黃科文，林立金，王 均，劉 繼，劉 磊，王 鋌，廖明安，任 緯

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，四川 成都 611130；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 果蔬研究所，四川 成都 611130；3.成都市農(nóng)林科學(xué)院，四川 成都 611130；4.四川省內(nèi)江市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 玉米研究所，四川 內(nèi)江 641000)

土壤在生物圈具有重要的生態(tài)功能，是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)和重要載體[1]。近年來(lái)，由于工農(nóng)業(yè)及采礦業(yè)的快速發(fā)展，土壤重金屬污染問(wèn)題日益嚴(yán)重[2]。鎘是毒性最強(qiáng)的重金屬之一，具有半衰期長(zhǎng)，不易降解等特點(diǎn)，在土壤中長(zhǎng)期積累不僅會(huì)影響植株的生長(zhǎng)發(fā)育，還會(huì)通過(guò)食物鏈危害人體健康[3]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)土壤的鎘含量呈逐年遞增的趨勢(shì)，土壤受鎘污染的情況令人擔(dān)憂，這嚴(yán)重阻礙了我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[4]。鎘是植物的非必需營(yíng)養(yǎng)元素，長(zhǎng)期被植物吸收不僅會(huì)抑制細(xì)胞分裂，延緩植株生長(zhǎng)，還會(huì)破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，擾亂植物新陳代謝，最終影響經(jīng)濟(jì)作物的品質(zhì)與產(chǎn)量[5-6]。面對(duì)日益嚴(yán)峻的鎘污染問(wèn)題，科研工作者提出可通過(guò)土壤淋洗[7]、動(dòng)電修復(fù)[8]、客土改良[9]等物理修復(fù)技術(shù)，添加石灰[10]、沸石[11]、腐殖質(zhì)[12]固化螯合土壤重金屬等化學(xué)修復(fù)技術(shù)，植物修復(fù)技術(shù)[13]及微生物修復(fù)技術(shù)[14]等生物修復(fù)技術(shù)來(lái)凈化污染土壤。但這些技術(shù)在改良土壤環(huán)境的同時(shí)也存在著成本高、操作難、耗時(shí)長(zhǎng)等缺陷，很難大面積的推廣應(yīng)用。因此，在經(jīng)濟(jì)作物的栽培過(guò)程中，通過(guò)適宜的方法措施來(lái)提高植物對(duì)土壤重金屬的抗逆性，減少植株對(duì)重金屬的積累是目前符合國(guó)情的可行途徑。

褪黑素(Melatonin，MT)是廣泛存在于動(dòng)、植物以及微生物體內(nèi)的小分子內(nèi)分泌激素，屬吲哚類化合物，能與羥自由基以及過(guò)氧自由基發(fā)生反應(yīng)[15]。褪黑素在植物體中具有調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律，促進(jìn)不定根生長(zhǎng)，提高種子發(fā)芽率，增強(qiáng)植物抗逆性等重要生理功能[16]。目前已有研究證明，外源褪黑素在緩解重金屬對(duì)植物的毒害作用發(fā)揮著重要作用。唐懿等[17]研究表明，在鎘脅迫下，不同濃度褪黑素浸種處理可以在提高豌豆幼苗生物量、含水量、光合色素量以及抗氧化酶活性的同時(shí)，還能有效降低其根系及地上部分的鎘含量。劉自力等[18]對(duì)小白菜葉面噴施褪黑素(100 μmol/L)后發(fā)現(xiàn)，外源褪黑素可以有效減緩鎘脅迫對(duì)小白菜的毒害作用，并能通過(guò)降低小白菜對(duì)鎘吸收的相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平來(lái)降低小白菜幼苗的鎘積累量。另外在水培條件下，根施適宜濃度的外源褪黑素可以通過(guò)提高水稻體內(nèi)不易遷移的氯化鈉提取態(tài)鎘的比例，降低易遷移的水溶態(tài)及乙醇提取態(tài)鎘的比例進(jìn)而降低水稻對(duì)鎘的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)[19]。這些研究表明，外源褪黑素具有提高植物對(duì)鎘脅迫的抗逆性以及降低植物鎘含量的潛力，可以在作物栽培的同時(shí)有效降低經(jīng)濟(jì)作物對(duì)土壤鎘的富集能力。根系是植物與土壤的接觸部位，在吸收土壤各種元素的同時(shí)還會(huì)釋放大量根系分泌物，直接或間接地改變根際理化性質(zhì)，進(jìn)而影響土壤重金屬的化學(xué)形態(tài)[20]。目前，多數(shù)科研人員將研究重點(diǎn)集中在褪黑素對(duì)植物生理生化的響應(yīng)上，但有關(guān)外源褪黑素對(duì)植物根際影響的研究甚少，需要進(jìn)一步探究。

