振明，肖艳辉，何明，潘春香

钼对低镉水平下小白菜的生长及镉含量的影响

张振明，肖艳辉*，何金明，潘春香

（韶关学院英东农业科学与工程学院，广东韶关512005）

为了探明低浓度镉污染下，增加钼离子浓度后植物对镉的吸收累积状况，为低浓度镉污染土壤修复提供参考.以“四季上海青”小白菜为材料，采用营养液培养的方式，研究了钼对0.1 mg/L镉水平下小白菜生长、生理指标及镉含量的影响.结果表明：在0.1 mg/L镉浓度培养液中随钼浓度增加，小白菜株高变化不显著，而其地上部鲜重和干重、地下部鲜重和干重、活根系总长度、根投影表面积、活根系总表面积、活根系平均直径、叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b及类胡萝卜素含量、净光合速率和蒸腾速率、可溶性糖含量、全氮含量等均呈下降趋势，而全钾和全钠含量则有所增加.可见，在0.1 mg/L浓度镉污染土壤上种植小白菜，增加钼肥的施用，会增加小白菜体内镉的累积，增加食用风险.

低镉水平；钼；小白菜；镉含量

目前，我国农业土壤受重金属污染日益严重，造成的经济损失也越来越大，严重影响着人们的健康.在重金属污染中，镉因移动性大、毒性高而倍受关注.许多研究表明，镉影响植物的生长、生理生化［1-3］.近年来，通过在镉污染的环境中添加一些元素来缓解Cd对植物毒害方面的研究报道较多.结果表明，适量的Si［4-5］、La［6］、Se［7］、Ca［8］能在一定程度上提高植物的生物学产量，缓解镉对植物的伤害；在1 mg·L-1镉浓度下，增加钼浓度能降低小白菜对镉的吸收累积［9］，然而，也有研究发现，增加硫浓度，可以增加东南景天对镉的吸收累积［10］，降低龙葵茎叶和根部对镉的吸收［11］.现有文献中，选择高浓度镉对植物影响的研究较多，但是，一般在世界范围内，土壤镉的含量为0.01～2.00 mg·kg-1，中值含量为0.35 mg·kg-1［12］，我国土壤的背景值平均只有0.097 mg·kg-1，以95%置信度的含量范围为0.017～0.333 mg·kg-1［13-14］，并且依据世界卫生组织（WTO）1972年提出的安全镉浓度为0.1 mg/L-1.那么，在0.1 mg·L-1镉浓度下，通过增加钼浓度，植物对镉的吸收是增加还是减少，至今未见相关报道.本实验以小白菜为材料，在0.1 mg·L-1镉浓度的培养液中加入一定浓度的钼离子，来探讨钼离子对小白菜生长及地上部镉的吸收累积状况，以期为低浓度镉水平下，合理使用钼离子来缓解植物对镉的吸收累积、钼镉互作关系以及蔬菜食用的安全性方面的研究提供参考.

1 材料与方法

1.1 试验材料

以品种名为“四季上海青”的小白菜为试验材料（江西省宜春市信用种苗中心提供，购买于韶关市区种子店）.

1.2 试验方法

2010年10月9日于韶关学院温室中进行沙培播种育苗，待幼苗长至两叶一心时，选健壮、整齐一致的小白菜幼苗移栽到水培箱（17 L）的定植板（共40个孔）上，并确保根系完全浸没于营养液（霍格兰营养液配方，钼浓度为0.02 mg·L-1）中，然后将栽有小白菜的培养箱置于温室中培养.12天后，分别进行以下4个处理：以不加镉的培养箱为对照（CK），0.1 mg·L-1镉浓度的培养箱为Cd（0.1），0.1 mg·L-1镉浓度的营养液中加入钼（以钼酸铵形式加入），使钼最终浓度分别达到0.05 mg·L-1、0.1 mg·L-1，代号分别为Cd（0.1）Mo（0.05）、Cd（0.1）Mo（0.1）.培养期间，每天测定培养液的pH值，使其保持在6.5～7.4之间，每3天换一次培养液，处理22天后，取样进行各项指标的测定.

