鎘在薄皮甜瓜植株中的分布及低積累品種篩選

王志偉鄒 甜孫 波龔 思陳澤南孫小武*

（1湖南農業大學園藝園林學院，湖南長沙410128；2湖南省蔬菜研究所，湖南長沙 410125）

隨著我國經濟社會的快速發展、礦產資源的開發、農業生產中礦物肥料的使用，鎘（Cd）已經成為環境中的主要污染物之一。農業部的調查數據表明：中國污灌區面積在140萬hm2左右，遭受重金屬污染的土地面積占污染總面積的2/3，其中輕度污染占1/2左右，中度污染和嚴重污染各占1/10左右，主要以汞（Hg）和Cd的污染面積最大（李涵 等，2017）。據統計，目前中國污灌區中有11處生產的大米中鎘含量嚴重超標，中國每年因重金屬污染導致的糧食減產超過1 000萬t，被重金屬污染的糧食多達1 200萬t，合計經濟損失至少200億元（丁真真，2007）。鎘是植物生長的非必需元素之一，卻很容易被根系吸收后運輸到地上部（王有年 等，2009）。

據聯合國糧食及農業組織 FAOSTAT 數據庫（2016年8月更新數據）統計，2015年中國甜瓜的生產面積和產量均居世界第一位（吳敬學 等，2013）。湖南省的甜瓜生產和消費以薄皮甜瓜為主，產區主要集中在常德、益陽、邵陽、岳陽、長沙、衡陽、永州等地區（譚秋英 等，2015）。2014年，隨著湖南省重金屬超標地區種植結構調整工作的開展，在長株潭部分輕度和中度鎘超標地區開始進行甜瓜試種。篩選鎘低積累甜瓜品種用于超標地區種植結構的調整是近年來人們關注的問題，本試驗以湖南省主栽的12個甜瓜品種（組合）為材料，明確甜瓜品種間鎘積累的差異性，篩選適于湖南重金屬污染區種植的甜瓜品種，旨在為重金屬污染區種植結構的調整提供參考作物。

1 材料與方法

1.1 供試土壤與甜瓜品種

試驗于2016年3～7月，在湖南農業大學園藝園林學院蔬菜瓜類研究所湘潭試驗基地進行，基地土壤鎘含量和理化性質分別為：鎘含量為0.83 mg·kg-1（屬中度污染）、pH 7.14、堿解氮126.8 mg·kg-1、速效磷29.2 mg·kg-1、速效鉀71.2 mg·kg-1、陽離子交換量 14.8 cmol·kg-1、有機質36.9 g·kg-1。以湖南省薄皮甜瓜的主栽品種和從中國農業科學院蔬菜花卉研究所引進的12個品種為試驗材料，其品種特性詳見表1。

1.2 試驗方法

3月12日采用塑料穴盤育苗的方法進行甜瓜育苗，4月10日，甜瓜幼苗二葉一心時定植于湘潭基地。采用大棚避雨栽培，小區面積18 m2，株距0.6 m，行距2 m，每小區15株，隨機區組排列，3次重復。甜瓜苗長到8葉時主蔓摘心，留側蔓結果，每株留2～3個果。6月10日甜瓜果實成熟時，每小區隨機選擇5株甜瓜植株及其果實，分別測定果實鮮質量、果實縱橫徑、果肉厚、果實可溶性固形物含量（折光率），計算果形指數（果形指數=縱徑/橫徑）。分別取根、基部莖葉（坐果節位到根部）、上部莖葉（坐果節位到莖尖）和果實，檢測鎘含量。

表1 薄皮甜瓜品種來源與特性

1.3 Cd含量的測定方法

Cd含量的測定參照 GB/T 5 009.15—2014石墨爐原子吸收光譜測定法進行檢測，將檢測樣品清洗干凈后打成勻漿，消化后在原子吸收分光光度計228.8 nm波長處進行檢測。土壤中Cd含量的測定委托湖南省農業科學院農化檢測中心進行。

1.4 數據處理

采用DPS數據處理軟件對試驗結果進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同類型薄皮甜瓜根系鎘含量的差異

從表2可以看出，不同類型薄皮甜瓜根系的鎘含量在0.293 7～0.627 0 mg·kg-1之間，品種間存在顯著差異，其中ZM-6根系中的鎘含量最高，達到0.627 0 mg·kg-1，與其他品種根系鎘含量的差異達到顯著水平；新甜瓜根系鎘含量較高，為0.468 3 mg·kg-1；IVF-28根系的鎘含量最低，僅為0.293 7 mg·kg-1。

2.2 不同類型薄皮甜瓜基部莖葉鎘含量的差異

根系吸收的鎘首先轉運到基部莖葉中，12個薄皮甜瓜基部莖葉的鎘含量在0.249 7～0.624 3 mg·kg-1，其中新甜瓜基部莖葉鎘含量最高，為0.624 3 mg·kg-1；其次為IVF-29，基部莖葉的鎘含量為0.606 3 mg·kg-1；IVF-28基部莖葉鎘含量最低，僅為0.249 7 mg·kg-1（表2）。

