常鵬云 謝英荷 程紅艷 李廷亮 李濤

摘要：采用盆栽方法模擬土壤Cd輕度污染狀況，研究了Cd對(duì)6種根菜類蔬菜生長(zhǎng)狀況及生理品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：經(jīng)Cd處理后，6種蔬菜生物產(chǎn)量和體內(nèi)葉綠素含量總體趨于下降，大青蘿卜、豐光蘿卜、501水蘿卜和二道眉芥菜葉綠素含量降低量分別為7.6%，11.9%，14.2%，16.3%；二道眉芥菜和德日特蘿卜Vc含量分別升高80%和61.37%；硝酸鹽含量均升高，脯氨酸含量也均升高；6種蔬菜可食部分Cd含量均超過(guò)國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。本試驗(yàn)為Cd污染區(qū)土壤的修復(fù)以及種植蔬菜品種的選擇提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鎘；蔬菜；生長(zhǎng)；品質(zhì)

中圖分類號(hào)：O614.24+2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006－6500.2012.01.032

Study of Effect of Cadmium on Growth Condition and Quality of Six Kinds of Rooted Vegetables

CHANG Peng-yun , XIE Ying-he, CHENG Hong-yan, LI Ting-liang, LI Tao

(College of Resource and Environment , Shanxi Agricultural University ,Taigu, Shanxi 030801,China)

Ａｂｓｔｒａｃｔ: This experiment studied the effect of cadmium on growth condition and quality of six kinds of root- ed vegetables in potted way. Results showed that biological yield and content of chlorophyll in six kinds of vegetables tended to go down when cadmium was treated, content of chlorophyll in Daqing,Fengguang,501 sativus and Brassica juncea reduced 7.6%, 11.9%, 14.2%, 16.3% respectively. Besides, content of Vc in Brassica juncea and Derite Raphanus sativus L rised 80% and 61.37% respectively,content of nitrate and proline also elevated, cadmium content in vegetables edible depart was over the national food hygien standards. This test provided basal theory for soil improvent and the choice of varieties vegetables in cadmium pollution area.

Key words: cadmium; vegetables; growth; quality

隨著人類社會(huì)的發(fā)展，人類的需求和環(huán)境之間的矛盾日益突出，而這之間最關(guān)鍵的就是資源的有限性問(wèn)題，為了解決這一問(wèn)題，人類提出了可持續(xù)發(fā)展觀。污水由于其特殊性質(zhì)在國(guó)外已經(jīng)得到充分利用[1]。中國(guó)采用污水灌溉農(nóng)田已有40多年歷史,目前中國(guó)污水灌溉農(nóng)田面積約為330萬(wàn)hm2 [2]，約占灌溉總面積7.3%。污水中的重金屬元素會(huì)對(duì)土壤環(huán)境造成危害。土壤-植物系統(tǒng)是陸生生態(tài)系統(tǒng)物能循環(huán)的樞紐, 是聯(lián)接有機(jī)界與無(wú)機(jī)界的橋梁。在系統(tǒng)中發(fā)生重金屬污染后，因其具有隱蔽性、不可逆性和長(zhǎng)期性的特點(diǎn), 對(duì)陸生生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成潛在的巨大威脅[3]，不僅影響植物的產(chǎn)量與品質(zhì), 而且影響大氣和水環(huán)境質(zhì)量, 并通過(guò)食物鏈危害人類的生命和健康[4]。因此，需要研究其對(duì)農(nóng)作物的安全性。在污灌區(qū)種植蔬菜，重金屬就會(huì)在蔬菜體內(nèi)富集，這種情況會(huì)影響食用安全，但是，蔬菜也會(huì)對(duì)土壤進(jìn)行一定的修復(fù)[5-6]。因此，我們考慮選取幾種能夠在重金屬輕度污染的菜園中有效利用的蔬菜，即蔬菜可食用部分Cd含量低于國(guó)家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不影響食用安全。本試驗(yàn)研究鎘對(duì)蘿卜、芥菜等蔬菜生長(zhǎng)狀況和生理品質(zhì)的影響，旨為污灌區(qū)蔬菜栽種提供科學(xué)依據(jù)。

