陈碧华 李庆飞 周俊国 李新峥 王广印 宋小可

摘要：采用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES），研究了5mg·L^-1Cd处理对9份中国南瓜种子萌发、幼苗生长及其不同器官中Cd²⁺积累的影响。结果表明，‘360-3‘盐砧1号‘百蜜1号‘112-2‘041-1的种子萌发、幼苗生长均未造成显著影响。不同器官对Cd²⁺的吸收能力表现为根系>茎>子叶，360-3‘盐砧1号‘百蜜I号‘112-2‘041-1的茎中转移系数都在0.1以下，子葉中转移系数都在0.01以下;不同器官对Cd²⁺的富集特征表现为：根系>茎>子叶;‘360-3‘盐砧1号‘百蜜1号‘112-2‘041-1的茎中富集系数均在2.75以下，子叶中富集系数均在0.3以下，而根中富集系数均在35以上。所以，‘360-3‘盐砧1号‘百蜜1号‘112-2‘041-1对重金属镉有较强的耐受性，可以作为耐镉砧木种质资源进一步研究。关键词：中国南瓜;镉处理;富集系数;转移系数

近年来，我国蔬菜设施栽培发展迅速[1-4]。但是生产中出现了由于连作、过量施肥、大量使用农药以及不规范施用农家肥等原因，造成土壤次生盐渍化、重金属污染等一系列生产障碍问题『5-sl其中重金属镉以移动性大、毒性高、污染面积最大而备受关注。笔者2012年研究显示，大棚菜田重金属锅的污染等级达到了6级，己构成了严重污染，并对土壤酶活性产生极严重影响。南瓜是瓜类嫁接栽培中的主要砧木，可有效地防止土传病害的发生，研究显示嫁接可以增强蔬菜的抗性，有人研究茄子通过嫁接可降低Cd²⁺在茄子果实内的积累。随着人们健康意识的增强，蔬菜中重金属的累积及产生的健康风险将成为国内外的研究热点。而针对瓜类嫁接砧木中国南瓜耐镉性的研究未见报道。因此，笔者通过在相同浓度重金属镉处理下，研究Cd²⁺处理对中国南瓜种子萌发、幼苗生长及不同器官中Cd²⁺含量的影响，分析中国南瓜资源对重金属镉的富集特征，筛选出耐重金属镉的中国南瓜资源，旨在为瓜类耐镉砧木的筛选提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

‘百蜜1号‘百蜜2号‘百蜜3号‘盐砧1号‘360-3‘112-2‘041-1‘009-1‘甜面瓜等9份中国南瓜资源，均由河南科技学院园艺园林学院南瓜课题组提供，其中‘百蜜1号‘百蜜2号‘百蜜3号为一代杂交种，是河南科技学院培育的食用南瓜品种，‘盐砧1号为一代杂交种，是河南科技学院培育的耐盐黄瓜砧木，‘360-3‘112-2‘041-1‘009-1‘甜面瓜为河南科技学院选育的优良自交系。

1.2 试验方法

1.2.1 种子萌发试验 将试验材料分别挑选出60粒，用温汤浸种处理，将27个同样大小的培养皿铺好一层滤纸，在每个培养皿中都注入2mL5mg·L^-1的硫酸镉溶液。将每种南瓜资源分别均匀播于铺有单层滤纸的一个培养皿中，设置3次重复，每个重复20粒种子，以清水为对照。将所有处理置于智能光照培养箱中培养，培养温度为28℃，黑暗培养。播种后每日根据具体情况，补加2mL 5mg·L^-1的硫酸镉溶液（每皿等量），以保持种子湿润状态。以胚根突破种皮5～为发芽标准，逐日记录发芽个数，第3天计算发芽势，第7天计算发芽率、发芽指数。

1.2.2 幼苗的根长、鲜质量和干质量的测量种子发芽后第12天，从每种中国南瓜资源中随机选取5棵南瓜幼苗，用尺子量取幼苗根的长度。从根茎处切断根，将2片子叶摘下，剩余部分是茎叶。分别称量9份中国南瓜的根、茎叶和子叶的鲜质量，并计算出总鲜质量。将9份中国南瓜资源的根、茎叶、子叶放入105℃的烘箱内杀青2h，再把烘箱温度调到70℃烘至恒重，分别称量每种中国南瓜资源的根、茎叶和子叶的干质量，计算出总干质量。

