王慧慧，王 晨，张明华，蒲玉琳，李 婷，贾永霞

(四川农业大学 资源学院，成都 610000)

随着中国工业化和城市化进程的不断加快，化肥农药大量施用、污水灌溉及生活废弃物排放等增加，农田土壤重金属污染已成为人类高度重视的环境问题[1-2]。2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示，中国土壤污染总的超标率为16.1%，以无机型为主，其中重金属镉(Cd)污染最为严重，点位超标率达到7.0%[3]；另有研究发现，中国约24.1%的菜园土壤Cd含量超过国家土壤环境质量二级标准[4]。而Cd是植物生长的非必需元素，具有分布广、毒性强、移动性大等特点，易在植物体内富集[5]。过量的Cd会导致植物种子萌发率降低、胚芽和根系生长受阻、叶片失绿、植株矮小，农产品的产量和品质降低等，进而通过食物链危害人体健康[6-7]。

瓜类蔬菜是人们日常生活中不可缺少的重要食物，然而当土壤中重金属含量超标时，瓜类蔬菜可食部位易积累重金属离子[8-9]。研究发现，嫁接在一定程度上可以减少植物体内重金属的积累[10-11]。李小红[12]比较了7种葡萄嫁接苗对Cd的耐性与吸收积累能力，发现与耐性弱的砧木相比，采用耐性强的砧木进行嫁接，葡萄嫁接苗对Cd的耐性更强；张媛媛[13]研究发现采用‘黑籽南瓜’嫁接黄瓜可以抑制Cd向地上部运输，有效降低黄瓜地上部的Cd含量；Dimitrios等[11]发现黄瓜嫁接苗地上部对Cd的积累主要取决于砧木的吸收和转运能力。那么，选择对重金属吸收和转运能力弱而耐性强的砧木品种就显得尤为重要和迫切。目前，瓜类蔬菜生产上常用的嫁接砧木以白籽南瓜、黄籽南瓜或黑籽南瓜为主，然而关于不同品种砧用南瓜对Cd的耐性及吸收积累能力研究报道较少。因此，本研究选用白籽、黄籽、黑籽共10种砧用南瓜品种，比较不同品种砧木幼苗在Cd胁迫下生长状况、受伤害程度和地上部Cd含量变化，利用隶属函数法综合评价各砧木的Cd耐性及对Cd吸收积累的差异，以期为优良砧用南瓜的筛选与评价提供一定的科学依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

参试的10个砧用南瓜品种名称及来源见表1，其中白籽、黄籽和黑籽品种分别为4、4和2个。

1.2 试验设计

试验于2017年4～7月在四川农业大学温江校区塑料大棚内进行。采用水培盆栽试验，共设置0(对照，不添加Cd)、5、10 mg·L-1Cd浓度3个处理，每个处理重复3次。

选取颗粒饱满、大小一致的参试南瓜种子，55 ℃温汤浸种15 min后室温(25 ℃)下浸泡6～8 h，之后放于(28±1) ℃培养箱中催芽，发芽后播于装有石英砂的育苗盘中。按时浇灌自来水，直至2片子叶长出开始浇灌1/2 Hoagland营养液。待植株3叶1心时挑选生长一致的南瓜幼苗分别定植于装有1/2 Hoagland营养液的水培箱内，用空气压缩泵间歇通气(40 min·h-1)，进行预培养。3 d后，分别于营养液中添加不同浓度的Cd(由CdCl2·2.5H2O配制)进行胁迫处理。12 d后采样测定各项指标。

1.3 测定指标及方法

1.3.1生物量及耐性指数南瓜幼苗先用自来水冲洗干净，然后用蒸馏水冲洗3～4次后擦干。洗净的植株分为根系和地上部两部分，105 ℃下杀青30 min，再经70 ℃烘干至恒重，测其干重。根据植株的生物量来计算植物的耐性指数(endurance index，EI)[14]，计算公式为：

EI=Cd处理生物量/未处理生物量(CK)

1.3.2叶绿素含量取生长点以下第2片真叶，采用混合浸提法(乙醇∶丙酮∶水=4.5∶4.5∶1)进行叶绿素含量[15]测定。

1.3.3抗氧化酶及丙二醛(MDA)含量根系及叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑(NBT)比色法[15]测定，过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性采用紫外吸收法[15]测定；叶片及根系MDA含量采用硫代巴比妥酸法[15]测定。