1材料和方法

1.1供試材料

1.1.1供試作物選擇6種根菜類蔬菜作為試驗(yàn)對(duì)象，分別是大青蘿卜、三紅七寸參胡蘿卜、豐光蘿卜、501水蘿卜、德日特蘿卜和二道眉芥菜（表1）。

1.1.2供試土壤供試土壤采自山西省太谷縣桃園堡生土，屬黃土母質(zhì)石灰性褐土，質(zhì)地為輕壤土。經(jīng)風(fēng)干后過(guò)3 mm篩，充分混勻備用，其基本理化性質(zhì)見(jiàn)表2所示。

1.1.3供試鎘氯化鎘：CdCl2（分析純）。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)兩個(gè)處理，即CK處理和鎘處理（濃度為1 mg·kg-1）（注：濃度設(shè)置按照土壤環(huán)境質(zhì)量三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）。每個(gè)處理種植6種根菜類蔬菜，各處理重復(fù)3次，試驗(yàn)采取完全隨機(jī)區(qū)組排列。

1.2.2試驗(yàn)實(shí)施與管理本試驗(yàn)在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院日光溫室內(nèi)進(jìn)行，采用土培盆栽進(jìn)行研究，每盆裝風(fēng)干土11 kg。每個(gè)處理中施相同的底肥，為尿素4.78 g，磷酸二氫鉀4.21 g，（N∶P2O5∶K2O=1∶1∶0.66) 以及有機(jī)肥（雞糞）50 g。

本試驗(yàn)于2010年5月28日播種，播種前澆水至田間持水量的80%，待植株出土生長(zhǎng)10 d后于6月8日間苗。生長(zhǎng)期間根據(jù)實(shí)際情況定量澆水，采取一致的管理。各蔬菜生長(zhǎng)80 d后收獲，帶回實(shí)驗(yàn)室，并用自來(lái)水和去離子水沖洗，用吸水紙吸干水分，采集的鮮樣進(jìn)行蔬菜品質(zhì)的測(cè)定，而后置100～105 ℃恒溫干燥箱中殺青30 min，然后降溫至75 ℃烘干至恒質(zhì)量，粉碎，裝于紙袋儲(chǔ)存，進(jìn)行蔬菜干樣重金屬含量的測(cè)定。

1.2.3測(cè)定項(xiàng)目及方法植株葉綠素的測(cè)定：10 mL丙酮和10 mL乙醇浸提，分光光度計(jì)比色法[7]；植株Vc的測(cè)定：草酸提取法，2，6-二氯靛酚溶液滴定法[7]；植株還原糖的測(cè)定：3，5-二硝基水楊酸比色法[7]；植株硝酸鹽的測(cè)定：水楊酸-硫酸，分光光度計(jì)比色法[7]；植物脯氨酸的測(cè)定：酸性茚酸酮比色法[7]；植株全氮的測(cè)定：H2SO4-H2O2消煮，半微量蒸餾法[8]；植株全磷的測(cè)定：H2SO4-H2O2消煮，釩鉬黃比色法[8]；植株全鉀的測(cè)定：H2SO4-H2O2消煮，火焰光度法[8]；植株重金屬Cd含量的測(cè)定：HNO3-HClO4消煮，ICP測(cè)定[8]。

試驗(yàn)結(jié)果采用SAS軟件結(jié)合Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1鎘處理對(duì)6種蔬菜生物產(chǎn)量的影響

由表3可以看出：6類蔬菜產(chǎn)量受Cd影響不同，與CK比，大青蘿卜、豐光蘿卜、501水蘿卜、德日特蘿卜產(chǎn)量減少，鮮質(zhì)量分別減少3.2%，5.5%，12.2%，27.9%，顯著性分析結(jié)果為大青蘿卜不顯著，豐光蘿卜、501水蘿卜、德日特蘿卜與CK差異顯著；干質(zhì)量分別減少6.7%，11.5%，24.3%，40.5%,顯著性分析均顯著；對(duì)株高影響情況為，德日特蘿卜、二道眉芥菜和大青蘿卜株高顯著降低，減少量分別為21.6%，1.6%，8.5%，顯著性分析為二道眉芥菜不顯著，德日特蘿卜和大青蘿卜顯著。

2.2鎘處理對(duì)6種蔬菜生理品質(zhì)的影響

2.2.1鎘處理對(duì)6種蔬菜葉綠素含量的影響 重金屬元素能引起植物的“黃化癥”已經(jīng)被許多研究所證實(shí)，誘導(dǎo)這種黃化癥的主要原因是體內(nèi)葉綠素合成受阻，而葉綠素含量的變化必然影響植株的正常發(fā)育[9]。6類蔬菜葉綠素含量從圖1可看出，鎘處理的植株與對(duì)照組相比，大青蘿卜、豐光蘿卜、501水蘿卜和二道眉芥菜葉綠素含量降低，降低量分別為7.6%，11.9%，14.2%，16.3%，差異顯著；三紅七寸參胡蘿卜和德日特蘿卜卻有一定量的增加，差異顯著。