1.2.3 重金属Cd²⁺含量测定及富集系数、转移系数统计采用ICP-AES技术，先将烘干后的9份中国南瓜的根、茎叶、子叶分别研磨成粉末状并各称取0.5g，编号后向每个消解罐中依次加入95%浓硝酸神，后同5mL，双氧水2mL，混合均匀，放入MAS微波消解仪（美国CEM公司）中，设置最佳微波消解程序进行消解。消解结束后消解液为无色透明，无沉淀，则样品消解完全。把消解液转移到小烧杯中，然后用0.5%的稀硝酸清洗消解罐3次，把小烧杯置于电热板170℃赶酸至近干。加入2mL0.5%硝酸溶解残渣，最后转移到25mL容量瓶中，用0.5%硝酸溶液定容后摇匀。用Optima 2100DV型电感耦合等离子体发射光谱仪（美国PerkinElmer公司）进行CdZ的全量分析，并统计南瓜幼苗不同器官的Cd²⁺富集系数及转移系数。

重金属富集系数/%=植物体内重金属含量/土壤（或沉积物）中重金属含量×100;

转移系数/%=不同部位的重金属含量/根系中重金属含量×100。

1.2.4 数据统计和分析 试验结果采用SPSS 19.0和Excel 2007进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 Cd²⁺处理对9份中国南瓜资源种子萌发的影响

Cd²⁺处理对9份中国南瓜资源种子萌发的影响存在显著差异（表1）;对发芽势的影响表现为：‘360-3‘盐砧1号‘百蜜1号‘112-2‘041-1的发芽势在90%以上，均高于对照;而‘009-1‘百蜜2号‘甜面瓜‘百蜜3号的发芽势均在62.5%以下，且均低于对照。CdZ处理对9份中国南瓜资源发芽率的影响表现为：‘360-3‘盐砧1号‘百蜜1号‘112-2‘041-1的发芽率均在97%以上，均高于对照;而‘009-1‘百蜜2号甜面瓜‘百蜜3号的发芽率均在90%以下，且均低于对照。‘360-3‘盐砧1号‘百蜜1号‘112-2‘041-1发芽指数依次为61.11、69.86、63.61、60.94、51.63，均在50以上，均高于对照;其他材料均在23.58以下，且均低于对照。表明Cd²⁺处理对‘360-3‘盐砧1号‘百蜜1号‘112-2‘041-1的种子没有显著毒性，而对其他材料的种子萌发有显著抑制作用。

2.2 Cd²⁺处理对9份中国南瓜资源幼苗生长的影响

2.2.1 Cd²⁺处理对9份中国南瓜资源幼苗根长的影响Cd²⁺处理对9份中国南瓜资源幼苗生长的影响存在显著差异（图1），Cd²⁺处理对‘009-1‘百蜜2号‘甜面瓜和‘百蜜3号的幼苗生长有较为明显的抑制作用，并且达到显著水平。对Cd²⁺处理的9份中国南瓜资源幼苗平均根长的试验数据进一步分析显示：‘360-3‘盐砧1号‘百蜜1号‘112-2‘041-1的平均根长都在15.6cm以上，其他材料都在11.2cm以下，‘甜面瓜和‘百蜜3号的最低，只有5.8cm和3cm。表明Cd²⁺处理对‘360-3‘盐砧1号‘百蜜1号‘112-2‘041-1的幼苗根长没有造成显著影响，而对其他材料的幼苗根长有显著抑制作用。

2.2.2 Cd²⁺处理对9份中国南瓜资源幼苗鲜质量的影响综合分析Cd²⁺处理对9份中国南瓜资源幼苗鲜质量的影响（表2），Cd²⁺处理对‘360-3‘盐砧1号‘百蜜1号‘112-2‘041-1幼苗根鲜质量、茎鲜质量、子叶鲜质量、总鲜质量均未造成显著影响，而对‘009-1‘百蜜2号‘百蜜3号‘甜面瓜根鲜质量、茎鲜质量、子叶鲜质量、总鲜质量均有显著抑制作用。

2.2.3 Cd²⁺处理对9份中国南瓜资源幼苗干质量的影响由表3可知，Cd²⁺处理对9份中国南瓜资源幼苗不同器官干质量的影响存在明显差异，Cd²⁺处理对‘360-3‘盐砧1号‘百蜜1号‘112-2‘041-1幼苗根干质量、茎干质量均未造成显著影响，而对‘009-1‘百蜜2号‘百蜜3号‘甜面瓜根干质量、茎干质量均有显著抑制作用。Cd²⁺处理对所有材料的子叶干质量、总干质量均未造成显著影响。