豆瓣菜(Nasturtiumofficinale)是十字花科，豆瓣菜屬的多年生草本植物，其莖葉可供食用，具有脆嫩多汁，清香可口，營(yíng)養(yǎng)豐富等特點(diǎn)，廣受人們的青睞[21]。但研究發(fā)現(xiàn)豆瓣菜對(duì)鎘及其敏感，0.05 mg/L的Cd2+就能對(duì)豆瓣菜的細(xì)胞造成一定程度傷害并降低其光能利用率[22]。鑒于此，本試驗(yàn)以豆瓣菜為材料，研究了不同濃度褪黑素對(duì)豆瓣菜鎘積累的影響，以期篩選出既能降低豆瓣菜鎘含量又能提高其產(chǎn)量的最佳褪黑素濃度，為鎘污染地區(qū)的豆瓣菜栽培提供參考。

1 材料和方法

1.1 供試材料

2017年5月，在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)成都校區(qū)(30°71′ N, 103°87′ E)周圍農(nóng)田收集豆瓣菜種子并保存?zhèn)溆?。供試土壤為水稻土，取自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)成都校區(qū)周圍農(nóng)田(pH值7.42，有機(jī)質(zhì)31.73 g/kg，全氮1.05 g/kg，全磷0.37 g/kg，全鉀25.71 g/kg，堿解氮56.13 mg/kg，速效磷17.15 mg/kg，速效鉀56.65 mg/kg，全鎘0.025 mg/kg)，土壤理化性質(zhì)參照鮑士旦[23]方法測(cè)定。

1.2 試驗(yàn)方法

2017年9月，將土壤風(fēng)干、壓碎、混勻、過(guò)篩(孔徑6.72 mm)后，分別精確稱取10 kg裝于23 cm×30 cm(高×直徑)的塑料盆內(nèi)，加入分析純CdCl2·2.5H2O溶液至土壤田間持水量的60%，使其鎘含量為5 mg/kg。在避雨棚內(nèi)自然放置28 d后，待土壤風(fēng)干，再將所有土壤倒出、壓碎、混勻后，均勻地分裝于23 cm×30 cm(高×直徑)的塑料盆內(nèi)備用，確保處理間的土壤理化性質(zhì)保持一致。2017年10月，分別在準(zhǔn)備好的含鎘土壤中添加褪黑素溶液，使土壤褪黑素含量分別為：0，25，50，100，150，200 μmol/kg，添加方法同上述含鎘土壤的制備方法。2017年9月，將豆瓣菜種子撒播于裝有濕潤(rùn)基質(zhì)的培養(yǎng)皿中，在25 ℃，4 000 lx光照強(qiáng)度條件下的培養(yǎng)箱中育苗。1個(gè)月后(2017年10月)，待豆瓣菜幼苗的5片真葉完全展開，高約10 cm時(shí)選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗分別移栽至準(zhǔn)備好的塑料盆中(每盆栽植3株，每個(gè)褪黑素濃度設(shè)置5個(gè)重復(fù))，在自然條件下，于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)成都校區(qū)避雨棚內(nèi)栽培。在豆瓣菜的生長(zhǎng)過(guò)程中不定期澆水，保持土壤處于淹水狀態(tài)并不定期更換盆與盆的位置以減弱邊際效應(yīng)。2個(gè)月后(2017年12月)，摘取豆瓣菜幼嫩葉片，參照李合生[24]的方法測(cè)定其葉綠素、可溶性蛋白的含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)活性。之后，整株收獲豆瓣菜并拆分其根、莖、葉，用自來(lái)水洗凈后，再用去離子水反復(fù)沖洗，于105 ℃的烘箱中殺青15 min后，在70 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量，用電子天平分別稱取豆瓣菜根、莖、葉的重量。之后，粉碎植物樣品并分別稱取0.5 g，采用硝酸-高氯酸(4∶1)混合酸高溫消煮法測(cè)定樣品鎘含量[23]。收集種植過(guò)豆瓣菜的土壤并去除土壤摻雜物，風(fēng)干，粉碎，過(guò)1 mm篩后分別稱取10 g土樣于燒杯中，加入去離子水25 mL，用玻璃棒攪拌混勻后靜置30 min，用8205型筆式pH計(jì)測(cè)定懸液pH值。土壤有效態(tài)鎘含量采用DTPA-TEA浸提法測(cè)定[23]。土壤脲酶采用苯酚-次氯酸鈉比色法測(cè)定，其活性以在37 ℃培養(yǎng)24 h后每克土壤中NH3-N的毫克數(shù)表示[25]。土壤蔗糖酶采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，其活性以在37 ℃培養(yǎng)24 h后每克土壤中生成葡萄糖毫克數(shù)表示[25]。土壤過(guò)氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定，其活性以每克土壤在37 ℃培養(yǎng)1 h后消耗0.1 mol/L KMnO4的毫升數(shù)表示[25]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件(IBM，Chicago，IL，USA)，通過(guò)單向ANOVA和Duncan的多范圍檢驗(yàn)在P=0.05置信水平下對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=植物地上部分鎘含量/根系鎘含量[25]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度褪黑素對(duì)豆瓣菜生物量的影響