2.2.2鎘處理對(duì)6種蔬菜Vc含量的影響蔬菜是人們獲得Vc的主要來(lái)源，幾乎所有的蔬菜中都含有Vc。Vc含量的高低也是衡量蔬菜生理品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。由圖2可看出，Cd處理后，4種蔬菜體內(nèi)Vc含量均有升高，大青蘿卜Vc含量升高47.7%，501水蘿卜Vc含量升高26%，二道眉芥菜Vc含量升高80%，德日特蘿卜Vc含量升高61.37%，差異均極顯著；只有三紅七寸參胡蘿卜降低2.1%，豐光蘿卜Vc含量升高2.3%，差異都不顯著。

2.2.3鎘處理對(duì)6種蔬菜還原糖含量的影響還原糖是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在逆境條件下，能最大限度地保持細(xì)胞的滲透壓，增強(qiáng)植物對(duì)逆境的適應(yīng)能力。蔬菜中的還原糖主要是葡萄糖、果糖和麥芽糖。還原糖在蔬菜體內(nèi)分布，不僅反映蔬菜中的碳水化合物的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，而且也是合成其它成分的碳架來(lái)源和呼吸作用的基質(zhì)[10]。此外，蔬菜中含糖量的多少，也是鑒定其生理品質(zhì)的重要指標(biāo)。

6種蔬菜體內(nèi)還原糖含量從圖3可看出，Cd處理與對(duì)照組相比，大青蘿卜、三紅七寸參胡蘿卜、豐光蘿卜、501水蘿卜、德日特蘿卜體內(nèi)還原糖含量均升高，升高量分別為2%、8.9%、7.8%、4.3%、23.4%，其中大青蘿卜、豐光蘿卜差異不顯著，受Cd影響都較小，而德日特蘿卜、三紅七寸參胡蘿卜、501水蘿卜差異顯著；二道眉芥菜降低5%、差異不顯著。

2.2.4 鎘處理對(duì)6種蔬菜硝酸鹽含量的影響由于硝酸鹽在植物體內(nèi)被硝酸還原酶還原為亞硝酸鹽對(duì)人體致癌。因此，硝酸鹽含量是蔬菜優(yōu)良品質(zhì)的重要指標(biāo)。

試驗(yàn)中鎘處理對(duì)6種蔬菜體內(nèi)硝酸鹽含量的變化趨勢(shì)，由圖4可看出，Cd處理硝酸鹽含量與對(duì)照相比三紅七寸參胡蘿卜、豐光蘿卜、501水蘿卜分別升高13.8%、6.1%、48.2%，差異顯著；德日特蘿卜硝酸鹽含量升高為2.3%差異不明顯；大青蘿卜、二道眉芥菜體內(nèi)硝鹽含量分別降低17.2%、18.4%，差異顯著?？傮w來(lái)說(shuō)，被Cd處理過(guò)的蔬菜體內(nèi)硝鹽含量是上升的。所以，Cd對(duì)蔬菜體內(nèi)的硝酸鹽含量是有影響的，降低了蔬菜的食用品質(zhì)。

2.2.5鎘處理對(duì)6種蔬菜脯氨酸的影響植物脯氨酸含量的增加是植物對(duì)逆境脅迫的一種生理生化反應(yīng)，具有很重要意義：其一是細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能遭受傷害的反應(yīng)，其二是植物在逆境下的適應(yīng)表現(xiàn)，即防護(hù)反應(yīng)，可作為鑒定植物相對(duì)抗性的指標(biāo)[11]。脯氨酸作為重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),在植物體內(nèi)的積累是對(duì)逆境的適應(yīng)機(jī)制之一。

由圖5可以看出，經(jīng)過(guò)Cd 處理后，與對(duì)照組相比，6種蔬菜脯氨酸含量均升高，且增幅極大，增加量分別是大青蘿卜254.5%、三紅七寸參胡蘿卜512%、豐光蘿卜197.6%、501水蘿卜197.7%、二道眉芥菜171%、德日特蘿卜276.2%，差異均顯著。因此，Cd處理對(duì)蔬菜體內(nèi)的脯氨酸具有促進(jìn)作用，特別是三紅七寸參胡蘿卜。