2.3 中国南瓜不同器官对Cd²⁺的吸收特征及转移能力分析

中国南瓜不同器官对Cd²⁺的吸收能力存在明显差异（表4），Cd²⁺在南瓜根系中的含量增加幅度远远大于茎和子叶，说明中国南瓜不同器官对Cd²⁺的吸收能力表现为：根系>茎>子叶。表4分别分析了茎和子叶中的转移系数，茎中转移系数表现为‘360-3‘盐砧1号‘百蜜1号‘112-2‘041-1都在0.1以下，其中‘盐砧1号最低，只有0.0279，其他材料均在0.1以上;以上5个品种子叶中转移系数都在0.01以下，其他材料均在0.01以上。说明Cd²⁺在南瓜根系中積累较多，而在茎叶中积累的Cd²⁺含量较少。

2.4 中国南瓜资源对Cd²⁺的富集特征

从表5可以看出，中国南瓜不同器官对Cd²⁺的富集特征表现为：根系>茎>子叶，并且根、茎、叶中富集系数相差很大;‘360-3‘盐砧1号‘百蜜1号‘112-2‘041-1茎中富集系数均在2.75以T，其他材料均在6.86以上，其中‘360-3‘盐砧1号茎中富集系数最低，只有1.56和0.98;‘360-3‘盐砧1号‘百蜜1号‘112-2‘041-1子叶中富集系数均在0.3以下，其他材料均在0.45以上，其中‘360-3‘盐砧1号子叶中富集系数最低，只有0.03和0.07。

3 讨论

种子萌发期是植物最早接受环境胁迫的阶段。种子萌发和苗期生长状况还是用于评价植物对重金属耐性的重要指标。本研究结果表明，Cd²⁺处理对不同品种类型中国南瓜种子萌发、幼苗生长、不同器官中的Cd²⁺含量影响达到显著水平。其中‘360-3‘盐砧1号‘百蜜1号‘112-2‘041-1的发芽指数均在40以上，其他材料均在35以下;平均根长都在15.6cm以上，其他材料都在15cm以下;根鲜质量、茎鲜质量、子叶鲜质量、总鲜质量、幼苗根干质量、茎干质量均未受到显著影响，其他材料的则被显著抑制;Cd²⁺处理对所有材料的子叶干质量、总干质量均未造成显著影响。

中国南瓜不同器官对Cd²⁺的富集特征表现为：根系>茎>子叶，并且根、茎、叶中富集系数相差很大。植物体内过量Cd²⁺积累对植物有严重毒害作用，Cd²⁺主要集中在根部，这与Cd²⁺进入根的皮层细胞后和根内蛋白质、多糖、核糖、核酸等化合形成稳定的大分子络合物或形成不溶性有机大分子而沉积下来有关。贺远等研究表明，不同Cd²⁺浓度处理下烟草不同部位Cd²⁺含量排序依次为茎>根>叶，且随着Cd²⁺浓度的增加各部位的Cd²⁺含量均增加。烟草根系中Cd²⁺以去离子水提取态为主，其次为醋酸提取态，叶片中Cd²⁺主要以醋酸结合态存在。Nishzono等研究认为，植物可将吸收的70%～90%的重金属沉积于根尖细胞壁上，这种沉积可阻止Cd²⁺进入原生质以减轻其毒害;黄小娟等的研究结果显示，大多数植物吸收的重金属主要积累在根系而在地上部的含量较低。这与笔者的研究结果一致。

david E Salt等认为，转移系数小于1的植物，可以把重金属固定在根部，限制重金属向地上部转移，减少重金属的毒害作用。植物的这种能力称为植物对重金属的耐性机制，植物的这种耐性机制说明它们在重金属污染情况下可以平衡重金属的吸收和转移过程。本研究结果显示，所有材料重金属镉的转移系数均小于1，说明它们对重金属镉都有一定耐性，其中‘360-3‘盐砧1号‘百蜜1号‘112-2‘041-1的茎中转移系数都在0.05以下，在子叶中转移系数都在0.005以下，说明这几个材料可以把重金属镉固定在根部，限制重金属镉向地上茎、叶的转移。

综上所述，‘360-3‘盐砧1号‘百蜜1号‘112-2‘041-1对重金属镉有较强的耐受性，其具体耐受机制有待进一步研究。