李欣忱 李 桃 徐卫红 秦余丽 郑荧辉 张春来 李彦华

（西南大学资源环境学院，重庆400715）

不同辣椒品种镉吸收与转运的差异

李欣忱 李 桃 徐卫红*秦余丽 郑荧辉 张春来 李彦华

（西南大学资源环境学院，重庆400715）

采用水培方法研究2个辣椒品种在不同镉（Cd）水平（0、20、40 mg·L-1）下的生物量及根、茎、叶各部位Cd含量和转运差异。结果表明，当Cd浓度≤40 mg·L-1时，辣椒生物量及Cd含量随着Cd浓度的增加而呈上升趋势。相同Cd水平下，辣椒各部位Cd含量表现为根＞茎＞叶。2个辣椒品种对Cd的积累和转运存在差异，PE30茎和叶中Cd含量较高，Cd转移系数和地上部Cd富集系数也高，可能存在果实Cd含量超标的风险。而PE3的Cd主要集中在根部，向地上部转移Cd的能力较差，属于高积累、低转运类型，可以在轻度Cd污染的地区种植。

辣椒；品种；镉吸收；镉转运

镉（Cadmium，Cd）是一种危害性极大的重金属元素，我国土壤长期受污灌和磷肥滥用的影响（索炎炎，2012），Cd污染问题日趋严重。据统计，我国近2 000万hm2耕地受到Cd污染，约占总耕地面积的1/5（徐传保和戴庆敏，2015）。Cd易通过食物链富集进入人体，进而危害人类健康。人体中90%的Cd来自食物，其中70%的Cd来自植物性食物（Satarug et al.，2003），因此Cd在植物性食物中的残留量将直接影响食用的安全性。

辣椒（Capsicum annuum L.）是人们喜食的蔬菜种类之一，我国辣椒种植面积居蔬菜作物第2位（苏秀丽和许翠莲，2012），在重庆、四川、云南、湖南等地区，辣椒已成为当地的重要经济来源和主要支柱产业（寇明明，2014）。同时，辣椒又是Cd高积累类植物（Liu et al.，2005），辣椒Cd超标不仅影响口感、降低营养价值和品质，影响人体健康，也大大地限制了无公害辣椒的生产和辣椒产品的出口，降低经济效益（陈贵青 等，2010）。

近年来，国内外对不同作物种类或品种Cd吸收、积累和分布的差异性进行了深入研究，筛选出大量Cd低吸收、低积累的作物品种（杨玉敏 等，2010；张堃，2011；赵云云，2012），并积累了一些低Cd积累的品种资源。选育Cd低吸收、低积累的辣椒品种来降低果实中的Cd含量是在Cd污染土壤上种植出合格辣椒产品最有效、最经济的途径。但目前对不同辣椒品种Cd积累、转运差异的研究甚少。本试验在前期筛选试验的基础上，选用Cd高积累和低积累的2个辣椒品种，比较不同Cd浓度对高、低Cd积累辣椒品种的生物量、植株Cd含量和积累量的影响，初步探讨不同品种辣椒的Cd抗性及富集差异，以期为Cd高抗性、低富集型品种的选育提供资料，为在Cd污染土壤上进行农业生产的合理布局提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试辣椒品种为PE3（Cd高积累型品种）和PE30（Cd低积累型品种），种子由重庆市农业科学院蔬菜花卉研究所提供。

1.2 试验设计

水培试验于2016年8～10月在西南大学资源环境学院玻璃温室内进行。将辣椒种子用1%酒精处理2 h，再用蒸馏水洗净，放入培养皿中，保持一定湿度，置于人工气候箱〔28 ℃/18 ℃（昼/夜）〕，在遮光条件下发芽。发芽3 d后，采用50孔穴盘育苗，每穴播2粒种子，培养30 d，待苗高15 cm时，选择均匀一致的壮苗移栽到塑料盆内进行辣椒水培试验。共设3个处理，每个处理6个重复。采用塑料盆、泡沫板和通气泵自制水培系统进行辣椒水培试验，在泡沫板上打小孔定植两叶一心的辣椒幼苗，幼苗间距6 cm。 塑料盆每盆盛1/2无Cd霍格兰营养液700 mL，5～7 d更换1次营养液。培养14 d后，进行Cd处理（0、20、40 mg·L-1，以CdCl2的形式加入），Cd处理7 d后取样（张海波，2013）。