1.3测定指标

每处理随机取15株，测定株高，取平均值；每处理随机取5株测定地上部和地下部鲜重和干重；每处理随机取5株，利用电脑根系扫描仪（加拿大，科研型根系图像分析系统，RHIOProSTD1600+）在活水条件下对根系进行扫描并测定活根总长度、根投影表面积、活根系总表面积、活根系平均直径，取平均值；每个处理取5株完全展开的倒二叶于上午9：00-11：00利用便携式光合分析系统（Li-6400，Li-Cor Inc，USA）测定净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr），测定过程中光量子通量密度（PFD）约为1 000 μmol·m-2·s-1，大气温度25±1℃，大气CO2浓度变化范围为（380±10）μmol·mol-1.每株测定重复3次，取平均值；叶绿素含量用比色法测定［15］；可溶性糖含量取地上部用蒽酮比色法测定［16］；全氮含量取地上部用H2SO4-H2O2-靛酚蓝比色法测定［17］；全碳含量取地上部用K2Cr2O7容量法测定［17］；全钾和全钠含量取地上部用火焰光度计法测定［17］；镉含量取地上部用原子荧光仪（AFS-820，北京吉天仪器）进行测定.

1.4数据处理方法

所得数据采用SPSS软件包进行方差分析，用Duncan’s新复极差法进行平均数的显著检验.

2 结果与分析

2.1 钼对低镉水平下小白菜植株生长的影响

表1 钼对低镉水平下小白菜植株生长的影响

由表1可看出，各处理之间株高差异均不显著；Cd（0.1）的地上部鲜重与对照之间差异不显著，随含镉培养液中钼浓度的增加，地上部鲜重呈显著降低趋势；Cd（0.1）的地上部干重高于对照，但与对照差异不显著，地上部干重呈降低趋势，但Cd（0.1）Mo（0.05）与Cd（0.1）Mo（0.1）差异不显著，且二者均显著低于Cd（0.1）；Cd（0.1）的地下部鲜重和地下部干重与对照差异均不显著，随含镉培养液中钼浓度的增加，地下部鲜重和干重均呈下降趋势，但Cd（0.1）与Cd（0.1）Mo（0.05）差异均不显著，Cd（0.1）Mo（0.05）与Cd（0.1）Mo（0.1）差异均不显著，而Cd（0.1）的地下部鲜重与Cd（0.1）Mo（0.1）差异显著.

2.2 钼对低镉水平下小白菜根系生长的影响

表2 钼对低镉水平下小白菜根系生长的影响

由表2可看出，Cd（0.1）的根系总长度高于对照，但差异不显著，随含镉培养液中钼浓度的增加，根系总长度呈下降趋势，但Cd（0.1）Mo（0.05）、Cd（0.1）Mo（0.1）与Cd（0.1）差异均不显著；Cd（0.1）的根投影表面积和根系总表面积与对照差异均不显著，随含镉培养液中钼浓度的增加，根投影表面积和根系总表面积均呈下降趋势，但Cd（0.1）Mo（0.05）与Cd（0.1）Mo（0.1）差异均不显著，且二者均显著低于Cd（0.1）；Cd（0.1）的根系平均直径显著低于对照，随含镉培养液中钼浓度的增加，根系总长度平均直径呈下降趋势，但Cd（0.1）Mo（0.05）与Cd（0.1）Mo（0.1）、Cd（0.10差异均不显著，Cd（0.1）Mo（0.1）与Cd（0.1）之间差异显著.

2.3 钼对低镉水平下小白菜叶片叶绿素、类胡萝卜素含量的影响

表3 钼对低镉水平下小白菜叶片叶绿素、类胡萝卜素含量的影响

表3可看出，Cd（0.1）的叶绿素a、叶绿素a+b含量与对照差异不显著，随含镉培养液中钼浓度的增加，叶绿素a、叶绿素a+b含量下降，且Cd（0.1）与Cd（0.1）Mo（0.05）差异不显著，而二者显著高于Cd（0.1）Mo（0.1）；Cd（0.1）的叶绿素b含量与对照差异不显著，随含镉培养液中钼浓度增加后，叶绿素b含量显著降低，但Cd（0.1）Mo（0.05）与Cd（0.1）Mo（0.1）差异不显著；Cd（0.1）的类胡萝卜素含量显著低于对照，但与Cd（0.1）Mo（0.05）和Cd（0.1）Mo（0.1）差异不显著，而Cd（0.1）Mo（0.05）与Cd（0.1）Mo（0.1）差异显著；叶绿素a/ b以Cd（0.1）Mo（0.05）最高，显著高于其余处理和对照，其余处理和对照之间差异均不显著.

