土壤Cd污染對蕹菜莖葉Cd與蛋白質含量的影響

王俊麗，任建國，龔玉蓮

（1.貴陽醫學院公共衛生學院，550004；2.貴陽醫學院基礎醫學院；3.廣東第二師范學院生物系應用生態學實驗室）

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不但會對生物體產生嚴重的毒害作用，而且進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生標準的品種）被認為是一種現實、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領域的研究熱點。但現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 制 研究[6，8，9]，有 關 PSC 營 養 成 分 與 Cd 含 量 的 相 關 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污染對蕹菜蛋白質含量的影響及其與莖葉Cd含量的相關性，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理提供試驗依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤為中山大學西區球場邊的菜園土，將其風干碾碎過5 mm篩備用。土壤基本理化性質（測定參照中國科學院南京土壤所編 《土壤理化分析》，1978）如下：pH 值 7.05，有機質含量 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 取2.0 kg備用土壤裝入直徑16 cm，深18 cm的塑料盆，設置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。所有處理采取隨機區組設計，每個處理3次重復。栽培試驗在玻璃溫室內進行，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量，然后在70℃烘箱烘干至恒重，稱干質量。烘干樣品粉碎后過100目篩，稱取0.2 g樣品進行微波消解（O.I.Analytical 7295，Ltd.，O.I.CORPORATION，USA），樣品加入5 mL 65%（V/V，優級純）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）。采用國家標準參比物質 （植物GBW-07603）進行分析質量控制。

蛋白質含量測定采用傳統的凱氏定氮法，含氮量乘以6.25計算蛋白質含量。

1.3 數據處理

所有數據采用Excel軟件進行統計處理，采用SPSS 11.0軟件進行品種間差異顯著性及相關性分析。

2 結果與分析

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），變異系數分別為31.3%、29.6%、26.3%；蛋白質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%，變異系數分別為 12.1%、9.90%、11.6%。不同品種之間Cd含量、蛋白質含量均存在明顯差異，3個處理下差異都達到極顯著水平（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的品種則表現出莖葉Cd含量高，蛋白質含量低的特征。

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含量與蛋白質含量

2.2 蕹菜莖葉蛋白質含量與Cd含量的關系

當土壤Cd濃度為0.593 mg/kg時，供試蕹菜莖葉蛋白質含量與Cd含量的關系如圖2，3所示。30個供試品種放在一起比較，蛋白質含量與Cd含量相關關系不顯著；將白梗品種和青梗品種分開比較則發現，對于白梗品種，二者之間呈顯著的負相關關系（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關系，但未達到顯著水平（n＝12，r＝0.509，p＞0.05）。 土壤 Cd 濃度增加到 1.091，1.824 mg/kg，二者相關關系不顯著。

3 小結與討論

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]，多數呈現低促高抑現象。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]研究中已進行了詳細的分析與討論，這里不再贅述。高芳等[12]的研究結果表明，中、輕度Cd脅迫可增加花生種仁蛋白質含量，與本研究結果有一定的相似性，即供試蕹菜莖葉蛋白質含量隨土壤Cd濃度的增加而增加，但不同品種之間存在差異。此結果從另一個角度證明低濃度Cd對植物的生長有促進作用，并且能促進其營養物質的積累，也可能是植物對Cd脅迫的一種響應。分析30個供試品種莖葉Cd含量與蛋白質含量的關系發現，在低濃度Cd處理下，白梗蕹菜莖葉Cd含量與蛋白質含量呈顯著負相關，而青梗品種存在一定的正相關性（沒有達到顯著水平），此結果與Liu等[13]對水稻的研究結果有所不同。Liu等的研究顯示糙米中Cd含量與含氮量呈顯著正相關關系，因此認為難以篩選到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該為篩選到Cd含量低同時蛋白質含量高的品種提供了可能。但是青梗品種蛋白質含量與Cd含量之間表現有一定正相關關系，雖未達到顯著水平，但仍給篩選工作造成一定困難。

圖2 白梗蕹菜莖葉蛋白質含量與Cd含量之間的關系

圖3 青梗蕹菜莖葉蛋白質含量與Cd含量之間的關系

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

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