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        鎘在厚皮甜瓜植株中的分布及低積累品種篩選

        2021-02-25 07:45:34王志偉楚簫梁少華戴思慧李涵孫小武
        中國(guó)瓜菜 2021年1期
        關(guān)鍵詞:分布積累

        王志偉 楚簫 梁少華 戴思慧 李涵 孫小武

        摘 ? ?要:為了研究鎘在厚皮甜瓜植株體內(nèi)的分布規(guī)律,篩選適合中度以下重金屬污染區(qū)種植的甜瓜品種,通過(guò)大田鎘污染土壤栽培,對(duì)厚皮甜瓜不同部位的鎘含量和果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行分析。結(jié)果表明,參試的10個(gè)不同類型的厚皮甜瓜果實(shí)鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于GB 2762—2017(食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品)中污染物限量規(guī)定的鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05 mg·kg-1,其中‘IVF-117果實(shí)鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低,僅為0.003 mg·kg-1。鎘在厚皮甜瓜植株體內(nèi)分布的規(guī)律為基部莖葉>根>上部莖葉>果實(shí),綜合果實(shí)鎘含量和品質(zhì)性狀,篩選出‘IVF-117等適于重金屬污染區(qū)種植的厚皮甜瓜品種。

        關(guān)鍵詞:厚皮甜瓜;鎘;分布;積累

        中圖分類號(hào):S652.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1673-2871(2021)01-015-04

        Cadmium distribution and screening of low cadmium accumulation thick-skinned melon cultivars

        WANG Zhiwei1,2, CHU Xiao1, LIANG Shaohua1, DAI Sihui1, LI Han3, SUN Xiaowu1

        (1. College of Horticulture, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, Hunan, China; 2. Hunan Agricultural Equipment Research Institute, Changsha 410125, Hunan, China; 3. Hunan Crop Research Institute, Changsha 410125, Hunan, China)

        Abstract:This paper analyzed the distribution of cadmium in thick-skinned melon plants, screened the thick-skinned melon varieties suitable for Cd pollution soil. The contents of cadmium and fruit quality in different parts of thick-skinned melon were analyzed through field cultivation of cadmium-contaminated soil. The results showed that the cadmium contents of the 10 different types of thick-skinned melon fruits tested were lower than the cadmium content of 0.05 mg·kg-1 specified in the limit of pollutants GB in 2762—2017 (the limited value of national food hygiene standard of China), of which ‘IVF-117 showed the lowest content of cadmium in fruit at 0.003 mg·kg-1. The distribution of cadmium in the thick-skinned melon plants was in order : leaf and stem at the base > root > upper leaf and stem > fruit. Based on the fruit cadmium content and quality characteristics, ‘IVF-117 and other thick-skinned melon varieties suitable for planting in heavy metal polluted areas.

        Key words: Thick-skinned melon; Cadmium; Distribution; Accumulated

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展、礦產(chǎn)資源大量開(kāi)發(fā)、礦物肥料普遍使用,鎘(Cd)已經(jīng)成為環(huán)境污染物中的主要來(lái)源之一[1]。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,中國(guó)有140萬(wàn)hm2左右的污灌區(qū),其中67%是遭受重金屬污染的,這其中屬于重金屬輕度污染的約占50%,中度污染和重度污染各占10%左右,以Hg和Cd污染為主[2]。據(jù)報(bào)道,目前中國(guó)污灌區(qū)中有11處生產(chǎn)的大米鎘含量超標(biāo),中國(guó)每年被重金屬污染的糧食多達(dá)1 200萬(wàn)t,經(jīng)濟(jì)損失在200億元以上[3]。鎘屬于植物生長(zhǎng)發(fā)育的非必需元素,很容易從土壤中被植物根系吸收轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部[4]。2019年FAO(2020年8月更新數(shù)據(jù))統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,中國(guó)的甜瓜生產(chǎn)面積和產(chǎn)量均居世界第一[5]。厚皮甜瓜的生育期80~90 d,具有耐貯運(yùn)、產(chǎn)值高等優(yōu)勢(shì),可以有效增加農(nóng)民收入,同時(shí)可以填補(bǔ)夏初水果淡季市場(chǎng)供應(yīng)的空白。湖南省厚皮甜瓜生產(chǎn)起步較晚,主要集中在常德、邵陽(yáng)、岳陽(yáng)、長(zhǎng)沙、衡陽(yáng)、郴州等地區(qū)[6]。不同基因型的植物對(duì)鎘吸收積累的敏感程度存在顯著差異,與遺傳因素密切相關(guān)[7-8]。目前已在水稻[9]、煙草[10]、西瓜[11]、油菜[12]、薄皮甜瓜[1]等作物上得到證實(shí)。篩選適于重金屬污染地區(qū)種植的作物品種,是目前重金屬污染地區(qū)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要方向。Wang等[13]和Chen等[14]研究認(rèn)為,篩選低積累品種時(shí)應(yīng)同時(shí)滿足鎘耐性較好和可食部分鎘含量低這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。2014年,湖南省組織農(nóng)業(yè)科研院校在長(zhǎng)株潭地區(qū)率先開(kāi)展重金屬超標(biāo)區(qū)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整,在長(zhǎng)株潭部分輕度和中度鎘超標(biāo)地區(qū)進(jìn)行低積累農(nóng)作物品種的篩選。筆者以湖南省主栽和引進(jìn)的10個(gè)厚皮甜瓜品種(組合)為材料,通過(guò)在中度鎘污染(0.6~0.9 mg·kg-1)土地上種植,測(cè)定植株和果實(shí)中鎘含量,明確了鎘在不同類型厚皮甜瓜品種間積累的差異性,初步篩選了適于長(zhǎng)株潭重金屬污染區(qū)種植的鎘低積累厚皮甜瓜品種,為重金屬污染區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)地概況