由表1 可知，隨著褪黑素濃度的升高，豆瓣菜根、莖、葉、地上部分及整株的生物量均出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，且都在褪黑素濃度為50 μmol/kg時(shí)達(dá)到最大(P<0.05)。當(dāng)褪黑素濃度為50 μmol/kg時(shí)，豆瓣菜根、莖、葉、地上部分及整株的生物量分別較對(duì)照提高了31.23%，32.87%，8.16%，12.88%，15.53%。另外，當(dāng)褪黑素濃度為100，150，200 μmol/kg時(shí)，豆瓣菜各部分的生物量均顯著低于對(duì)照(P<0.05)。當(dāng)褪黑素濃度為200 μmol/kg時(shí)，豆瓣菜根、莖、葉、地上部分及整株的生物量分別較對(duì)照降低了59.29%，79.02%，66.61%，68.98%，67.58%。

表1 不同濃度褪黑素對(duì)豆瓣菜生物量的影響Tab.1 Effects of different concentrations of melatonin on the biomass in N. officinale g

注：數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；2組處理數(shù)據(jù)后的英文字母若完全不同，則表示這2組處理間的數(shù)據(jù)差異顯著(P<0.05)。表2-5同。

Note：The data were mean ± standard deviation. If the English letters of the two groups were completely different, the difference between the two groups was significant difference(P<0.05). The same as Tab.2-5.

2.2 不同濃度褪黑素對(duì)豆瓣菜葉綠素含量的影響

由表2 可知，豆瓣菜葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素及葉綠素總量從大到小的順序均為：50，25，0，100，150，200 μmol/kg。相較于對(duì)照，當(dāng)褪黑素濃度為50 μmol/kg時(shí)，豆瓣菜葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素及葉綠素總量均最高，分別較對(duì)照提高了12.99%，13.59%，13.11%，11.48%。另外，當(dāng)褪黑素為100，150，200 μmol/kg時(shí)，豆瓣菜葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量均低于對(duì)照(P>0.05)。當(dāng)褪黑素濃度為200 μmol/kg時(shí)，豆瓣菜葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素及葉綠素總量最低，分別較對(duì)照降低了12.16%，15.22%，12.82%，13.11%。對(duì)豆瓣菜葉綠素a/b而言，只有50 μmol/kg濃度的褪黑素降低了豆瓣菜葉綠素a/b，其他濃度褪黑素處理則提高了豆瓣菜葉綠素a/b。

表2 不同濃度褪黑素對(duì)豆瓣菜葉綠素含量的影響Tab.2 Effects of different concentrations of melatonin on chlorophyll content in N. officinale mg/g

2.3 不同濃度褪黑素對(duì)豆瓣菜抗氧化酶活性的影響

由表3 可知，在鎘脅迫下，隨著褪黑素濃度的升高，豆瓣菜葉片的SOD、POD、CAT活性均出現(xiàn)了上升的趨勢(shì)。對(duì)豆瓣菜SOD活性而言，所有褪黑素處理均顯著提高了其SOD活性(P<0.05)，當(dāng)褪黑素濃度為200 μmol/kg時(shí)，豆瓣菜SOD活性較對(duì)照顯著提高了138.76%(P<0.05)。對(duì)豆瓣菜POD活性而言，當(dāng)褪黑素濃度為150，200 μmol/kg時(shí)顯著提高了豆瓣菜POD活性，分別較對(duì)照提高了37.05%，48.52%(P<0.05)。對(duì)豆瓣菜CAT活性而言，所有褪黑素處理均顯著提高了其CAT活性(P<0.05)，當(dāng)褪黑素濃度為200 μmol/kg時(shí)，豆瓣菜CAT活性較對(duì)照顯著提高了45.70%(P<0.05)。