表2 不同類型薄皮甜瓜鎘含量的差異

2.3 不同類型薄皮甜瓜上部莖葉鎘含量的差異

上部莖葉屬于新生的組織，鎘向上部莖葉轉運的量相對基部莖葉要少，從表2可以看出，不同品種之間上部莖葉鎘含量也存在顯著差異，其中新甜瓜上部莖葉的鎘含量最高，為0.326 3 mg·kg-1；IVF-28的鎘含量最低，僅為0.198 0 mg·kg-1。

2.4 不同類型薄皮甜瓜果實鎘含量的差異

甜瓜果實是甜瓜的食用部分，其鎘含量的高低與其安全性密切相關，GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》規定，甜瓜果實中鎘的限量指標為0.05 mg·kg-1。重金屬污染區種植甜瓜要選擇果實鎘含量較低的品種。從表2中可以看出，所有甜瓜品種果實的鎘含量均低于國家標準，說明這些甜瓜品種的果實是安全的，但是品種之間也存在差異。其中新甜瓜的果實鎘含量最高，為0.036 7 mg·kg-1，IVF-28的果實鎘含量為0.015 3 mg·kg-1，兩者相差0.021 4 mg·kg-1，差異顯著。

2.5 不同類型薄皮甜瓜果實性狀的差異

單瓜質量是產量構成的重要因素，果形指數是評價甜瓜果實外觀品質的指標之一，果肉厚和可溶性固形物含量是評判甜瓜果實感官品質的重要因素。從表3中可以看出，八方甜瓜的單瓜質量最大，達到了1.19 kg，與其他品種的單瓜質量差異顯著；IVF-28的單瓜質量最小，僅為0.35 kg。根據甜瓜果形的分類標準，果形指數＜1.0為扁圓球形，1.0＜果形指數＜1.1為高圓球形，1.2＜果形指數＜1.5為梨形（頂端大，果柄端小），果形指數＞2.0為棒形（李婷，等，2014）。12個品種中除八方甜瓜為梨形外，其他品種均為扁圓球形。果肉是甜瓜的可食部分，其厚度與產量和品質密切相關，從表3可以看出，12個品種的果肉厚度存在顯著差異，其中八方甜瓜的果肉最厚，為2.46 cm，綠天使的果肉最薄，為1.69 cm，其他品種居中。可溶性固形物含量是薄皮甜瓜的重要品質性狀，各品種之間差異加大（表3），其中IVF-28的可溶性固形物含量最高，為15.90%；八方甜瓜的可溶性固形物含量最低，僅為12.73%。

表3 不同類型薄皮甜瓜果實性狀

3 討論

植物對鎘的吸收、轉運和積累受土壤中鎘濃度及有效性（Zaprjanova et al.，2010）、土壤 pH（Tsadilas，2000）、施肥（劉昭兵 等，2012；Mar et al.，2012）和其他金屬離子與鎘的拮抗作用（Choi et al，2001）等環境因素的影響，但植物對鎘的吸收積累的敏感程度受遺傳因素的嚴格控制，并在基因型和品種之間存在明顯差異（Page et al.，1972；Youngberg，1991），目前已在水稻（李坤權 等，2003）、煙草（劉登璐 等，2016）、西瓜（周泉 等，2016）、油菜（秦世玉，2016）等作物上得到證實。

篩選和培育低鎘積累的作物是鎘污染土壤持續安全生產的一條經濟、有效途徑（張路 等，2015）。為對作物做出合理的評價和篩選，評價時期和評價指標的選擇尤為重要，部分學者認為應選擇作物吸收鎘的關鍵時期或是對鎘吸收速率較大的時期進行評價，以便較好地體現材料間鎘吸收積累的差異（劉登璐 等，2016）。Wang 等（2015）和Chen 等（2007）認為，鎘安全大白菜和鎘低積累大麥的篩選應滿足鎘耐性較好和可食部分鎘含量低兩個標準。因此，篩選鎘低積累甜瓜品種資源時除了要考慮甜瓜植株對鎘的耐性，也要考慮甜瓜果實鎘含量的高低。

土壤中的重金屬被植物根部吸收后，首先積累在根部，然后運輸到植物體的其他部位，因此植物體的不同部位對重金屬的積累狀況也不一樣，通常是地下部高于地上部，這在陽桃、黃皮、龍眼、葡萄和草莓等（張金彪 等，2003；Li et al.，2006）植物上得到了證實，由于西瓜的蔓生性和旺盛的蒸騰作用，其鎘積累規律為葉＞莖＞根＞果實（王志偉等，2017）。本試驗結果表明，鎘在甜瓜植株內的吸收分配規律為基部莖葉＞根＞上部莖葉＞果實，這與重金屬在其他植物器官內的一般分配規律根＞莖＞葉＞果實有差異，可能與甜瓜的子蔓或孫蔓坐果習性有關。甜瓜莖葉中積累了大量的鎘，可參考西瓜藤纖維素提取工藝（孫小武 等，2016），提取甜瓜莖葉的纖維素制作地膜、無紡布等，在提取纖維素過程中將莖葉中鎘富集回收。綜合果實中鎘含量和果實品質，在重金屬鎘中度及以下污染區適合種植的甜瓜品種為IVF-28。