1.3.4镉含量及转移系数植物样品经烘干、粉碎、过筛后，再用HNO3-HClO4(4∶1/V∶V)消化[14]，采用电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS测定Cd含量。然后根据植物体的重金属含量计算植物的转移系数(translocation factor，TF)[16]，计算公式为：

TF=地上部中Cd含量(mg·kg-1)/根系中Cd含量(mg·kg-1)

1.3.5耐性及镉积累能力综合评价采用隶属函数法进行砧用南瓜品种Cd耐性及吸收积累能力综合评价[17]，隶属函数值计算方法为：

Yij1= (yij-yjmin) /(yjmax-yjmin)

Yij2=1-(yij-yjmin) /(yjmax-yj min)

式中：Yij为i砧用南瓜在10 mg·L-1Cd处理后j指标值；yjmin为j指标的最小值；yjmax为j指标的最大值。若所测指标与植物的抗逆性呈正相关，则采用Yij1计算隶属值，反之用Yij2计算。累加各品种各指标的隶属函数值并求平均值，平均隶属函数值越大，砧木耐性越强，地上部Cd积累量越小。

1.4 数据处理

实验数据利用Excel 2010进行数据初步处理和作图，用SPSS17.0软件进行方差分析和多重比较分析(LSD)。

2 结果与分析

2.1 镉胁迫对各砧木幼苗生物量及叶绿素含量的影响

10种砧用南瓜幼苗叶片在Cd处理下均有不同程度的黄化，叶绿素含量不同程度降低，黄化程度与Cd处理浓度和砧木品种密切相关，但是在不同颜色籽粒的砧木品种间并无规律性变化(图1，表2)。其中，P1、P3、P4、P6、P7、P8、P9幼苗叶绿素含量在5 mg·L-1Cd处理下与相应对照无显著差异，在10 mg·L-1Cd处理下显著低于对照；而P2、P5、P10幼苗叶绿素含量在5 mg·L-1Cd处理下就显著低于相应对照，且在10 mg·L-1Cd处理下又显著低于5 mg·L-1Cd处理；10种砧用南瓜叶绿素含量均在10 mg·L-1Cd处理时达到最小值。

Cd处理对各品种砧用南瓜幼苗生长状况的影响不尽相同(表2)。其中，与对照相比，P1、P2、P3、P7、P9根系干重在2种浓度Cd处理下均无差异；P4、P5、P6、P8根系干重均显著降低且在5 mg·L-1与10 mg·L-1Cd处理间无显著差异；而P10在5 mg·L-1Cd处理下无显著差异，在10 mg·L-1Cd处理下显著降低。同时，在2种浓度Cd处理下，P1、P2、P3地上部和全株干重与相应对照无显著差异；P7地上部干重均比对照显著降低，其全株干重则与对照无显著差异；P8地上部和全株干重均在10 mg·L-1Cd处理下才显著降低；P4、P5、P6、P9、P10地上部和全株干重均显著低于相应对照，且在5 mg·L-1与10 mg·L-1Cd处理间无显著差异。此外，Cd处理下，白籽与黄籽砧用南瓜生长势明显好于黑籽南瓜。综合来看，在5 mg·L-1和10 mg·L-1Cd胁迫处理下，P1、P2、P3、P7砧用南瓜耐性指数均显著高于其他品种，说明这几个砧木品种在Cd胁迫下生长势较好，具有较强的耐性。

P1～P10为砧用南瓜品种编号, 详见表1 ，下同图1 10种砧用南瓜幼苗在不同Cd处理下的植株表型 The number of P1-P10 for the pumpkin varieties is shown in Table 1, the same belowFig.1 The plant growth performance of 10 variety pumpkin seedlings for rootstocks under different cadmium treatments

2.2 镉胁迫对砧用南瓜幼苗抗氧化酶活性的影响

由图2可以看出，P1、P3、P5根系SOD、CAT、APX等抗氧化酶活性较高，在5 mg·L-1Cd处理下与相应对照无显著差异，10 mg·L-1Cd处理下分别降低6.82%～49.43%、6.38%～18.81%、13.84%～18.79%；P2、P7、P9根系抗氧化酶活性在Cd处理下显著降低，其中P2的 CAT活性在10 mg·L-1Cd处理时下降了59.35%；而P4、P6、P8、P10根系抗氧化酶活性在5 mg·L-1Cd处理下已显著低于相应对照，且在10 mg·L-1Cd处理时低于5 mg·L-1Cd处理，整体下降程度达到28.29%～63.91%。