2.3鎘處理對(duì)6種蔬菜果實(shí)中Cd的富集狀況

蔬菜中重金屬食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限制：Cd ≤0.05 mg·kg-1 ，果實(shí)中Cd含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出（表4），大青蘿卜、豐光蘿卜、501水蘿卜、二道眉芥菜、三紅七寸參胡蘿卜、德日特蘿卜地上、地下部鎘含量均超標(biāo)且非常顯著。從可食用部分來(lái)看6種蔬菜也均超標(biāo)。因此，在重金屬污染的污灌區(qū)，特別是高度污染的區(qū)域不能夠種植。

3結(jié) 論

經(jīng)Cd處理后，6種蔬菜中大青蘿卜、豐光蘿卜、501水蘿卜、德日特蘿卜產(chǎn)量減少，二鮮質(zhì)量減少量分別為3.2%，5.5%，12.2%，27.9%，干質(zhì)量減少量分別為6.7%，11.5%，24.3%，40.5%，減產(chǎn)顯著。二道眉芥菜產(chǎn)量與三紅七寸參胡蘿卜產(chǎn)量略有增高。從各種蔬菜的生理品質(zhì)來(lái)看，與CK相比，經(jīng)Cd處理后6種蔬菜體內(nèi)葉綠素含量除了三紅七寸參胡蘿卜和德日特蘿卜少量增加外，其它都呈下降趨勢(shì)且減少顯著；大青蘿卜VC含量升高47.7%，501水蘿卜VC含量升高26%，二道眉芥菜VC含量升高80%，德日特蘿卜VC含量升高61.37%，差異均顯著；硝酸鹽含量變化不一致，處理后的硝酸鹽含量，分別是大青蘿卜187.4 μg·kg-1、三紅七寸參胡蘿卜293.1 μg·kg-1、豐光蘿卜263.9 μg·kg-1、501水蘿卜312.4 μg·kg-1、二道眉芥菜153.1 μg·kg-1、德日特蘿卜228.7 μg/Kg-1，均低于國(guó)標(biāo)；鎘處理后脯氨酸含量也均升高，通過(guò)顯著性分析，差異均顯著；對(duì)還原糖含量影響較小。經(jīng)過(guò)本試驗(yàn)結(jié)果綜合分析，大青蘿卜、豐光蘿卜、501水蘿卜、二道眉芥菜、三紅七寸參胡蘿卜在Cd污染區(qū)栽種存在食品安全問(wèn)題。但是501水蘿卜食用部分Cd含量只是其它品種鎘含量的三分之一，當(dāng)土壤Cd濃度只是略大于背景值時(shí)是可以栽種的。而在Cd高污染區(qū)域只能夠選擇其他品種的蔬菜進(jìn)行低積累試驗(yàn)，用以找出適合該地區(qū)栽培的蔬菜，以對(duì)污灌區(qū)做出科學(xué)指導(dǎo)。

4討 論

（1）由于本試驗(yàn)選取的蔬菜品種有限，應(yīng)該增加更多的蔬菜品種，經(jīng)選取后建立一個(gè)高累積高抗性的蔬菜品種庫(kù)，為中國(guó)解決重金屬污染和糧食安全做出貢獻(xiàn)。

（2）本試驗(yàn)重金屬Cd只設(shè)有一個(gè)濃度梯度，且所用最低濃度為1 mg·kg-1，對(duì)于植物品種來(lái)說(shuō)已經(jīng)過(guò)高，所以，需要再降低濃度進(jìn)行試驗(yàn)。

（3）本試驗(yàn)只選擇Cd過(guò)于單一，對(duì)于重金屬混合污染區(qū)可用性不強(qiáng)，因此，還需要做進(jìn)一步的研究，選取優(yōu)良的蔬菜品種，對(duì)多種重金屬污染區(qū)域進(jìn)行修復(fù)。

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收稿日期：2011-11-01；修訂日期：2012-01-11

基金項(xiàng)目：山西省留學(xué)基金項(xiàng)目（2010044）；山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目（20090311047）

作者簡(jiǎn)介：常鵬云（1986-），男，山西晉城人，在讀碩士生，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)產(chǎn)品安全方面的研究。

通訊作者簡(jiǎn)介：程紅艷（1967-），女，山西晉中人，副教授，碩士，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)產(chǎn)品安全方面的研究。