不同砧木嫁接对西瓜果实Cd含量和品质的影响

王志伟 ，李涵 ，孙波 ，邹甜 ，孙小武

（1．湖南农业大学园艺园林学院，长沙，410128；2.湖南省蔬菜研究所；3.湖南省作物研究所）

中国是世界西瓜生产与消费大国，据FAO统计，2014年中国西瓜种植面积 186万 hm2，产量7 505万t，占世界种植面积的53.6%，占世界西瓜产量的67.6%。随着经济社会的发展、矿产的开发、冶炼、交通和矿物肥料的使用，Cd已经成为环境中的主要污染物之一。在农业生产过程中，由于农药、化肥和污泥等的大量施用，多数农田己经出现重金属含量超标现象。Cd是植物生长的非必需元素，低浓度时便可以通过土壤到达植物根部进而迁移至植物地上部分，对植物生长发育造成不利影响，更重要的是它可以通过食物链危害人体健康。2014年湖南省在全国率先进行了重金属污染治理的试点工作，其中治理Cd污染土壤最有效的途径就是种植非食用作物或食用器官累积量低的作物品种，既可以通过植物逐渐吸收消除土壤中的Cd，不仅可以合理利用土地，同时还可以保障土地持续的产出。其中筛选低积累农作物品种取得了较大的进展，西瓜果实Cd积累量较低，已经在部分轻度和中度Cd污染地区种植，李涵等[1]通过不同Cd含量的土壤进行盆栽试验，试验结果为Cd超标地区西瓜种植提供了理论基础。

西瓜[Citrullus lanatus （Thunb.） Manf.]以其汁多味甜、甘甜爽口受到人们的喜爱，是人们夏季主要消费的水果。在湖南地区栽培历史悠久、分布区域广，每年播种面积为14万hm2左右，播种面积位居全国第4，经济效益相当可观，是湖南产区的重要园艺作物[2]。20世纪70年代于贤昌等[3]首次将嫁接技术引入西瓜温室生产中，有效地解决了温室西瓜连作重茬问题，20世纪90年代末已在生产上大面积应用。此后，相关科研人员在西瓜嫁接技术[4]、砧木筛选[5～7]、嫁接防病[8]、嫁接对产量和品质[9～12]、提高瓜类耐盐能力[13～14]等方面做了大量工作，在解决西瓜重茬栽培、抗病等方面发挥了重要作用。Rouphael等[15]研究发现，嫁接可以减轻重金属Cu2+对黄瓜的毒害作用；Tomohito等[16]研究表明，嫁接可以降低Cd在茄子果实内的积累，但是嫁接在降低西瓜重金属含量方面的研究较少。因此，本文以不同的砧木嫁接早佳84-24，在Cd污染的大田种植，研究不同组合西瓜果实中Cd含量，以及不同砧木嫁接对西瓜果实品种和产量的影响，为重金属Cd污染区西瓜产业持续发展提供理论依据。

1　材料与方法

1.1　试验材料

土壤基本情况：pH值 7.14、有机质36.9 mg/kg、碱解氮 126.8 mg/kg、速效磷 29.2 mg/kg、速效钾 71.2 mg/kg、阳 离 子 交 换 量 14.8 cmol/kg、Cd 0.83 mg/kg。

供试西瓜品种为早佳84-24，由湖南雪峰种业有限责任公司提供。砧木品种8个，具体见表1。

表1　砧木种类与来源

1.2　试验方法

①试验设计试验于2016年4～7月在湖南农业大学蔬菜瓜类研究所湘潭基地进行。各砧木于4月1日进行温汤浸种催芽，挑选芽长一致的种子播于50孔穴盘。4月6日，砧木开始破土时，接穗开始浸种催芽，播于育苗盘中，于连栋塑料大棚内进行育苗。4月15～17日采用改良顶插接法对适龄的接穗和砧木进行嫁接。5月2日嫁接苗定植于试验基地，株距50 cm，行距220 cm，每小区定植25株，以自根苗为对照，完全随机区组设计，每处理设3次重复。2蔓整枝，每株留1瓜，进行正常的田间管理。西瓜成熟期每处理随机采收节位一致、成熟度（坐瓜天数）一致的西瓜果实5个，用于测定果实中Cd、总糖、果糖、葡萄糖、蔗糖、番茄红素、瓜氨酸的含量和外观品质。