2.4 钼对低镉水平下小白菜净光合速率、蒸腾速率的影响

表4 钼对低镉水平下小白菜净光合速率、蒸腾速率的影响

由表4可看出，对照的净光合速率显著高于其余镉处理，随含镉培养液中钼浓度的增加，净光合速率显著下降，并且各处理之间差异均显著；而Cd（0.1）的蒸腾速率显著高于对照，随含镉培养液中钼浓度的增加，蒸腾速率显著下降.

2.5 钼对低镉水平下小白菜全钾、全钠和碳氮含量的影响

表5 钼对低镉水平下小白菜全钾、全钠和碳氮含量的影响

由表5可看出，可溶性糖含量以对照最高，但与Cd（0.1）差异不显著，而在含镉培养液中增加钼浓度后，可溶性糖含量均显著低于对照和Cd（0.1)；各处理与对照之间的全碳含量差异均不显著；对照、Cd（0.1）和Cd（0.1）Mo（0.05）三者之间的全氮含量差异不显著，但均显著高于Cd（0.1）Mo（0.1）；全钾和全钠含量均以Cd（0.1）最低，且在含镉培养液中增加钼浓度后，它们的含量均高于对照和Cd（0.1），其中全钾含量差异显著，全钠含量除Cd（0.1）Mo（0.1）显著高于Cd（0.1）外，其余处理之间差异均不显著.

2.6 钼对低镉水平下小白菜地上部镉含量的影响

表6 钼对低镉水平下小白菜地上部镉含量的影响

由表6可看出，随含镉培养液中钼浓度的增加，小白菜地上部镉含量呈显著增加趋势，说明在0.1 mg·L-1镉浓度下，增加钼浓度，可促进镉在小白菜地上部的累积.

3 结论与讨论

目前，土壤环境质量标准规定，土壤中镉污染积累起始值为0.2 mg·kg-1［18］.肖艳辉等人研究发现，1 mg· kg-1镉浓度时，增加钼浓度能明显降低小白菜株高及对镉的吸收累积［9］，但这是否说明在低于土壤环境质量标准规定的镉浓度（低于0.2 mg·kg-1）下也能明显降低小白菜对镉的吸收累积，降低食用风险呢？为了探讨这个问题，本实验将镉浓度设定为0.1 mg·kg-1，研究了不同浓度钼对小白菜生长、生理生化指标及镉吸收累积的影响，结果发现与以往的研究结果［9］相反.说明钼对不同镉浓度下小白菜镉的吸收累积有显著影响.在0.1 mg·L-1镉浓度培养液中随钼浓度的增加，小白菜株高变化不显著，而其地上部鲜重和干重、地下部鲜重和干重均呈降低趋势，这与肖艳辉等人在1 mg·L-1镉浓度培养液中钼对小白菜影响的研究结果相似［9］.研究还表明，在0.1 mg·L-1镉浓度培养液中随钼浓度的增加，小白菜的活根系总长度、根投影表面积、活根系总表面积、活根系平均直径、叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b及类胡萝卜素含量、净光合速率和蒸腾速率均呈降低趋势，说明钼浓度的增加既抑制了小白菜根系的生长，也抑制了叶绿素的合成及光合效率，从而造成光合产物累积的减少，这可能是小白菜生物量累积降低的主要原因.同等条件下，试验数据还显示叶绿素a/b均高于对照和未增加钼浓度的镉处理，说明叶绿素a含量降低的相对速率小于叶绿素b含量降低的相对速率.类胡萝卜素在植物吸收光能、保护叶绿素和猝灭活性氧方面起着重要作用［19］.本实验结果发现，高浓度钼（0.1 mg·L-1）处理下，类胡萝卜素含量显著低于对照和未增加钼浓度的镉处理，这也说明了增加钼浓度后，对小白菜的光合系统产生了明显的抑制作用.而可溶性糖含量呈下降趋势，这可能与叶绿素合成受到抑制和光合效率降低，光合产物减少有关；而全氮含量则大致呈下降趋势，并且当钼浓度增加为0.1 mg·L-1，全氮含量显著低于其余处理，这与缺钼使植物氮的含量显著增加，施钼植物体内氮下降［20］的观点一致.同时，全钾和全钠含量有所增加，这可能与钼与钾、钼与钠有一定的正相关效应［21］有关.而小白菜地上部镉含量也显著增加，这与冯海艳［22］等人的研究认为水稻籽实中Cd的含量与土壤中Cd和全Mo的含量呈显著的正相关关系一致.一些研究表明，氮、磷、钾等大量元素的施用可以降低土壤中重金属的有效性，减少植物对它们的吸收［23］，但有时大量元素的施用可能加剧重金属的胁迫作用，如随添加磷浓度的增加，糙米中镉含量增加［24］.磷（P）-锌（Zn）之间既存在协同关系，又存在拮抗作用，其关键取决于P/Zn比值［25］，可能Mo-Cd之间也存在着协同关系，或是拮抗作用，这也取决于Mo/Cd比值，即本实验中Mo/Cd比值在1/5～1之间表现为协同关系，而在以往实验［9］中，Mo/Cd比值在1/50～1/10之间则表现为拮抗作用.