表3 不同濃度褪黑素對(duì)豆瓣菜抗氧化酶活性的影響Tab.3 Effects of different concentrations of melatonin on antioxidant enzyme activities in N. officinale U/g

2.4 不同濃度褪黑素對(duì)豆瓣菜鎘含量的影響

由表4 可知，在鎘脅迫下，隨著褪黑素濃度的升高，豆瓣菜根、莖、葉及地上部分的鎘含量均出現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，且豆瓣菜根、莖、葉的鎘含量從大到小的順序均為：200，150，100，0，25，50 μmol/kg。與對(duì)照相比，褪黑素濃度為25，50 μmol/kg時(shí)顯著降低了豆瓣菜各部分的鎘含量(P<0.05)，而褪黑素濃度為150，200 μmol/kg時(shí)顯著提高了豆瓣菜各部分的鎘含量(P<0.05)。當(dāng)褪黑素濃度為50 μmol/kg時(shí)，豆瓣菜根、莖、葉及地上部分的鎘含量最低，分別較對(duì)照降低了9.82%，7.42%，8.19%，9.07%。當(dāng)褪黑素濃度為200 μmol/kg時(shí)，豆瓣菜根、莖、葉及地上部分的鎘含量達(dá)到最高，分別較對(duì)照提高了20.87%，28.53%，26.40%，29.09%。對(duì)豆瓣菜的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)而言，只有當(dāng)褪黑素濃度為100 μmol/kg時(shí)降低了豆瓣菜的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，其余處理對(duì)其轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均有所提升。

表4 不同濃度褪黑素對(duì)豆瓣菜鎘含量的影響Tab.4 Effects of different concentrations of melatonin on cadmium content in N. officinale mg/kg

2.5 不同濃度褪黑素對(duì)土壤酶活性的影響

由表5 可知，在鎘脅迫條件下，褪黑素對(duì)土壤脲酶及過(guò)氧化氫酶活性的影響均不顯著(P>0.05)。對(duì)土壤蔗糖酶而言，隨著褪黑素濃度的升高土壤蔗糖酶的活性出現(xiàn)上升的趨勢(shì)。相較于對(duì)照，所有褪黑素處理均顯著提高了土壤蔗糖酶的活性(P<0.05)，其中當(dāng)褪黑素濃度為200 μmol/kg時(shí)，土壤蔗糖酶的活性達(dá)到最大，較對(duì)照提高了271.80%(P<0.05)。

表5 不同濃度褪黑素對(duì)土壤酶活性的影響Tab.5 Effects of different concentrations of melatonin on soil enzyme activities

2.6 不同濃度褪黑素對(duì)土壤pH值及土壤有效態(tài)鎘含量的影響

由圖1可知，在鎘污染條件下，相較于對(duì)照，外源褪黑素不同程度降低了土壤pH值。隨著褪黑素濃度的升高，土壤pH值出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，其中當(dāng)褪黑素濃度為50，100，150，200 μmol/kg時(shí)土壤pH值均顯著低于對(duì)照(P<0.05)。由圖2可知，相較于對(duì)照，外源褪黑素顯著提高了土壤有效態(tài)鎘含量(P<0.05)。隨著褪黑素濃度的升高，土壤有效態(tài)鎘含量出現(xiàn)上升的趨勢(shì)，其中當(dāng)褪黑素濃度為150，200 μmol/kg時(shí)土壤有效態(tài)鎘含量均顯著高于對(duì)照(P<0.05)。

2組處理數(shù)據(jù)間的英文字母若完全不同，則表示這2組處理間的數(shù)據(jù)差異顯著(P<0.05)。圖2同。

If the English letters of the two groups were completely different, the difference between the two groups was significant difference(P<0.05). The same as Fig.2.