        試驗(yàn)于2019年4-7月在湘潭市雨湖區(qū)響水鄉(xiāng)湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院蔬菜瓜類研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行,基地土壤鎘含量和理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

        1.2 供試甜瓜品種

        以湖南省厚皮甜瓜主栽的5個(gè)品種和源自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所甜瓜課題組的5個(gè)新組合為材料,品種來(lái)源與特性詳見(jiàn)表2。

        1.3 方法

        甜瓜于3月15日采用基質(zhì)穴盤育苗。4月10日,甜瓜幼苗2葉1心時(shí)定植于30 m×6 m鋼架塑料大棚,株距0.6 m,行距2 m,采用隨機(jī)區(qū)組排列,每小區(qū)15株,3次重復(fù)。采用立架栽培,單蔓整枝,甜瓜植株長(zhǎng)到12葉時(shí)留3~4側(cè)蔓結(jié)果,每株人工授粉,選留2~3果。于甜瓜果實(shí)成熟期,每小區(qū)隨機(jī)選擇5株,分別測(cè)定果實(shí)鮮質(zhì)量、果實(shí)縱橫徑、果肉厚度、果肉可溶性固形物含量,計(jì)算果形指數(shù)(果形指數(shù)=縱徑/橫徑)。分別檢測(cè)甜瓜的根、基部莖葉(坐果節(jié)位到根部)、上部莖葉(坐果節(jié)位到莖尖)和果實(shí)的鎘含量。

        1.4 Cd含量的測(cè)定

        委托湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)化檢測(cè)中心,參照 GB/T 5009.15—2014石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定Cd含量。

        1.5 數(shù)據(jù)處理

        采用DPS 7.5數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,Microsoft Excel 2013作圖。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 鎘在不同類型厚皮甜瓜植株體內(nèi)分布的差異

        從圖1的結(jié)果可以看出,不同類型厚皮甜瓜根系的鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.422~1.08 mg·kg-1,根系中鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的是‘IVF-117,達(dá)到了1.08 mg·kg-1,與其他厚皮甜瓜品種根系的差異達(dá)到顯著水平,‘IVF-198根系的鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低,僅為0.422 mg·kg-1。

        土壤中的鎘離子被甜瓜根系吸收后首先轉(zhuǎn)運(yùn)到基部莖葉中,從圖1可以看出,10個(gè)厚皮甜瓜材料基部莖葉的鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.756~1.953 mg·kg-1,基部莖葉最高的是‘翠蜜5號(hào),為1.953 mg·kg-1,‘洛克星次之,為1.72 mg·kg-1,‘IVF-198基部莖葉最低,僅為0.756 mg·kg-1。

        上部莖葉屬于甜瓜植株新生組織,根系吸收的礦質(zhì)元素從下而上運(yùn)輸,從圖1可以看出,不同品種之間上部莖葉鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)也存在顯著差異,其中‘翠蜜4號(hào)最高,為1.329 mg·kg-1,‘IVF-198最低,僅為0.55 mg·kg-1 。