②糖含量测定糖的提取：将西瓜果实冲洗干净，擦干表面水分，纵切取全瓜的瓜瓤榨汁，用匀浆机做破壁处理，称取匀浆 3 g，加入 80%乙醇4.5 mL，80℃水浴提取 40 min，加入2 g活性炭，80℃脱色30 min，然后过滤。

蔗糖和果糖含量的测定采用蒽酮比色法，还原糖含量的测定采用3，5-二硝基水杨酸法比色法，每次测定设重复3次，取其平均值[17]。葡萄糖含量=还原糖含量-果糖含量，总糖含量=还原糖含量+蔗糖含量。

③瓜氨酸的测定参照程志强等[18]方法：称取西瓜匀浆 10 g，加入体积比为 9∶1的纯甲醇和6 mol/L盐酸配成的提取液 15 mL，55℃水浴20 min，活性炭脱色后过滤，稀释40倍，取5 mL稀释液，加入体积比为3∶1的硫酸和磷酸混合液2 mL和30 g/L二乙酰一肟 0.25 mL，摇匀；避光煮沸30 min，冷却至室温，在波长490 nm处测定吸光度，根据标准曲线方程计算瓜氨酸含量。

④番茄红素的测定参照万学闪等[19]的方法：称取破壁的匀浆3.0 g，用20 mL无水乙醇分多次脱水，30 mL甲醇分多次洗涤至洗出液无色，再用2%二氯甲烷石油醚提取西瓜渣至无色，合并提取液定并容至100 mL，测定波长502 nm处吸光值，根据标准曲线方程计算番茄红素的含量。

⑤Cd含量的测定土壤pH值、有机质、土壤阳离子交换量和土壤速效磷的测定参照《土壤农业化学分析方法》。Cd含量测定委托湖南省农业科学院农化检测中心，土壤Cd依据GB/T 17141-1997标准检验并提供检验数据。植物样品Cd含量依据GB/T 5009.15-2014标准检验并提供检验数据。

表2　不同砧木嫁接的西瓜果实不同糖成分含量

1.3　数据分析

运用Excel 2010软件处理数据和绘图；采用SPSS 17.0软件进行差异显著性分析。

2　结果与分析

2.1　不同砧木嫁接对西瓜果实不同糖成分含量的影响

由表2可知，不同砧木嫁接对西瓜果实中各种糖成分含量的影响不同。其中ZT5和ZT1的果实中蔗糖含量较实生苗有所增加，增幅显著，ZT7降低了果实中蔗糖含量，未达到显著水平；ZT5、ZT1、ZT2和ZT8显著提高了果实中的果糖含量，ZT3、ZT4和ZT7降低了果实中果糖的含量，3个砧木嫁接果实中果糖的含量与对照相比降低幅度均达到显著水平；不同砧木嫁接对西瓜果实葡萄糖含量的增加不明显，ZT1和ZT3葡萄糖含量有所增加，但增幅未达到显著水平；各砧木嫁接对西瓜果实总糖含量的影响较大， 其中ZT1、ZT5、ZT6和 ZT7的总糖含量与对照相比增幅显著，以ZT1果实的总糖含量最高。

综上所述，ZT1和 ZT5提高了西瓜果实蔗糖、果糖和总糖含量，适于早佳84-24的嫁接栽培。

2.2　不同砧木嫁接对西瓜果实瓜氨酸和番茄红素含量的影响

由表3可以看出，不同砧木嫁接对西瓜果实瓜氨酸含量的影响存在差异，其中ZT5显著提高了果实中瓜氨酸含量，而ZT4和ZT6显著降低了果实中瓜氨酸含量。与对照相比，ZT5显著提高了果实中番茄红素的含量，其他砧木嫁接对西瓜果实含量的影响不显著。

2.3　不同砧木嫁接对西瓜果实Cd含量的影响

不同砧木嫁接后西瓜果实Cd含量之间存在差异 （图 1），ZT1、ZT2和ZT5组合果实 Cd含量分别比实生苗减少60.5%、61.3%和 59.1%，ZT4组合果实Cd含量比实生苗增加了41.6%。各组合西瓜果实Cd含量最高为0.006 4 mg/kg，低于食品安全国家标准食品中污染物限量GB 2762-2012规定的0.05 mg/kg。