圖1 土壤pH值
Fig.1 Soil pH

圖2 土壤有效鎘含量Fig.2 Soil available cadmium concentration

3 結(jié)論與討論

褪黑素是一種與IAA類似的吲哚類化合物，能夠調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，具有促進(jìn)細(xì)胞膨大，節(jié)間生長(zhǎng)，子葉延伸等作用[26]。Chen等[27]研究發(fā)現(xiàn)，低濃度外源褪黑素顯著促進(jìn)了芥菜根部的生長(zhǎng)，但高濃度褪黑素則表現(xiàn)出抑制作用。劉仕翔等[19]在鎘脅迫下對(duì)水稻根施不同濃度褪黑素后發(fā)現(xiàn)，隨著外源褪黑素濃度的升高，水稻幼苗根系及地上部分的生物量均出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同濃度褪黑素對(duì)豆瓣菜根、莖、葉生物量的影響均具有低促高抑的作用，與前人的結(jié)果相似。這說(shuō)明在鎘脅迫下適宜濃度的外源褪黑素可以有效促進(jìn)豆瓣菜的生長(zhǎng)，可能與褪黑素可以提高植物對(duì)非生物脅迫的抗逆性，進(jìn)而緩解了鎘脅迫對(duì)豆瓣菜的毒害作用有關(guān)。而高濃度褪黑素可能抑制了豆瓣菜體內(nèi)IAA的合成，并通過(guò)鈣調(diào)蛋白引起微管蛋白的解聚，破壞了細(xì)胞的紡錘體結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響了豆瓣菜的生長(zhǎng)[28]。

褪黑素作為一種抗氧化劑，可以通過(guò)減緩葉綠素降解，增強(qiáng)抗氧化防御系統(tǒng)，降低重金屬積累量等多種途徑提高植物對(duì)不利環(huán)境的抵抗力[29]。光合作用是植物將光能、無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化為化學(xué)能及有機(jī)物的重要過(guò)程，也是植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要基礎(chǔ)[30]。植物的光和色素含量與其光合作用密切相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)，鎘脅迫不僅會(huì)直接破壞葉綠體結(jié)構(gòu)還會(huì)顯著降低葉片的光和色素含量，進(jìn)而影響植物的光合作用[31]。黃佳璟等[32]在鎘脅迫下對(duì)蘿卜噴施褪黑素后發(fā)現(xiàn)，蘿卜葉片的光合色素含量隨著褪黑素濃度的升高出現(xiàn)了先增加后降低的趨勢(shì)。另外，外源褪黑素還能顯著緩解鎘脅迫對(duì)小白菜葉綠素的降解幅度，提高植物的光合參數(shù)[18]。這些研究表明，褪黑素在鎘脅迫下在保護(hù)葉綠素、延緩葉片衰老、增強(qiáng)光合效率等方面具有重要作用。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，豆瓣菜葉綠素a、葉綠素b及類胡蘿卜素含量均隨著褪黑素濃度的升高出現(xiàn)了先上升后下降的趨勢(shì)，且都在褪黑素濃度為50 μmol/kg時(shí)達(dá)到峰值，出現(xiàn)這樣的結(jié)果可能與豆瓣菜體內(nèi)的鎘含量有關(guān)。在鎘脅迫下，豆瓣菜各部位的鎘含量隨著外源褪黑素濃度的升高出現(xiàn)了先下降后上升的趨勢(shì)，且均在褪黑素濃度為50 μmol/kg時(shí)最低，與豆瓣菜光和色素含量的變化趨勢(shì)相反。因此，可以推斷適宜濃度的褪黑素可能通過(guò)降低豆瓣菜對(duì)土壤鎘的吸收和轉(zhuǎn)移，緩解了葉片光和色素的分解，進(jìn)而提高了豆瓣菜葉綠素及類胡蘿卜素的含量。在自然狀態(tài)下，植物體內(nèi)的活性氧及抗氧化系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)平衡，植物在重金屬脅迫下會(huì)催化產(chǎn)生大量活性氧自由基(ROS)，易對(duì)植物的細(xì)胞膜及核酸、脂肪、蛋白質(zhì)等大分子造成氧化性損傷[33]。為減緩逆境條件下的氧化脅迫，植物體內(nèi)形成了一道由SOD、POD以及CAT組成的抗氧化系統(tǒng)，可以有效清除植物體內(nèi)的自由基和活性氧，維持細(xì)胞及生物大分子結(jié)構(gòu)的完整性[34]。研究證明,褪黑素在植物體內(nèi)具有廣泛的抗氧化功能，還能夠與ROS反應(yīng)形成抗氧化作用更強(qiáng)的N1-乙酰-N2-甲酰-5-甲氧犬脲酰胺(AFMK)，兩者通過(guò)協(xié)同作用，可進(jìn)一步增強(qiáng)植物的抗逆性[35]。另外，其他研究表明,褪黑素對(duì)植物抗氧化酶的活性具有顯著的促進(jìn)作用，可以間接提高植物的抗氧化能力[36]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，外源褪黑素顯著提高了豆瓣菜葉片的SOD、POD、CAT活性，且隨著褪黑素濃度的升高出現(xiàn)了上升的趨勢(shì)。其相關(guān)機(jī)理可能是因?yàn)橥屎谒啬軌蚺c植物的細(xì)胞膜受體結(jié)合，影響細(xì)胞內(nèi)的磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)從而引起豆瓣菜抗氧化酶相關(guān)基因的上調(diào)[37]。