        2.2 鎘在不同類型厚皮甜瓜果實(shí)中分布的差異性

        GB 2762—2017(食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量)規(guī)定的甜瓜果實(shí)中鎘限量為0.05 mg·kg-1,甜瓜果實(shí)鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低與其安全性密切相關(guān)。從圖2中可以看出,所有厚皮甜瓜品種果實(shí)的鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于0.05 mg·kg-1,但是不同類型厚皮甜瓜品種之間果實(shí)鎘含量也存在差異,‘翠蜜4號(hào)和‘翠蜜5號(hào)果實(shí)鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.011 mg·kg-1,‘IVF-117的果實(shí)鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.003 mg·kg-1,兩者相差0.008 mg·kg-1,這就說(shuō)明品種之間差異較大。重金屬污染區(qū)種植厚皮甜瓜時(shí)盡量選擇果實(shí)鎘含量低的品種。

        2.3 不同類型厚皮甜瓜果實(shí)性狀的差異

        果形指數(shù)是厚皮甜瓜外觀品質(zhì),單瓜質(zhì)量與產(chǎn)量密切相關(guān),厚皮甜瓜的果肉厚度與可溶性固形物含量是衡量甜瓜果實(shí)感官品質(zhì)的重要指標(biāo)。由表3可知,‘翠蜜4號(hào)的單瓜質(zhì)量最大,達(dá)到了3.26 kg,與其他品種的單瓜質(zhì)量差異顯著,‘雪峰蜜2號(hào)的單瓜質(zhì)量最小,僅為1.21 kg。‘翠蜜4號(hào)‘翠蜜5號(hào)和‘IVF-303為長(zhǎng)橢圓形外,其他品種均為高圓球形。甜瓜果實(shí)果肉厚度決定產(chǎn)量高低和品質(zhì)優(yōu)劣,從表2可以看出,10個(gè)材料的果肉厚度存在顯著差異,其中‘洛克星的果肉最厚,為4.17 cm,‘翠蜜4號(hào)‘翠蜜6號(hào)‘IVF-303和‘IVF-117與‘洛克星差異不顯著,‘雪峰蜜2號(hào)的果肉最薄,為3.07 cm,其他品種居中。果肉的可溶性固形物含量是厚皮甜瓜品質(zhì)的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一,從表3可以看出,不同類型厚皮甜瓜品種之間可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異較大,其中‘IVF-117的可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高,為18.4%,‘IVF-777的可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低,僅為11.67%。

        3 討論與結(jié)論

        土壤中鎘含量、有效性[15]、土壤pH[16]、施肥[17-18]和離子拮抗作用[19]等環(huán)境因素都與植物對(duì)鎘的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和積累密切相關(guān)。植物不同基因型和品種之間對(duì)鎘的吸收和積累能力也存在明顯差異[7-8],目前已在水稻、煙草、西瓜、油菜等[9-12]作物上得到證實(shí)。中國(guó)為甜瓜的次生起源中心之一[20],湖南的漢代馬王堆墓中就發(fā)現(xiàn)了甜瓜種子,足見(jiàn)甜瓜在湖南地區(qū)栽培歷史的悠久。

        篩選和培育適于鎘污染土壤種植的低鎘積累作物是一條經(jīng)濟(jì)、有效地利用鎘污染土壤的途徑[21]。評(píng)價(jià)時(shí)期和評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇對(duì)鎘低積累作物篩選的合理評(píng)價(jià)至關(guān)重要。有學(xué)者研究認(rèn)為,為了準(zhǔn)確反映品種或基因型間的差異,應(yīng)選擇作物吸收鎘的關(guān)鍵時(shí)期或吸收速率較大的時(shí)期進(jìn)行評(píng)價(jià)[10]。Wang等[13]和Chen等[14]研究認(rèn)為,篩選低積累品種時(shí)應(yīng)同時(shí)滿足鎘耐性較好和可食部分鎘含量低兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。參照前人的研究成果,筆者在篩選鎘低積累厚皮甜瓜品種資源時(shí)除了考慮甜瓜植株對(duì)鎘的耐性,厚皮甜瓜果實(shí)鎘含量的高低也需要重點(diǎn)考量。土壤中的重金屬被植物根部吸收后,首先在根部積累,然后運(yùn)輸?shù)角o、葉、果實(shí)等地上部分組織和器官。因此,重金屬在植物體的不同組織和器官的單位含量也存在差異,通常是地下部分高于地上部分,這在楊桃、黃皮、龍眼、葡萄和草莓等[22-23]植物上得到了證實(shí),西瓜植株體內(nèi)單位鎘含量為葉>莖>根>果實(shí)[24]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,鎘在厚皮甜瓜植株體內(nèi)的單位含量為:基部莖葉>根>上部莖葉>果實(shí),可能與甜瓜的子蔓或?qū)O蔓坐果習(xí)性有關(guān)。綜合考量果實(shí)單位鎘含量和果實(shí)品質(zhì),重金屬污染區(qū)適合種植‘IVF-117。

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