表3　不同砧木嫁接对西瓜果实瓜氨酸和番茄红素含量的影响

图1　不同砧木嫁接西瓜果实Cd含量

表4　不同砧木嫁接对西瓜外观品质和产量的影响

2.4　不同砧木对西瓜外观品质和产量的影响

单瓜质量是西瓜产量构成的重要因素，皮厚和果形指数是西瓜外观品质，中心糖和边糖含量是评判西瓜果实感官品质的重要因素。从表4可以看出，不同砧穗组合西瓜果实单瓜质量表现差异较大，其中ZT2和ZT6组合单瓜质量较CK有所降低，但差异不显著，而ZT5组合单瓜质量增加显著，达到了5.79 kg。ZT2和ZT3组合对果形指数的影响较大，与对照差异显著，其他组合对果形指数的影响不大。嫁接对皮厚的影响各砧穗组合表现不一致，其中ZT1和ZT4增加了果皮厚度，与CK差异显著，其他各砧穗组合与CK之间差异不显著。

3　结论与讨论

西瓜嫁接苗是个复合体，由于砧木根系的差异及砧木与接穗间的互作，改变了西瓜原有的吸收能力及“源”与“库”关系，从而引起一系列生理生化反应，影响了西瓜的生长发育。果实含糖量的高低是西瓜重要的品质指标之一，西瓜中的糖分主要包括蔗糖、果糖和葡萄糖，其中蔗糖是西瓜果实中糖分积累的主要形式，其含量是影响西瓜品质的主要因素。高军红等[20]、孙艳等[21]研究认为，砧木对西瓜果实中可溶性糖含量的影响依砧木的不同而异。本研究的结果表明，部分砧木嫁接后降低了西瓜果实中的糖分含量，这与齐红岩[22]、吴宇芬等[23]在甜瓜上的研究结果相吻合。

关于嫁接对西瓜果实中番茄红素含量影响的研究在学术界还存在分歧，意大利科学家 Proietti等[24]通过研究嫁接和灌溉对西瓜果实品质的影响，结果发现干旱对西瓜营养成分的影响很大，而嫁接可以增加40.5%的番茄红素含量；关立颖[25]研究了4种砧木和4个西瓜品种嫁接后果实中番茄红素含量的变化，结果表明，南瓜砧木嫁接会降低番茄红素含量，葫芦和瓠子对番茄红素含量的影响因接穗品种不同而异，野生西瓜嫁接仅对小红玉选的番茄红素含量有显著影响，但4种砧木嫁接后均未引起番茄红素含量的显著变化。本试验中T5（西嫁强生）砧木嫁接提高了果实中番茄红素含量，而其他砧木嫁接的果实中番茄红素变化不显著，与前人研究结果基本一致。

瓜氨酸被人体吸收后有诸多保健作用，是西瓜果实中特有的功能性成分。西瓜嫁接通过砧木改变了植株内一些酶和氨基酸合成的量和合成的时机，谷氨酸和精氨酸在适宜的条件下均可转化成瓜氨酸，是引起瓜氨酸含量变化的原因[26]，不同砧木可能会对这2种氨基酸的合成分解有不同的影响，进而引起了果实中瓜氨酸含量的变化。本试验中各砧木嫁接的果实中瓜氨酸的变化较大，ZT5显著提高了果实中的瓜氨酸含量。

根据GB 15618-1995《土壤环境质量标准》的规定，本试验地属于Cd中度污染，根据国家食品安全国家标准 《食品中污染物限量标准》GB 2762-2012的规定，西瓜果实中的Cd含量应低于0.05 mg/kg。从本试验的结果来看，不同砧木嫁接对Cd的吸收和分配存在差异，西瓜果实Cd含量均低于国家限量标准。其中葫芦砧木组合 （ZT4和ZT7）Cd含量均比对照和南瓜嫁接苗的高，这与朱士农等[27]在葫芦砧木嫁接提高植株体内Na+和K+方面的研究结果一致。

综上所述，不同砧木嫁接对西瓜果实的品质和Cd含量的影响存在差异，其中T1（野郎）和T5（西嫁强生）在提高果实品质和产量的同时，果实Cd含量明显低于对照，适于重金属污染区嫁接栽培。

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