陽(yáng)小鳳，馬淑梅，黃 山，寧柏成，邱 博，李小紅

（湖南省作物研究所，長(zhǎng)沙410125）

湖南省有色金屬礦藏十分豐富，素稱“有色金屬之鄉(xiāng)”。有色金屬礦產(chǎn)的大規(guī)模開(kāi)發(fā)雖然給湖南省帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益，但是也加重了礦區(qū)周圍生態(tài)環(huán)境的破壞，其中較為嚴(yán)重的影響就是農(nóng)田土壤被重金屬污染。農(nóng)田土壤重金屬污染情況的發(fā)展不但極大地增加了污染土壤治理和土地復(fù)墾的難度，而且影響糧食作物和其它經(jīng)濟(jì)作物的產(chǎn)量，并使農(nóng)產(chǎn)品存在不同程度的品質(zhì)問(wèn)題［1～3］。其中，鎘是重金屬污染問(wèn)題中的主要污染物。

鎘是植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中非必需的營(yíng)養(yǎng)元素，環(huán)境中過(guò)量的鎘容易在植物體內(nèi)積累，對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用［4］。同時(shí)，鎘通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，積累過(guò)量時(shí)會(huì)嚴(yán)重危害人體健康［5，6］。

大豆是人類重要的植物蛋白和油分來(lái)源，具有耐貧瘠和生物固氮等特點(diǎn)，常作為礦區(qū)復(fù)耕的主要經(jīng)濟(jì)作物。近幾年來(lái)，湖南省棉田改制和農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革，大豆的種植面積持續(xù)增加，但土壤鎘污染對(duì)大豆生產(chǎn)造成了一定程度的不良影響。本試驗(yàn)以多個(gè)大豆品種為材料，對(duì)不同基因型大豆品種進(jìn)行鎘脅迫篩選種植，以期篩選出高產(chǎn)、鎘低積累的大豆品種。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)選在湖南省長(zhǎng)沙縣北山鄉(xiāng)榮合橋村，土壤全鎘含量為0.63 mg／kg。

1.2 試驗(yàn)材料

62份粒用大豆品種資源，包括近年來(lái)審定的新品種、推廣面積較大的主推品種以及一些品系材料。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

所有品種于2015年4月8日播種，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)格為2 m×4 m，穴播，穴距20 cm，行距40 cm，每穴留苗2株。小區(qū)密度為20萬(wàn)株／hm2，田間栽培管理操作按常規(guī)措施進(jìn)行。所有小區(qū)生育期間進(jìn)行病蟲(chóng)害防治工作，成熟后及時(shí)收獲。

1.3.1 樣品的采集與測(cè)定

播種前，每個(gè)小區(qū)采用5點(diǎn)取樣法取耕作層混合土壤，采樣深度0～20 cm。待土樣自然風(fēng)干后，每個(gè)混合樣品取1 kg左右，測(cè)定土壤鎘含量。收獲大豆曬干脫粒，每個(gè)品種各抽取1 kg樣品，單獨(dú)裝袋，作為檢測(cè)樣本。大豆秸稈取樣時(shí)，每小區(qū)取中間行連續(xù)5行，曬干，70℃烘至恒重，粉碎，然后過(guò)60目篩。每個(gè)品種單獨(dú)裝袋。

所有檢測(cè)樣品按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)取樣，貼上標(biāo)簽后，送至湖南省分析測(cè)試中心進(jìn)行檢測(cè)。

1.3.2 產(chǎn)量分析

成熟期分別收獲試驗(yàn)田各小區(qū)大豆品種，所有面積均計(jì)產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，運(yùn)用SPSSStatistics21軟件進(jìn)行系統(tǒng)聚類、方差及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘污染條件下大豆品種籽粒、秸稈鎘含量

62個(gè)大豆品種的籽粒鎘含量為0.190～0.552 mg／kg，大豆品種籽粒鎘含量差異較大。籽粒鎘含量在0.2mg／kg以下的大豆品種僅占總數(shù)的1.2%，而籽粒鎘含量在0.2～0.4 mg／kg之間的大豆品種占總數(shù)的54.8%，剩余44.0%的大豆品種籽粒鎘含量在0.4 mg／kg以上（表1）。

表1 各粒用大豆品種籽粒、秸稈鎘含量和產(chǎn)量情況

（續(xù)表1）

2.2 大豆產(chǎn)量與鎘含量相關(guān)性分析

表1數(shù)據(jù)表明，不同大豆品種產(chǎn)量差異較大，粒用大豆品種的產(chǎn)量在459.7～3191.0 kg／hm2之間，部分地方品種籽粒性狀較差，其產(chǎn)量較低。

對(duì)產(chǎn)量、籽粒鎘含量、秸稈鎘含量等數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，粒用大豆品種的產(chǎn)量與籽粒鎘含量呈正相關(guān)（r＝0.142），與秸稈鎘含量呈負(fù)相關(guān)（r＝－0.326）；秸稈鎘含量與籽粒鎘含量呈正相關(guān)，且達(dá)到極顯著水平（r＝0.464**）。