1.3 样品的采集与制备

将辣椒幼苗从装培养液的盆钵中完整取出，用自来水冲洗干净后，用浓度为0.01 mol·L-1HCl清洗，再用去离子水淋洗，如此重复3次。在105 ℃的条件下杀青15 min，60 ℃条件下烘干至恒重（张海波，2013），用万分之一电子天平称量根、茎、叶的干质量。将烘干植株打样磨碎，用于测定根、茎、叶各部位Cd含量。

1.4 测定方法

植株不同部位的Cd含量采用HNO3-HClO4法消煮，用原子吸收分光光度计（Perkin Elmer SIMMA6000，Norwalk，USA）进行测定。按照孙园园等（2016）的方法计算植物Cd积累量、转移系数和地上部Cd富集系数。

Cd积累量=植株Cd含量×植株干质量

转移系数（TF）=植株地上部Cd积累量/植株根系Cd积累量

地上部Cd富集系数（BCF）=植株地上部Cd积累量/溶液Cd总量

1.5 数据处理

采用 Microsoft Excel 2010软件进行数据处理，用SPSS 21.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同Cd水平对辣椒植株生物量的影响

由表1可知，随着Cd浓度的增加，两个辣椒品种的植株总干质量均呈上升趋势。当Cd浓度为40 mg·L-1时，PE3、PE30的植株总干质量分别为0 mg·L-1时的2.3倍和2.9倍，这可能是因为低浓度的Cd对植物生长有促进作用。PE3、PE30两个辣椒品种中根、茎、叶的干质量也均随着Cd浓度的增加而增加（PE30的根除外）。

表1 不同Cd水平对辣椒植株生物量的影响g·盆-1

2.2 辣椒各部位Cd含量、Cd积累量在品种间的差异

由表2可知，不同辣椒品种根、茎、叶的Cd含量、Cd积累量、Cd总量均随着Cd浓度的增加而增大。除了PE30在Cd浓度为40 mg·L-1时，茎的Cd积累量＞根，辣椒各部位Cd含量、Cd积累量的大小均为根＞茎＞叶。相同Cd处理水平下，辣椒各部位Cd含量以及Cd总量在不同品种间大多表现出显著性差异。PE3的Cd总量显著高于PE30，但PE30茎和叶的Cd含量远大于PE3，在Cd浓度为20 mg·L-1和40 mg·L-1时，PE30茎和叶的Cd含量分别较PE3提高34.5%、37.0%和33.1%、311.9%。PE3的Cd主要集中在根部。

表2 不同Cd浓度对辣椒Cd含量、Cd积累量的影响

2.3 辣椒Cd积累和转运在品种间的差异

由表3可知，除PE30在Cd浓度为40 mg·L-1时地上部Cd积累量高于地下部外，其余2个辣椒品种地下部的Cd积累量均高于地上部。在同一Cd处理水平下，PE30的转移系数较PE3高出0.83～3.70倍，且PE30在Cd浓度为40 mg·L-1时转移系数高达1.60。由此可知，PE30中Cd向地上部的迁移能力大大强于PE3。随着Cd浓度的增加，2个品种地上部、地下部Cd积累量均增加。当Cd浓度为40 mg·L-1时，PE3地上部、地下部Cd积累量分别较20 mg·L-1时增长了53.5%和116.2%；PE30分别增长了144.6%和33.6%。当Cd浓度为20 mg·L-1时，PE3的地上部Cd富集系数较PE30高16.1%；而在Cd浓度为40 mg·L-1时，PE30地上部Cd 富集系数较PE3 高37.3%。

表3 不同辣椒品种Cd积累和转运的差异

3 讨论

本试验中，随着Cd处理浓度的增加，辣椒干质量反而增加，表现出低Cd对辣椒生长有促进作用，这与陈惠等（2013）的辣椒水培研究结果不同，原因可能是与选取的Cd浓度及辣椒品种有关（刘利 等，2015），不同辣椒品种对Cd的耐性不同（郑丽萍 等，2015）。本试验中，在Cd浓度为20、40 mg·L-1的处理条件下，供试2个辣椒品种仍能保持较高的生物量，说明2个辣椒品种对Cd具有很好的耐性。PE3根、茎干质量及总干质量大于PE30，说明在培养环境和管理机制相同的条件下，辣椒品种间的生物量差异主要是由于基因型导致的（孙聪 等，2014）。