鎘離子在土壤中經(jīng)過(guò)溶解、絡(luò)合、沉淀等作用具有多種化學(xué)形態(tài)，與土壤酶活性及植物有效性密切相關(guān)[38]。有效態(tài)鎘是指土壤中植物可利用態(tài)鎘的總含量，是影響植物吸收并轉(zhuǎn)移土壤鎘的重要因素之一[39]。研究表明，土壤pH值是影響重金屬離子在土壤中吸附-解吸、溶解-沉淀等反應(yīng)的重要因子，對(duì)重金屬離子的遷移及有效態(tài)的影響超過(guò)其他任何單一因素[40]。曹勝等[41]研究了不同酸堿度調(diào)節(jié)劑對(duì)稻田土壤中有效態(tài)鎘的影響，發(fā)現(xiàn)土壤的有效態(tài)鎘含量與其土壤pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)。本試驗(yàn)表明，種植豆瓣菜的土壤pH值及有效態(tài)鎘含量隨著褪黑素濃度的升高分別出現(xiàn)了下降和上升的趨勢(shì)。這可能是因?yàn)橥庠赐屎谒刂苯幼饔糜诙拱瓴烁挡⒋龠M(jìn)其釋放了某些酸性物質(zhì)，導(dǎo)致土壤pH值下降，進(jìn)而提高了土壤中的有效態(tài)鎘含量[42]。另外，本研究發(fā)現(xiàn)豆瓣菜根、莖、葉的鎘含量隨著外源褪黑素濃度的升高呈先下降后上升的趨勢(shì)，與土壤有效態(tài)鎘含量的變化趨勢(shì)不同。這說(shuō)明適宜濃度的外源褪黑素可以有效降低豆瓣菜各部位的鎘含量，但不只與土壤有效態(tài)鎘含量有關(guān)，可能還與褪黑素具有影響植物裝載轉(zhuǎn)運(yùn)鎘元素的相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平有關(guān)[18]，需要進(jìn)一步研究。土壤酶是推動(dòng)土壤養(yǎng)分循環(huán)，參與土壤代謝過(guò)程的重要有機(jī)物，其活性高低可在一定程度上反映土壤各生化反應(yīng)的方向和程度，也是評(píng)價(jià)診斷土壤重金屬污染物生態(tài)效應(yīng)的重要指標(biāo)[43-44]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，在鎘脅迫下，外源褪黑素顯著提高了種植豆瓣菜的土壤蔗糖酶的活性，且隨著褪黑素濃度的升高呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。羅虹等[45]采用回歸正交設(shè)計(jì)研究了重金屬對(duì)土壤酶活性的影響，結(jié)果表明，重金屬?gòu)?fù)合污染與6種土壤酶之間均呈顯著或極顯著的相關(guān)關(guān)系。在本試驗(yàn)中，土壤有效態(tài)鎘含量及土壤蔗糖酶的活性均隨著外源褪黑素濃度的升高呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明土壤蔗糖酶活性可能與土壤有效態(tài)鎘含量存在緊密關(guān)系，對(duì)土壤鎘的生物有效性具有指示作用。

綜上所述，適宜濃度的褪黑素不僅對(duì)豆瓣菜的生物量、光和色素含量以及抗氧化酶活性都有顯著的促進(jìn)作用，還能有效降低豆瓣菜各部分的鎘含量。在所有處理中，當(dāng)褪黑素濃度為50 μmol/kg時(shí)，豆瓣菜根、莖、葉的鎘含量均顯著低于其他處理，生物量及光合色素含量均達(dá)到峰值，在提高豆瓣菜產(chǎn)量的同時(shí)有效降低了豆瓣菜對(duì)土壤鎘的吸收。