腐殖酸营养液对镉胁迫下树仔菜幼苗生理生化特性及重金属积累的影响

摘    要：为探讨镉（Cd）胁迫下腐殖酸营养液对树仔菜幼苗生理生化特性及重金属积累的影响，对不同Cd浓度（0、15、25、45 mg·kg-1）胁迫下施用腐殖酸营养液（AF）和不施用腐殖酸营养液（CK）的树仔菜幼苗进行盆栽试验。结果表明，与CK相比，AF处理可有效提高树仔菜总生物量、叶面积和叶片数。在Cd浓度为45 mg·kg-1时，AF处理促进了树仔菜叶片和根部对Cd的吸收以及叶片对Zn的富集，分别显著增加了134.7%、39.0%和36.9%，叶片和根部MDA含量分别显著增加了7.0%和19.6%。AF处理能有效提升抗氧化酶活性，在没有Cd胁迫时，AF处理的树仔菜根部和叶片POD活性、叶片SOD活性分别显著高于CK 187.6%、35.1%和20.6%，且随着Cd浓度增加，AF处理根部的CAT和SOD活性均呈升高趋势。综上，腐殖酸营养液促进了高Cd胁迫下树仔菜对Cd的吸收，但是树仔菜生长发育情况却没有受到影响，主要是由于抗氧化酶保护系统缓解了脂膜过氧化伤害，增强了树仔菜的耐Cd能力。

关键词：树仔菜；腐殖酸营养液；Cd胁迫；生理生化特性

中图分类号：S649 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）12-120-09

Effects of humic acid nutrient solution on physio-biochemistry characteristic and heavy metal accumulation of Sauropus androgynus seedlings under cadmium stress

FAN Qiong， JIU Yuanda， YE Haihui， FENG Jian， ZOU Dongmei， SU Chulian， ZHAO Min

（Analysis and Testing Center， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences/Hainan Provincial Key Laboratory of Quality and Safety for Tropical Fruits and Vegetables/Key Laboratory of Quality and Safety Control for Subtropical Fruit and Vegetable， Ministry of Agricultural and Rural Affairs， Haikou 571101， Hainan， China）

Abstract： In order to investigate the effects of humic acid nutrient solution on physio-biochemistry and heavy metal content of Sauropus androgynus seedlings under cadmium（Cd）stress， pot experiments with humic acid nutrient solution（AF）treatment and without humic acid nutrient solution（CK）treatment were conducted under different soil Cd concentrations（0， 15， 25， and 45 mg·kg-1）. The results showed that the application of AF can effectively improve the total biomass， leaf area and leaf number of Sauropus androgynus. At Cd45 the AF application promoted the accumulation of Cd in leaves and roots and Zn in leaves of S. androgynus， which increased by 134.7%， 39.0% and 36.9%， respectively. MDA content in leaves and roots increased by 7.0% and 19.6%， respectively. The AF treatment can effectively increase the activity of antioxidant enzymes. Under no Cd， the POD enzyme activity in roots and leaves and SOD enzyme activity in leaves of S. androgynus treated with AF application were 187.6%， 35.1% and 20.6% higher than those treated with CK， respectively. And the CAT and SOD enzyme activity in roots increased with the concentration of Cd. Therefore， AF promoted the Cd accumulation of S. androgynus under high Cd stress， but the growth of S. androgynus were not affected， mainly because the protection system of antioxidant enzymes mitigated the damage of lipid membrane peroxidation and increased the Cd tolerance of S. androgynus.

Key words： S. androgynus; Humic acid nutrient solution; Cadmium stress; Physio-biochemistry characteristic

镉（Cd）是环境中常见的重金属元素之一，2014年4月国家环境保护部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国耕地土壤重金属总超标率为16.1%，其中重金属Cd点位超标率为7.0%[1]。海南蔬菜产地土壤多为酸性，Cd离子活化性较高[2]，易被蔬菜吸收，Cd在蔬菜内累积后会干扰正常的细胞功能和代谢，诱导植株根和叶的生理生化变化，而且还可经生物富集作用，通过食物链威胁人体健康[3]。因此，Cd是海南蔬菜安全生产中的重要风险控制指标。

目前，施用含腐殖酸类物质的有机物料被认为是降低重金属迁移率的有效办法[4]。腐殖酸是一种高分子有机混合物，含有丰富的羧基、酚羟基、羰基和甲氧基等活性含氧官能团[5]，通过与Cd2+发生吸附、螯合和络合作用，影响Cd2+的迁移和生物有效性[6]。在前期研究中，赵敏等[7]通过施用碱性腐殖酸水溶肥有效提高土壤pH，降低土壤和树仔菜的Cd含量。但也有一些研究报道认为腐殖酸对土壤重金属有活化作用，柏宏成[8]的研究表明，低浓度腐殖酸可以有效淋溶土壤Cd，活化土壤总Cd；邹传等[9]研究表明，可溶性腐殖酸可以活化和解吸Cd，腐殖酸滤渣则能吸附Cd，因此，腐殖酸的种类和环境因素等都会影响对重金属活化或钝化的作用。