随着Cd处理浓度的增加，辣椒根、茎、叶各部位Cd含量呈上升趋势。这与Tang等（2001）的研究结果一致，植物体内Cd含量与其生长环境中的Cd含量成正相关。但黎佳佳等（2006）研究发现，低Cd浓度促进辣椒生长和Cd的积累，高Cd浓度使辣椒各部位Cd含量降低。由此可知，即便是同种作物不同品种，Cd浓度对其Cd积累的影响也不尽相同。PE3在不同Cd处理浓度下的Cd总量显著高于PE30，说明PE3对Cd的吸收能力强于PE30。值得注意的是，PE30的Cd总量虽然低于PE3，但其茎和叶Cd含量远远大于PE3，推测该品种茎和叶中的大量Cd可能转移到果实中，会带来食用风险（国家对蔬菜和水果的Cd 限量标 准≤0.05 mg·kg-1，GB2762—2012）。整体上看，辣椒各部位Cd分布规律为根＞茎＞叶，这是由于根部对Cd的固定和区隔化，使得只有少部分Cd能通过木质部导管运输至地上部（王晓娟 等，2015；王学华和戴力，2016）。

已有研究表明，重金属Cd在辣椒果实中极易富集（陈贵青 等，2010），辣椒又主要以果实作为食用部位，所以Cd向地上部转移系数高的辣椒品种对食品安全极其不利。PE30由于茎和叶中Cd含量较高，其转移系数也高，在Cd浓度为40 mg·L-1时高达1.60，且其地上部Cd富集系数高达5.15，可能存在果实Cd含量超标的风险，不宜在Cd污染严重的地区（Cd≥1.0 mg·kg-1，GB15618—1995）推广种植。PE3对Cd的吸收能力较强，但Cd主要集中在根部，向地上部的转移能力较差，在轻度Cd污染的地区（Cd＜1.0 mg·kg-1）种植较为适宜。考虑到PE3的生物量大、Cd吸收能力较强，是良好的Cd耐性植物，可试用于土壤Cd污染生物修复技术中。由于本试验在水培条件下进行，与土壤Cd污染条件不同，同时本试验只考察了辣椒生育前期品种间Cd的积累和转运差异，接下来将通过土培试验研究辣椒全生育期特别是果实中Cd积累在品种间的差异性，以期为Cd污染土壤上辣椒品种合理布局提供理论 依据。

4 结论

① 本试验条件下，Cd浓度≤40 mg·L-1时未对辣椒品种PE30、PE3的生长产生抑制。

② 随着Cd浓度的增加，2个辣椒品种各部位Cd含量呈上升趋势。相同Cd水平下，辣椒各部位Cd含量为根＞茎＞叶。

③ 供试2个辣椒品种中，PE30茎和叶中Cd含量较高，Cd转移系数和地上部Cd富集系数也高，可能存在果实Cd含量超标的风险。PE3的Cd主要集中在根部，向地上部转移Cd的能力较差，属于高积累、低转运类型，可以在轻度Cd污染的地区种植。

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Differences between Cadmium Uptake and Translocation among Different Pepper Varieties

LI Xin-chen，LI Tao，XU Wei-hong*，QIN Yu-li，ZHENG Ying-hui，ZHANG Chun-lai，LI Yan-hua

（College of Resources and Environmental Sciences，Southwest University，Chongqing 400715，China）

Hydroponic experiment was conducted to study the effect of different Cd levels（0、20、40 mg·L-1）on dry weight，Cd concentration of root，stem，leaf and Cd transport from root to shoot between 2 pepper varieties（PE3 and PE30）. The results showed that dry weight and Cd content increased with the increase of Cd level（CCd≤40 mg·L-1），and the tolerance to Cd of different pepper varieties was also different. Under the same Cd treatment，Cd concentrations of 2 pepper varieties were in the order of root＞stem＞leaf. Significantdifferences in Cd accumulation and translocation were observed between 2 pepper varieties. Cd concentration in the stems and leaves，and Cd translocation coefficient and shoot Cd enrichment coefficient of PE30 were higher，which might lead to the risk of excessive Cd in fruit. Root was the primary tissue of Cd accumulation in PE3，and the ability to transport Cd from root to shoot was poorer，so PE3 could be planted in Cd lightly contaminated soil.

Pepper；Variety；Cadmium uptake；Cadmium transport

李欣忱，女，本科生，专业方向：植物营养与环境生态，E-mail：1193748842@qq.com

*通讯作者（Corresponding author）：徐卫红，教授，博士生导师，专业方向：植物营养与环境生态，E-mail：xuwei_hong@163.com

2017-04-26；接受日期：2017-07-24

现代农业产业技术体系建设专项（Nycy-23），国家自然科学基金项目（20477032），国家级大学生创新创业训练计划项目（201610635028）