土壤Cd污染对蕹菜茎叶Cd与蛋白质含量的影响

王俊丽，任建国，龚玉莲

（1.贵阳医学院公共卫生学院，550004；2.贵阳医学院基础医学院；3.广东第二师范学院生物系应用生态学实验室）

土壤重金属污染造成的食品安全问题越来越受到人们的关注。蔬菜是人们不可缺少的副食品，消费量大，因而蔬菜的重金属污染问题应引起人们足够重视。Cd在土壤中具有高度移动性，且对作物具有高度毒害性，被视为重金属中最具有危害性的污染元素[1]。过量的Cd不但会对生物体产生严重的毒害作用，而且进入食物链后会对人类健康造成极大损害。不同种类蔬菜对重金属的积累能力不同，一般叶菜类大于根茎类和瓜果类蔬菜[2]。利用作物品种间对Cd积累的差异，如种植Cd污染预防品种（pollution-safe cultivar，简称 PSC，即在一定污染水平的土壤中作物可食部分吸收积累污染物的含量低于食品卫生标准的品种）被认为是一种现实、有效地降低作物受镉污染的方式[3～5]，此种对策成为近年来相关领域的研究热点。但现有的研究主要集中于 PSC 的筛选[3，4，6，7]及 其 对 重 金 属 低 积 累 的 机 制 研究[6，8，9]，有 关 PSC 营 养 成 分 与 Cd 含 量 的 相 关 性 却鲜有报道。本研究以30个蕹菜品种为材料，通过温室盆栽模拟试验，研究土壤Cd污染对蕹菜蛋白质含量的影响及其与茎叶Cd含量的相关性，为筛选蕹菜Cd-PSC和探讨蕹菜积累Cd能力品种间存在差异的机理提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤为中山大学西区球场边的菜园土，将其风干碾碎过5 mm筛备用。土壤基本理化性质（测定参照中国科学院南京土壤所编 《土壤理化分析》，1978）如下：pH 值 7.05，有机质含量 1.46%，全N 2.3 g/kg，全 P 85.8 mg/kg，全 K 93.9 mg/kg，全 Cd 0.2 mg/kg。

供试蕹菜品种共30个，编号及其名称、表观特征见表1。

1.2 试验方法

①供试植物材料的培养 取2.0 kg备用土壤装入直径16 cm，深18 cm的塑料盆，设置3个Cd浓度，A：0.593 mg/kg （添加 0.4 mg/kg Cd， 以 Cd（NO3）2·4H2O 溶液形式添加，下同）；B：1.091 mg/kg（添加 0.8 mg/kg Cd）；C：1.824 mg/kg （添加 1.6 mg/kg Cd）。将相当量的 Cd（NO3）2·4H2O 溶于水，均匀地倒入装好盆的土壤中，充分混匀。为提供足够的肥力，以NH4NO3形式施N 300 mg/kg，以KH2PO4形式施P 124 mg/kg和K 156 mg/kg。施底肥后再次混匀，浇水使土壤保持最大田间持水量的70%，平衡2周后，再次混匀，种植蕹菜。所有处理采取随机区组设计，每个处理3次重复。栽培试验在玻璃温室内进行，温度控制在26～32℃。挑选饱满均一的10粒蕹菜种子播入平衡2周的土壤中，待幼苗长到5片真叶时，进行间苗，每盆保留6棵长势一致的幼苗，按照生长需要定时浇水，生长40 d后进行取样。

表1 供试蕹菜品种编号及其特征

②供试植物材料处理及分析 将茎叶用剪刀剪下，与根分开，用自来水冲洗干净，然后再用去离子水冲洗3次，吸水纸吸干水分称鲜质量，然后在70℃烘箱烘干至恒重，称干质量。烘干样品粉碎后过100目筛，称取0.2 g样品进行微波消解（O.I.Analytical 7295，Ltd.，O.I.CORPORATION，USA），样品加入5 mL 65%（V/V，优级纯）HNO3和 2 mL 30% （V/V，分析纯）H2O2。消解液中Cd浓度的测定采 用 AAS （Atomic Absorption Spectrophotometer）（Z-5300，日本）。采用国家标准参比物质 （植物GBW-07603）进行分析质量控制。

蛋白质含量测定采用传统的凯氏定氮法，含氮量乘以6.25计算蛋白质含量。

1.3 数据处理

所有数据采用Excel软件进行统计处理，采用SPSS 11.0软件进行品种间差异显著性及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 土壤Cd污染下不同品种蕹菜茎叶Cd含量与蛋白质含量