树仔菜（Sauropus androgynus）属大戟科守宫木属植物，又名守宫木、天绿香、泰国枸杞、五指山野菜等，是最具特色的海南野菜之一[10]。笔者前期研究发现，树仔菜是一种易超量吸收Cd并将其向上迁移的蔬菜[11]。但在Cd污染土壤中树仔菜的重金属积累的生理特性还有待进一步研究，腐殖酸类营养液在高Cd胁迫下对树仔菜的重金属积累和生理生化的影响还未见报道。

笔者通过Cd胁迫盆栽试验，研究腐殖酸类营养液对不同Cd浓度下树仔菜生长指标、叶绿素含量、生理生化活性的影响以及重金属含量的变化规律，为明晰腐殖酸类营养液对树仔菜在高Cd胁迫下积累和生理生化影响的作用机制，寻找适合树仔菜种植在Cd污染土壤中的农艺强化方法提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试土壤：盆栽用土壤采自海南省五指山市畅好乡树仔菜基地的表层土壤（0～20 cm），土壤类型为砂红壤土。土壤采回后经风干、研磨、过筛（2 mm）后保存。

供试材料：海南省五指山市广泛栽培的马来西亚种树仔菜由五指山市汇通农业综合开发有限公司提供。选择苗龄40 d左右，大小均匀、无病虫害、无损伤的幼苗进行盆栽试验。

供试肥料：腐殖酸营养液由中国热带农业科学院分析测试中心提供，其中黄腐殖酸含量（w，后同）50%；复合肥料为雅苒国际有限公司生产，N、P、K质量比为15∶15∶15；蚯蚓粪购自海南星农夫生态科技有限公司，有机质含量为50.1%。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验于2020年8—9月在海南省海口市中国热带农业科学院温室大棚内进行。选用体积比为1∶1的砂红壤土和椰糠混合土样作为盆栽土壤，每盆装入1.5 kg土壤，盆栽土基本理化性质如下：pH 5.2，有机质含量73.8 g·kg-1，阳离子交换量9.2 cmol+·kg-1，碱解氮含量103.3 mg·kg-1，速效钾含量1.33 g·kg-1，有效磷含量59.4 mg·kg-1，交换性钙含量20.7 cmol·kg-1，交换性镁含量1.90 cmol·kg-1，Zn含量42.9 mg·kg-1，未有Cd检出。

重金属Cd以CdCl2水溶液形式，采用喷雾方式以4个浓度（w，后同）梯度均匀喷洒至土壤中，分别为0（Cd0）、15（Cd15）、25（Cd25）、45 mg·kg-1（Cd45），计算配置相应浓度所需试剂质量和土壤60%田间持水量所需水量，用扎有细孔的保鲜膜封住盆口，在室温下老化2周，其间采用称质量法补充丢失的水分。为保证土壤具有丰富的有机质，老化平衡后施入底肥和10%的蚯蚓粪，1周后移栽树仔菜苗，每盆种植1株，每个处理3盆，试验3次重复。试验分为试验区和对照区，试验区称取0.125 g碱性腐殖酸营养液溶于50 mL清水后对每株进行灌根施肥，每10 d施用1次，对照区则不施用腐殖酸营养液，其他田间管理措施保持一致。种植4个月后收获，采集的土壤样品经自然风干、磨细，分别过60目和100目筛，保存待测；植物样品洗净后，测定生物量，并分成根、叶两部分分别测定酶活性。

1.2.2 Cd胁迫下树仔菜生长指标测定 采用直尺测定树仔菜株高；吸干树仔菜叶片和根部的水分，用电子天平直接测量地上部和根部的鲜质量；将树仔菜地上部和根部清洗干净后放入烘箱内105 ℃杀青30 min后，在70 ℃下干燥72 h至恒质量，用电子天平测量地上部和根部的干质量；采用长宽乘积法测定叶面积，叶长用直尺测量树仔菜展开叶尖至叶基的距离，叶宽为直尺测量树仔菜展开叶最宽部分的距离。

1.2.3 Cd胁迫下树仔菜生理指标的测定 在树仔菜收获时将根和叶分开，装入塑封袋内，于-80 ℃超低温冰箱保存，备用。按照苏州科铭生物技术有限公司提供的试剂盒说明书，测定以下指标。采用分光光度法测定叶绿素含量；采用TBA法测定丙二醛（MDA）含量，采用羟胺法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性、采用比色法测定过氧化物酶（POD）活性、采用钼酸铵比色法测定过氧化氢酶（CAT）活性。

1.2.4 Cd胁迫下树仔菜Cd和Zn含量的测定 称取0.25 g树仔菜干样加入8 mL硝酸放入消解炉中消解，定容至25 mL，采用电感耦合等离子体质谱仪测定树仔菜Cd和Zn含量[11]。