一直以来，人们认为在土壤环境质量标准规定范围内的镉污染（低于0.2 mg·kg-1）土壤上种植蔬菜，蔬菜体内镉含量不会超出标准，但从本实验结果看来，如增加钼肥的施用，会增加植物体内镉的累积，增加食用风险，尤其是对水培蔬菜而言（因在溶液中镉处于活跃状态，更容易被吸收）；对浓度低于0.2 mg·kg-1镉污染的土壤来说，可通过种植小白菜来修复镉污染土壤，增加钼肥的施用，会促进小白菜对镉的吸收累积，从而提高小白菜对镉污染土壤的修复效率，而对高于土壤环境质量标准规定的镉污染（1 mg·kg-1）土壤，如增加钼肥的施用，则会降低小白菜对镉的吸收累积［9］.因此，在利用植物进行镉污染农田土壤修复时，如土壤中镉浓度在1 mg·kg-1左右时，则要少施用钼肥，以确保植物对土壤中镉的有效吸收累积，然后通过收割植物的方式将镉从土壤中移走；如土壤镉浓度低于0.2 mg·kg-1，欲利用植物除去土壤中的镉，可通过增施钼肥来促进植物对镉的吸收累积.此外，在土壤镉浓度低于0.2 mg·kg-1的土壤上种植蔬菜时，要少施用钼肥，以免蔬菜体内累积过多的镉，增加食用风险.

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Effect of Molybdenum on Growth and Cadmium Content in Chinese White Cabbage under Low Cadmium Concentration Medium

ZHANG Zhen-ming,XIAO Yan-hui*,HE Jin-ming,PAN Chun-xiang
（College of Agricultural Science and Engineering,Shaoguan College, Shaoguan 512005,Guangdong,China）

The objective of this study was to ascertain the status that cadmium was absorbed by Chinese white cabbage in low concentration cadmium and molybdenum supplement medium.The effects of molybdenum ion c oncentration（0.05，0.1 mg·L-1）on the growth,cadmium content and physiological indexes under cadmium treatment（0.1 mg·L-1）were studied on the basis of Hoagland nutrition.The results showed no significant difference in plant height by increasing molybdenum concentrations,while fresh weight(F.W)and dry weight(D.W) aboveground and underground,total root length,total project area,total root surfer area,total average diameter, chlorophyll a,chlorophyll b,chlorophyll a+b and carotenoid contents,net photosynthetic rate and transpiration rate had the trend of decreasing,and cadmium content aboveground of Chinese white cabbage had a trend of increasing.With molybdenum concentrations increasing under cadmium treatment,solubility sugar and total nitrogen contents had the trend of reducing,while total kalium and total sodium contents had the trend of increasing.So the increased molybdenum concentrations could induce plant to increase the absorption of cadmium in low concentration cadmium（0.1 mg·L-1）,and enhance the consumption risk.

low cadmium level;molybdenum;Chinese white cabbage;growth;cadmium content

Q945.78

：A

：1007-5348（2015）04-0036-05

（责任编辑：邵晓军）

2014-12-18

广东省科技计划项目（2011B030900015）；韶关市科技计划项目（韶科2012-01）.

张振明（1964-），男，内蒙古赤峰人，韶关学院英东农业科学与工程学院实验师；研究方向：芳香植物栽培生理与利用.*通讯作者.