同时，P9叶片CAT活性在5 mg·L-1Cd处理时有所增加，在10 mg·L-1Cd处理时降低且与相应对照无显著差异，其SOD、APX活性下降幅度较小；P1、P3、P5叶片中各抗氧化酶活性较高，在5 mg·L-1Cd处理下与相应对照几乎无差异，在10 mg·L-1Cd处理下分别降低了35.48%～41.53%、11.70%～31.25%、18.85%～24.89%；P2与P7叶片SOD、CAT活性在5 mg·L-1Cd处理下降低幅度较小，但在10 mg·L-1Cd处理时下降幅度较大，降幅分别为47.76%～51.91%、31.68%～49.61%；P4、P6、P8、P10叶片抗氧化酶活性在5 mg·L-1Cd处理下已显著低于相应对照，在10 mg·L-1Cd处理时显著低于5 mg·L-1Cd处理，整体下降幅度为15.00%～67.28%。综合来看，不同颜色籽粒砧用南瓜间抗氧化酶活性变化并无明显规律，其中的P1、P3、P5砧木幼苗根叶各抗氧化酶活性在Cd处理下降低幅度较小，清除活性氧的能力较强。

2.3 镉胁迫对砧用南瓜幼苗丙二醛含量的影响

由图3可知，砧用南瓜P3根系MDA含量在2种浓度Cd处理下均与对照无显著差异；P1和P7在5 mg·L-1Cd处理下与对照无显著差异，在10 mg·L-1处理下显著高于对照；其余砧木根系MDA含量在2种浓度Cd处理下均显著高于相应对照，且除P9外又表现为10 mg·L-1Cd处理显著高于5 mg·L-1Cd处理。同时，与相应对照相比，砧用南瓜P3、P8、P9叶片MDA含量在2种浓度Cd处理下无显著变化，P1、P2、P6、P10在5 mg·L-1Cd处理下无显著变化，在10 mg·L-1Cd处理下显著提高，其余砧木在2种浓度Cd处理下均显著提高，且P4的10 mg·L-1处理又显著高于5 mg·L-1Cd处理。综合来看，Cd

表2 不同镉胁迫下各砧木南瓜幼苗叶绿素含量、生物量及耐性指数

注：同一品种砧木中不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)，图2、3同。耐性指数中同一处理不同字母表示不同品种砧木间差异显著 (P<0.05)，图4同

Note: The different letters within the same rootstock indicate significant difference between treatments (P<0.05)；The same as
Fig.2 and 3. The different letters within the same treatment in the analysis of the endurance index indicate significant differences between the rootstocks (P<0.05)，The same as
Fig.4

处理下不同颜色籽粒砧用南瓜间MDA含量无显著变化规律，其中P3体内MDA含量升高幅度较低且未达到显著水平，受伤害程度较低。

2.4 镉胁迫对砧用南瓜幼苗镉含量及转移系数的影响

以植株干重来计算植物体内Cd含量，发现各砧用南瓜幼苗地上部Cd含量均随Cd处理浓度升高而增加，但不同颜色籽粒砧用南瓜间变化并无规律(图4)。在对照(0 mg·L-1Cd)处理下，所有砧用南瓜品种幼苗地上部都未监测到Cd；在5 mg·L-1Cd处理下，P3砧木幼苗地上部Cd含量最低并显著低于其他砧木品种，其次是P1、P2、P7，而P6、P9地上部Cd含量较高并显著高于其余品种；在10 mg·L-1Cd胁迫处理下，P3、P7砧木幼苗地上部Cd含量差异不显著并显著低于其他砧木品种，其次是P2、P1、P5、P4，而P8、P10地上部Cd含量较高并显著高于其余砧木品种。同时，不同南瓜砧木品种对Cd的转移能力存在显著差异(图3)。其中，在5 mg·L-1Cd处理下，砧木P2、P3幼苗Cd转移系数差异不显著，且显著低于其他砧用南瓜品种，其次是P1、P5，而P4、P10 Cd转移系数较高；在10 mg·L-1Cd处理下，P2和P3幼苗Cd转移系数较小，且两者间无显著差异，P2显著低于其余品种，其次是P1、P5、P7，而P8、P9、P10幼苗Cd转移系数较高并显著高于其他品种。以上结果表明砧用南瓜品种P2、P3幼苗地上部Cd含量低，且转移系数小，其对Cd的吸收积累能力明显较弱，其次是品种P1、P5。