供试蕹菜品种茎叶在不同土壤Cd污染水平下的Cd含量与蛋白质含量如表2，3所示。在3个土壤Cd处理浓度（A、B、C）下，供试蕹菜茎叶Cd含量范围和平均值分别为 0.97～2.89、1.56，1.31～5.80、3.25，2.71～7.42、4.59 mg/kg（DW），变异系数分别为31.3%、29.6%、26.3%；蛋白质含量范围和平均值分别为 1.60%～2.38%、1.93%，1.78%～2.81%、2.33%，1.57%～2.61%、2.08%，变异系数分别为 12.1%、9.90%、11.6%。不同品种之间Cd含量、蛋白质含量均存在明显差异，3个处理下差异都达到极显著水平（p＜0.01）。如果将白梗和青梗品种分开比较，方差分析结果表明二者Cd含量差异显著，即白梗品种茎叶Cd含量显著高于青梗品种（p＜0.05），但二者蛋白质含量差异不显著（p＞0.05）。从图1可以看出，部分蕹菜品种具有茎叶Cd含量低而蛋白质含量高的特点，比如编号为 8、12、16、24、28 的品种；而编号为3、14、30的品种则表现出茎叶Cd含量高，蛋白质含量低的特征。

表2 不同Cd处理下蕹菜茎叶Cd含量的品种间差异

表3 不同Cd处理下蕹菜茎叶蛋白质含量的品种间差异

图1 不同Cd处理下蕹菜茎叶Cd含量与蛋白质含量

2.2 蕹菜茎叶蛋白质含量与Cd含量的关系

当土壤Cd浓度为0.593 mg/kg时，供试蕹菜茎叶蛋白质含量与Cd含量的关系如图2，3所示。30个供试品种放在一起比较，蛋白质含量与Cd含量相关关系不显著；将白梗品种和青梗品种分开比较则发现，对于白梗品种，二者之间呈显著的负相关关系（n＝18，r＝-0.542，p＜0.05），对于青梗品种，二者之间有一定的正相关关系，但未达到显著水平（n＝12，r＝0.509，p＞0.05）。 土壤 Cd 浓度增加到 1.091，1.824 mg/kg，二者相关关系不显著。

3 小结与讨论

Cd对同一种植物的作用效果存在基因型差异和浓度差异[10，11]，多数呈现低促高抑现象。土壤Cd污染对蕹菜生物量与植株茎叶Cd含量的影响及品种间差异在Zhu等[6]研究中已进行了详细的分析与讨论，这里不再赘述。高芳等[12]的研究结果表明，中、轻度Cd胁迫可增加花生种仁蛋白质含量，与本研究结果有一定的相似性，即供试蕹菜茎叶蛋白质含量随土壤Cd浓度的增加而增加，但不同品种之间存在差异。此结果从另一个角度证明低浓度Cd对植物的生长有促进作用，并且能促进其营养物质的积累，也可能是植物对Cd胁迫的一种响应。分析30个供试品种茎叶Cd含量与蛋白质含量的关系发现，在低浓度Cd处理下，白梗蕹菜茎叶Cd含量与蛋白质含量呈显著负相关，而青梗品种存在一定的正相关性（没有达到显著水平），此结果与Liu等[13]对水稻的研究结果有所不同。Liu等的研究显示糙米中Cd含量与含氮量呈显著正相关关系，因此认为难以筛选到Cd含量低而氮含量高的水稻品种。由此可见，本研究白梗蕹菜品种所具有的特性应该为筛选到Cd含量低同时蛋白质含量高的品种提供了可能。但是青梗品种蛋白质含量与Cd含量之间表现有一定正相关关系，虽未达到显著水平，但仍给筛选工作造成一定困难。

图2 白梗蕹菜茎叶蛋白质含量与Cd含量之间的关系

图3 青梗蕹菜茎叶蛋白质含量与Cd含量之间的关系

另外，本次试验的供试品种中，编号为8、12、16、24、28的品种具有蛋白质含量高、Cd含量低的优良特性，可以作为蕹菜Cd-PSC筛选的优良材料，同时也可以进行推广种植；而编号为3、14、30的品种茎叶Cd含量高，蛋白质含量低，此类品种在农业生产中应该避免种植。

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