镉对广蜜二号南瓜幼苗生长与镉累积特性的影响

摘    要：镉（Cd）是一种毒性强且分布广的重金属污染物，不仅影响植物生长发育，而且危害人类健康。为了更好地了解Cd在南瓜中的迁移规律，深入探究Cd对植物的毒害机制和植物的防御反应，将广蜜二号南瓜在4种不同质量浓度（1、3、5、7 mg·L-1）的CdSO4·8H2O溶液中培养28 d，对其生长指标、抗氧化酶活性、Cd吸收转运等特征进行分析。结果表明，随着Cd质量浓度升高，Cd积累量表现为根部高于茎和叶，Cd胁迫提高了广蜜二号南瓜幼苗叶片的超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性及丙二醛含量。当溶液中Cd质量浓度较低（1 mg·L-1）时，Cd对广蜜二号南瓜幼苗生长无抑制作用，而当溶液中Cd质量浓度≥3 mg·L-1时，对南瓜幼苗的生长抑制程度加重。

关键词：广蜜二号；镉；幼苗生长；生理特性

中图分类号：S642.1 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）05-090-08

Effects of cadmium on the growth and cadmium accumulation characteristics of Guangmi 2 miben pumpkin seedlings

MENG Qitao1， 2， XU Yingchao2， ZHU Jitong2， ZENG Lin'gen2， FU Manqin3， NIE Chengrong1， ZHONG Yujuan2

（1. School of Food Science and Engineering， Foshan University of Science and Technology， Foshan 528231， Guangdong， China; 2. Key Laboratory of New Vegetable Technology of Guangdong Province/Institute of Vegetable Research， Guangdong Academy of Agricultural Sciences， Guangzhou 510640， Guangdong， China; 3. Key Laboratory of Functional Food， Ministry of Agriculture and Rural Affairs/ Guangdong Key Laboratory of Processing of Agricultural Products/Sericulture and Processing Institute of Agricultural Products， Guangdong Academy of Agricultural Sciences， Guangzhou 510610， Guangdong， China）

Abstract： Cadmium（Cd）， a highly toxic and widely distributed heavy metal pollutant， not only affects plant growth and development， but also endangers human health. In order to better understand the migration rule of cadmium in pumpkin， and deeply explore the toxic mechanism of cadmium to plants and the defense response of plants， in this study， Guangmi 2 Miben pumpkin was planted in 4 different concentrations（1， 3， 5， 7 mg·L-1） of CdSO4·8H2O solution for 28 days， and its growth parameters， antioxidant enzyme activity， cadmium absorption and transport characteristics were analyzed. With the increase of cadmium concentration， the accumulation of cadmium was higher in roots than in stems and leaves， and the activity of superoxide dismutase， peroxidase and catalase and the content of malondialdehyde in leaves of Guangmi 2 Miben pumpkin were increased under cadmium stress. When the concentration of Cd in the solution is low（1 mg·L-1）， Cd has no inhibitory effect on the growth of Guangmi 2， while the concentration of Cd in the solution is above 3 mg·L-1， the growth inhibition degree of pumpkin is increased with the increase of the concentration of cadmium in the culture solution.

Key words： Guangmi 2; Cadmium; Seedling growth; Physiological characteristics

随着社会城市化、工业化进程加快，产生了大量含有重金属的工厂废气和城市废水，这些重金属随着大气沉降、土壤扬尘、河水浇灌的方式进入农田，加剧了土壤重金属的污染程度。镉（Cd）以不同形式的化合物存在于自然界中，是农田中常见的一种重金属污染物质，从污染物超标的情况来看，镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、铜（Cu）、铅（Pb）、铬（Cr）、锌（Zn）、镍（Ni）8种无机污染物点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%[1]。有研究表明，我国耕地重金属污染的面积约占耕地总面积的六分之一，Cd污染率为25.20%[2]。Cd是我国污染面积最大也是危害最为严重的重金属元素，因其吸附能力较强，一旦进入土壤便会转化为毒性更强的化合物，有可交换态、残渣态、可氧化态、可还原态4种形态，其中可交换态是土壤中含量最高的Cd形态[3]。Cd的富集不仅严重抑制作物的正常生长，影响坐果并降低果实品质和产量，更会间接通过食物链被人体吸收，最终导致Cd在人体中富集，引起肺部纤维化、痛痛病、癌症等疾病，严重危害人类生命健康安全[4-5]。