2.3 大豆產(chǎn)量與鎘含量的聚類分析

使用SPSSStatistics21數(shù)據(jù)處理軟件，采用系統(tǒng)聚類中的組間聯(lián)接法對(duì)粒用大豆的產(chǎn)量、籽粒鎘含量和秸稈鎘含量3個(gè)性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在首次聚類分析盲選得到初步結(jié)果后，對(duì)產(chǎn)量和兩個(gè)鎘含量數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，以此來(lái)判斷3個(gè)性狀數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)聚類分析結(jié)果產(chǎn)生影響的差異性，并最終選擇產(chǎn)量性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析。

當(dāng)聚類分析閾值大于10時(shí)，可將62個(gè)大豆品種按產(chǎn)量性狀分為高、中和低三類。由圖1可知，2014品8和2014品10這兩個(gè)品種為一類，二者產(chǎn)量水平處在62個(gè)大豆品種的前兩位，可視為高產(chǎn)組品種分類；益陽(yáng)紫皮豆、桂陽(yáng)紫金豆、望城醬色豆、常寧驚蟄豆、邵陽(yáng)褐豆、麥?zhǔn)星喽埂⒉枇昴嗌购碗p峰紅豆這8個(gè)粒用品種為一類，其產(chǎn)量水平處于62個(gè)大豆品種的末尾，可視為低產(chǎn)組品種分類；其余52個(gè)大豆品種歸為一類，其在62個(gè)大豆品種中位居中游，可視為中產(chǎn)組品種分類。

圖1 62個(gè)大豆品種產(chǎn)量綜合聚類分析結(jié)果

2.4 大豆鎘富集系數(shù)

鎘富集系數(shù)（BF）＝大豆植株各部位鎘含量／土壤中鎘含量。富集系數(shù)越大，表示大豆積累重金屬能力越強(qiáng)。

由表2可知，62個(gè)大豆品種的秸稈對(duì)鎘的富集系數(shù)要高于籽粒對(duì)鎘的富集系數(shù)，這同樣說(shuō)明粒用大豆從土壤中吸收鎘元素后，將大部分鎘分布于秸稈部位，而往籽粒轉(zhuǎn)移的量較少。

62個(gè)大豆品種的秸稈對(duì)鎘的富集系數(shù)在0.613～3.567之間，其中大部分大豆秸稈對(duì)鎘的富集系數(shù)集中于1～2之間。Z19的秸稈對(duì)鎘的富集系數(shù)最低，雙峰紅豆的秸稈對(duì)鎘的富集系數(shù)最高。松柏鄉(xiāng)青皮豆、麥?zhǔn)星喽购吐』睾侄?個(gè)粒用大豆的秸稈對(duì)鎘的富集系數(shù)值也較大。

62個(gè)大豆品種籽粒對(duì)鎘的富集系數(shù)在0.302～0.876之間，所有大豆籽粒對(duì)鎘的富集系數(shù)均低于1（表2）。武岡褐豆籽粒對(duì)鎘的富集系數(shù)最低，桂陽(yáng)黑豆乙籽粒對(duì)鎘的富集系數(shù)最高，另外浙春6號(hào)、油春11－1、松柏鄉(xiāng)青皮豆和東安藥豆4個(gè)品種籽粒對(duì)鎘的富集系數(shù)也處于較高的水平。

表2 62個(gè)大豆品種對(duì)鎘的富集系數(shù)

3 討論

鎘在土壤—植物系統(tǒng)中的遷移與分配是多重因素共同決定的，不同大豆品種對(duì)鎘的耐受性存在明顯差異。本研究發(fā)現(xiàn)，62個(gè)大豆品種中秸稈鎘含量均比籽粒鎘含量高，大豆植株中的鎘由秸稈向籽粒中遷移，地上部位對(duì)大豆籽粒鎘的富集起到重要作用。有研究表明，鎘在大豆及其加工品中的分布狀況為根 ＞葉 ＞籽 ＞油，比例為 32.10∶1.69∶1∶0.003，籽粒粗加工品中分布狀況為豆粕＞油，比例為411.33∶1，籽粒中鎘主要與蛋白質(zhì)相結(jié)合，大豆籽粒和豆粕中鎘含量大大超過(guò)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品和飼料中鎘的最高容許量，而油分中含鎘量遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，是可以安全食用的［7，8］。

本研究結(jié)果表明，產(chǎn)量對(duì)大豆吸收鎘的累積量有一定影響，但是最重要的影響因素還是大豆本身的富集能力。有研究發(fā)現(xiàn)，大豆中存在籽粒鎘積累和對(duì)鎘產(chǎn)生抗性的基因，并且這兩個(gè)基因具有獨(dú)立的遺傳機(jī)制［9］。因此在鎘污染控制方面，可以主要從兩個(gè)方面出發(fā)：一是降低大豆對(duì)土壤鎘的吸收；二是控制大豆吸收的鎘向籽粒的遷移富集。

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