響因素研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2003，22（3）：289-292.

[3]朱芳，方煒，楊中藝.番茄吸收和積累Cd能力的品種間差異[J].生態(tài)學(xué)報，2006，26（12）：4 071-4 081.

[4]Yu H,Wang J L,Fang W,et al.Cadmium accumulation in different rice cultivars and screening for pollution-safe cultivars of rice[J].Science of the Total Environment,2006,370:302-309.

[5]Wang J L,Fang W,Yang Z Y,et al.Inter-and intraspecific variations of cadmium accumulation of 13 leafy vegetable speciesin a greenhouse experiment [J].Journalof Agriculture and Food Chemistry,2007,55:9 118-9 123.

[6]Zhu Y,Yu H,Wang J L,et al.Heavy metal accumulations of 24 asparagus bean cultivars grown in soil contaminated with Cd alone and with multiple metals(Cd,Pb and Zn)[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2007,55:1 045-1 052.

[7]Wang J L,Yuan J G,Yang Z Y,et al.Variation in cadmium accumulation among 30 cultivars and cadmium subcellular distribution in 2 selected cultivars of water spinach(Ipomoea aquaticaForsk.)[J].Journal of Agriculture and Food Chemistry,2009,57:8 942-8 949.

[8]于輝，楊中藝，楊知建，等.不同類型鎘積累水稻細(xì)胞鎘化學(xué)形態(tài)及亞細(xì)胞和分子分布 [J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2008，19（10）：2 221-2 226.

[9]Huang B F,Xin J L,Yang Z Y,et al.Suppression subtractive hybridization (SSH)-based method for estimating Cd-induced differences in gene expression at cultivar level and identification of genes induced by Cd in two water spinach cultivars[J].Journal of Agriculture and Food Chemistry,2009,57:8 950-8 962.

[10]Wu F B,Dong J,Jia G X,et al.Genotypic difference in the responses of seedling growth and Cd toxicity in rice(Oryza sativaL.)[J].Agric Sci China,2006,5:68-76.

[11]吳甘霖.鎘對花生幼苗生長及生理生態(tài)特性的影響[J].生物學(xué)雜志，2008，25（5）：31-33.

[12]高芳，李向東，林英杰，等.鎘脅迫對花生生理特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].作物學(xué)報，2011，37（12）：2 269-2 276.

[13]Liu J G,Zhu Q S,Zhang Z J.Variations in cadmium accumulation among rice cultivars and types and the selection of cultivars for reducing cadmium in the diet[J].Journal of Science Food Agriculture,2005,85:147-153.