Cd是一种对植物和人类都具有极高毒性的元素。据研究，在10～40 mg·kg-1的Cd处理下，白菜和南瓜的叶片数、茎和叶鲜质量、茎和叶干质量等生理指标均低于清水对照[6]。Alyemeni[7]在试验中发现，番茄在Cd胁迫下会大幅提高相应酶的活性来清除自由基，通过中和活性自由基来保护细胞结构。有研究表明，大部分植物根部的Cd含量远高于茎和叶。一般来说，蔬菜与作物各器官内的Cd含量为根＞茎（叶柄）＞叶[8]，在不同基因型水稻中Cd的含量为根＞茎＞叶＞籽粒[9]，Han等[10]在对南瓜Cd胁迫的水培试验中表明，Cd在南瓜中的富集特征为根＞茎＞叶，在Moreno‐Caselles等[11]对黄瓜的Cd胁迫研究中也得出了同样的结论。然而在一些叶菜植物中，植株各器官内Cd含量会有不同的变化，表现为叶＞茎（叶柄）＞根，例如，莴苣、菊苣等Cd主要分配在叶中，Cd在叶中的积累量显著高于根部[12]。而在不同种类的蔬菜中，可食用部位的Cd含量也存在明显差异，叶菜类的可食用部位重金属积累量一般较高，其次是块根类蔬菜，瓜果类蔬菜的可食用部位重金属积累量明显低于叶菜类、块根类[13]。叶菜类（大白菜、小白菜、空心菜）Cd的总积累量高于非叶菜类（丝瓜、茄子和豇豆），说明叶菜比非叶菜更容易从土壤中积累Cd[14]。

南瓜根系强大、抗病抗逆性强，生产上常作为黄瓜、西瓜、甜瓜等瓜类的嫁接砧木。有研究表明，盐砧1号与百蜜1号幼苗对Cd有较强的耐受性[15]，不同砧木对嫁接后果实的品质及Cd积累也有差异[16]，说明使用的砧木不同对果实Cd积累及品质有较大的影响。广蜜二号南瓜是广东省农业科学院蔬菜研究所育成的新蜜本品种，具有根繁叶茂、抗逆性强、耐贫瘠等特点，南北皆可种植，深受人们喜爱。目前对砧木南瓜在Cd耐受性方面的研究较多，还未见关于广蜜二号南瓜对Cd胁迫耐受性的相关报道。笔者通过探究广蜜二号南瓜对Cd的吸收、转运和积累机制，有助于了解Cd对植物的毒害机制和植物的防御反应，对指导生态环境修复、耐Cd砧木的筛选及改良农作物品种具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料及试剂

广蜜二号南瓜种子购买于广东科农蔬菜种业有限公司；CdSO4·8H2O（分析纯）购买于天津科密欧化学试剂有限公司。

1.2 方法

试验于2023年6－7月在广东省农业科学院蔬菜所栽培实验室进行。选取颗粒饱满、大小一致的南瓜种子共30粒，播种后待1叶1心时分别于浓度（ρ，后同）为0、1、3、5、7 mg·L-1的5个Cd浓度梯度下培养28 d，每种处理各收取3株长势相近的材料进行生理指标测定。

1.2.1 育苗 播种前，先用55 ℃温水浸种15 min后室温（25 ℃）下浸泡6～8 h，然后放于（28±3）℃培养箱中，发芽后播于装有珍珠岩的育苗盘中。按时浇灌自来水，2片子叶平展后，开始浇灌1×Hoagland营养液。待植株1叶1心时挑选生长一致的南瓜苗分别定植于装有1×Hoagland营养液的水培箱内，用空气泵间歇性通气，缓苗2 d后，分别于营养液中添加不同浓度的Cd进行胁迫处理。

1.2.2 广蜜二号形态指标的测定 用尺子（精确到0.1 cm）量取广蜜二号茎和叶、根部长度，先分别称量广蜜二号的茎和叶、根部的鲜质量，并计算出总鲜质量；然后将南瓜材料放入105 ℃的烘箱内杀青2 h，再把烘箱温度调到70 ℃烘至恒质量，分别称量茎和叶、根部的干质量，计算出总干质量；28 d时拍照，使用IamgeJ 1.53t软件计算叶片面积，记录子叶到苗顶部叶片的数量。

1.2.3 广蜜二号生理指标的测定 使用便携式叶绿素仪LYS-B（SPAD）检测广蜜二号的叶绿素含量，从下到上取第5片真叶分别测量3次，取平均值。选取广蜜二号的第4片真叶进行MDA含量与抗氧化酶系统活性的测定。采用氮蓝四唑还原法[17]测定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用愈创木酚法[18]测定过氧化物酶（POD）活性；采用三氯乙酸（TCA）法[19]测定过氧化氢酶（CAT）活性。采用硫代巴比妥酸（TBA）法[20]测定丙二醛含量。

1.2.4 广蜜二号重金属镉测定 28 d后从水培箱中将苗移出，清洗植株根部，放入105 ℃的烘箱内杀青2 h，再把烘箱温度调到70 ℃烘至恒质量，烘干磨碎测定不同组织部位重金属含量。

茎和叶、根部全Cd含量测定：采用石墨炉原子吸收光谱法测定Cd含量[21]。取广蜜二号烘干样品各0.2 g于研钵中研磨，在消解罐中加入7 mL浓硝酸和2 mL双氧水，置于消解仪中（165 ℃ 5 W）消解30～60 min，消解至澄清、无杂质后将消解完成的溶液转移至50 mL的聚四氟乙烯烧杯中，在电热板上（170 ℃）赶酸，除去氯气，赶酸至近干后用0.5%硝酸定容至10 mL，利用Optima2100DV电感耦合等离子体发射光谱仪测定样品中的Cd含量，并计算Cd转移系数。