图2 不同镉处理下各南瓜砧木幼苗根系和叶片SOD、CAT、APX活性Fig.2 SOD, CAT and APX activities in roots and leaves of rootstocks seedling under different cadmium treatments

图3 不同镉处理下各南瓜砧木幼苗根系和叶片MDA含量Fig.3 MDA content in root and leaf of rootstocks seedling under different cadmium stress

图4 不同镉处理下各南瓜砧木幼苗地上部镉含量及转移系数Fig.4 Cadmium content in shoot and translocation factor of rootstocks seedling under different cadmium stress

砧木Rootstock指标隶属函数值 Function data of indexEIChltRSODLSODRCATLCATRAPXLAPXRMDALMDACdTFMean排序OrderP11.000.150.740.471.000.390.360.791.001.000.790.890.722P21.000.290.370.450.380.170.990.590.660.690.801.000.624P30.760.731.000.950.871.001.000.760.950.721.000.930.891P40.510.090.000.210.000.000.570.320.180.720.740.270.306P50.670.500.491.000.380.530.521.000.930.770.760.680.693P60.700.310.090.260.100.140.000.000.000.110.610.400.239P70.860.690.240.280.060.200.380.460.360.440.940.600.465P80.660.680.140.510.150.080.130.060.530.290.000.080.288P90.411.000.250.310.170.270.360.100.240.110.380.000.307P100.000.000.080.000.090.010.430.580.300.000.140.110.1510

注：EI: 耐性指数； Chlt: 叶绿素总量； RSOD: 超氧化物歧化酶； LSOD: 叶片超氧化物歧化酶； RCAT: 根系过氧化氢酶； LCAT: 叶片过氧化氢酶； RAPX: 根系抗坏血酸过氧化物酶； LAPX: 叶片抗坏血酸过氧化物酶； 根系RMDA: 根系丙二醛；LMDA: 叶片丙二醛；TF: 转移系数

Note：EI: Endurance Index; Chlt: Total chlorophyll; RSOD: Root Superoxide dismutase; LSOD: Leaf Superoxide dismutase; RCAT: Root Catalase; LCAT: Leaf Catalase; RAPX: Root Ascorbate peroxidase; LAPX: Leaf Ascorbate peroxidase; RMDA: Root MDA; SMDA: Leaf MDA; TF:Translocation factor

2.5 各砧木的镉耐性及积累能力综合评价

砧用南瓜品种对Cd的耐性及积累能力由耐性指数以及叶绿素、抗氧化酶活性、丙二醛及地上部Cd含量和转移系数等多指标综合评价，结论比单一指标评价更准确。根据以上各砧用南瓜品种测定指标，通过分析比较它们的隶属函数值(表3)来评定10种砧用南瓜幼苗对Cd的耐性与积累能力(表3)。其中，P3的平均隶属函数值最高，说明其耐性好，对Cd的吸收转移能力弱，地上部Cd积累量低，是一种优良的砧用南瓜品种；P1、P2、P5砧用南瓜的耐Cd性次之；而P6、P10品种的耐性较差，地上部Cd吸收能力强。

3 讨 论

Cd是毒性最强的重金属元素之一，过量的Cd进入植物体内，会导致植物生长受阻、叶片褪绿黄化[18-19]，然而不同植物在Cd胁迫下生长状况不尽相同。Xin等[20]分析了不同辣椒品种在Cd胁迫下的生长状况，发现有6个品种的生物量在所有Cd处理下均显著高于对照；12个品种的生物量在所有Cd处理下与对照无差异；2个品种生物量在低浓度Cd处理下显著高于对照，在高浓度Cd处理时显著低于对照。说明同一物种不同品种间的Cd耐性存在显著差异。与前人研究结果相似，本研究中，‘野木一雄’、‘津油108’砧用南瓜在2种Cd浓度下仍生长状况良好且叶片在5 mg·L-1Cd处理时未出现明显黄化，说明其Cd耐性较强；而其他砧用南瓜生物量在Cd处理下均有不同程度的降低，其中‘多美109’、‘黑籽南瓜’、‘云南黑籽南瓜’在10 mg·L-1Cd处理下全株生物量分别显著降低了37.26%、44.32%、70.78%，且新叶黄化现象严重，部分老叶叶缘干枯，耐性差。

植物受到重金属胁迫时会产生大量的活性氧，导致细胞膜脂过氧化反应，从而破坏细胞膜系统[21-23]。植物体内的抗氧化酶SOD、CAT、APX等可以组成一个活性氧清除系统，有效地减少重金属产生的膜脂过氧化伤害[24]，而丙二醛(MDA)作为细胞的膜脂过氧化产物，其含量多少代表了植物的受伤害程度。本试验发现，在2个浓度Cd胁迫下‘津油108’体内抗氧化酶活性较高，其叶片及根系MDA含量无显著增加，未受到膜脂过氧化伤害；‘野木一雄’抗氧化酶活性较高，10 mg·L-1Cd处理时MDA含量增加幅度较小，受伤害程度较小；其他砧用南瓜抗氧化酶活性相对较低，根系和叶片MDA含量显著高于相应对照，其中，‘多美109’、‘强力1号’、‘云南黑籽南瓜’增加幅度较大，分别为58.64%～145.83%、33.13%～209.06、45.29%～224.09%，受伤害程度严重。这与王松良等[25]对Cd胁迫下13个品种小白菜的研究结果相似，表明不同植物对Cd的耐受程度不同，受到的膜脂过氧化伤害也存在差异。

植物果实中的Cd含量与叶片和茎部Cd含量及根系向地上部的转移系数密切相关[20]。低Cd积累作物的根系对Cd有较强的固定作用，能限制Cd向地上部运输，减少地上部可食部分的Cd含量，从而保证作物的产量与品质[26-27]。Liu等[28]研究了Cd胁迫下30个小麦品种间地上部Cd含量，发现‘LF-13’、‘LF-16’、‘LF-21’品种地上部Cd含量很低，属于低Cd积累材料；而‘LF-1’、‘LF-7’、‘LF-17’、‘LF-20’等品种地上部Cd含量较高，Cd积累能力较强。本试验中，Cd胁迫条件下，‘高丽佳’、‘黑籽南瓜’及‘云南黑籽南瓜’等品种地上部Cd含量及转移系数均较高，表现出很强的Cd吸收转移能力，不适合作为低Cd积累的砧木材料；而‘野木一雄’地上部Cd含量及转移能力相对较低，可作为低Cd积累的砧木；‘津油108’和‘青佳砧甲’地上部Cd含量及转移系数均显著低于其他砧木，对Cd的吸收转移能力最弱，积累的Cd最低，是低Cd积累砧木的首选品种。

选择长势好、耐性强、地上部Cd含量低的砧用南瓜是瓜类蔬菜安全生产的基础。影响植物Cd耐性和Cd积累能力的因素较多，目前还没有一个统一、完整的指标评价体系使评定结果与实际结果更为接近。因此，应综合各指标来评价植物对Cd的吸收转移能力和耐性，避免单个指标带来的片面影响。王丽萍等[29]综合了4种砧用南瓜的生长状况、盐害指数、相对电导率等隶属函数值作为品种抗逆性的评定标准，筛选出了耐盐能力最强的砧木品种。徐爱春等[30]综合了5个柳树品种在Cd胁迫下生长状况、叶绿素、MDA、脯氨酸及可溶性蛋白的隶属函数值，评定了不同品种柳树抗Cd胁迫能力的强弱。本研究中，综合比较了Cd处理下10种砧用南瓜幼苗耐性指数、叶绿素、抗氧化酶活性、丙二醛、地上部Cd含量及转移系数等隶属函数值的平均值大小，比较发现‘津油108’各指标综合隶属函数值最高，是最优良的砧用南瓜品种，其次为‘野木一雄’、‘鑫力3号’和‘青佳砧甲’，而‘强力1号’与‘云南黑籽南瓜’的耐性最差，它们Cd吸收转移能力强，不宜作为瓜类蔬菜嫁接砧木。

综上所述，不同品种砧用南瓜品种幼苗抗氧化酶活性对镉胁迫的响应存在明显差异，它们生长情况以及镉耐性、吸收转运能力也显著不同。‘津油108’耐性强、Cd吸收转移能力弱，是优良的砧用南瓜品种，可作为Cd污染农田中瓜类蔬菜的嫁接砧木；‘野木一雄’、‘青佳砧甲’与‘鑫力3号’ Cd耐性均较强，且地上部Cd含量和转移系数也较低，也可选作瓜类嫁接砧木品种；而‘强力1号’与‘云南黑籽南瓜’在Cd处理下生长状况差，耐性弱，且地上部Cd含量和转移系数高，不适合作为Cd污染农田嫁接砧木。