镉胁迫下猕猴桃对镉的吸收及转运

2021-01-04王思元王仁才石浩王芳芳韩宁

湖南农业大学学报（自然科学版） 2020年6期

王思元，王仁才，石浩，王芳芳，韩宁

镉胁迫下猕猴桃对镉的吸收及转运

王思元，王仁才*，石浩，王芳芳，韩宁

(湖南农业大学园艺学院，湖南长沙 410128)

在对湖南省猕猴桃成年果园8个猕猴桃品种(金魁、金艳、翠玉、东红、红阳、丰悦、魁蜜、米良一号)镉含量调查分析的基础上，选取镉富集能力有差异的米良一号与金艳猕猴桃进行镉胁迫(5、10、15、20 mg/kg)下对镉的吸收、转运的差异研究。结果表明：成年果园8个猕猴桃品种在土壤中度镉污染(0.9 mg/kg)时，果实镉含量均未超过国家标准值(0.05 mg/kg)；猕猴桃果实成熟期镉含量最高；镉胁迫下，米良一号和金艳镉含量随镉处理浓度增大而上升，且在镉浓度较低情况下富集能力较强；根的镉分配系数最大(＞0.90)，果实的最小，说明猕猴桃主要由根部吸收累积镉；米良一号整株吸收和积累镉量显著高于金艳，但金艳对镉的转移能力强于米良一号，金艳果实镉含量高于米良一号。

猕猴桃；镉胁迫；镉吸收；品种

镉对作物并非仅有抑制作用，若土壤镉浓度较低，植物体内的镉含量较少，则镉对植物生长有促进作用，即“低促高抑”[1]。植物吸收镉超过本身生理代谢承受值，将影响其正常生理活动，植株生长受抑制，即出现毒害症状[2]，表现为减缓地下部生长，减小总根长度，导致根部变色、坏死，细胞分泌物异常等[3]；也会使植株地上部矮小，新生茎减少，生长速度降低，顶芽、花芽分化减少或推迟[4]；株高净生长量、整株生物量明显下降[5-6]，降低结实率和果实品质，导致减产[7-8]；镉对果树的生长和果实品质均有影响[9]。若植株对镉不耐受，其受毒害表现愈明显，如地上部萎缩，叶片黄化，产量显著降低，甚至导致植株死亡。

湖南省为猕猴桃原产地，土壤与气候条件适合猕猴桃的栽植[10-12]，是优质猕猴桃主要产区[13]。笔者于2017年至2019年，在对湖南省猕猴桃成年果园的8个品种果实的镉富集情况进行调查分析的基础上，选取2个镉富集能力有明显差异的猕猴桃品种进行盆栽镉梯度胁迫试验，分析猕猴桃对镉的吸收和转运特点，以期为低镉猕猴桃品种的筛选培育及猕猴桃果品安全生产提供依据。

1　材料与方法

1.1　材料

湖南省郴州市北湖区、桂阳县猕猴桃成年果园美味猕猴桃金魁和米良一号，中华猕猴桃金艳、翠玉、东红、红阳、丰悦、魁蜜，共8个品种。

1.2　方法

1.2.1猕猴桃成年果园的调查与取样

对猕猴桃果园土壤和植株取样，测定镉含量。果园土壤采用“S”形取样。在各品种种植区分别取10处30 cm深土壤100 g混合成1个样品。采集各品种猕猴桃根、当年生枝、新枝基部上第一片成熟叶、果实，各5次重复。共采集8个品种猕猴桃土壤、根、茎、叶、果实40组样品。

1.2.2盆栽试验设计

选取米良一号和金艳猕猴桃3年生各30株树苗为盆栽材料，进行镉胁迫处理。在盆栽土壤中分别添加镉质量浓度为5、10、15、20 mg/kg，以不添加镉为对照。单株区组，5次重复。为使盆栽容器中施镉量恒定，先注入CdCl2·2.5H2O和适量自来水，至土壤全部浸润，搅拌使土壤中的镉尽量均匀分布。

分别于蕾期(4月)、果实成熟期(8月)和落叶期(12月)取盆栽试验土壤(表深30 cm处)及猕猴桃植株的根、茎、叶、果实样品，烘干，过筛，均送广电计量检测(湖南)有限公司测定镉含量。

1.3　数据处理

依据GB 15618—2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》[14]，当土壤pH值小于7.5时，果园土壤镉含量应小于0.3 mg/kg。依据GB 2762—2012《食品中污染物的限量》[15]，果实中的镉含量应小于0.05 mg/kg。

依据文献[6-8]，计算镉富集系数、镉转移系数、镉分配系数。

试验数据均采用SPSS 20进行统计分析。

2　结果与分析

2.1　成年果园不同猕猴桃品种镉富集的差异

成年果园8个猕猴桃品种的镉含量差异较大(表1)。土壤镉污染均低于0.9 mg/kg(国家标准中度污染)，猕猴桃果实镉含量均未超过国家规定标准值(0.05 mg/kg)，果实品质安全。品种间果实的镉含量无差异。在土壤污染等级为警戒值时(国家标准0.3 mg/kg)，金艳猕猴桃根部镉含量较高，且金艳果实镉含量最高，为0.009 mg/kg。米良一号猕猴桃在近中度污染的土壤中，根部镉含量最低，果实镉含量也最低，仅为0.005 mg/kg。

表1　不同品种猕猴桃的镉含量

同列数据后不同字母表示品种间差异显著(0.05)。

2.2　镉胁迫下米良一号和金艳猕猴桃镉含量的差异

由表2可知，猕猴桃在不同镉浓度处理下，根部的镉含量最高，果实的最低。猕猴桃在各生育期中，各器官镉含量无显著差异，仅于果实成熟期米良一号根部在高浓度镉(20 mg/kg)处理下，镉含量明显高于金艳。蕾期米良一号和金艳的根、茎、叶镉含量与土壤镉质量浓度呈正相关。蕾期和果实成熟期猕猴桃的根、叶、果实的镉含量与土壤镉质量浓度呈正相关；果实成熟期猕猴桃茎部的镉含量与落叶期米良一号根、茎和金艳根、茎、叶镉含量随着土壤镉质量浓度提升而升高，到土壤镉15 mg/kg时达到最大，随后有所下降。金艳猕猴桃果实的镉含量高于米良一号。在5 mg/kg镉处理下，均未超过国家标准(GB 2762—2017)规定限量值(0.05 mg/kg)[14]。当土壤镉质量浓度达15 mg/kg时，米良一号和金艳猕猴桃的果实镉含量均超标；当土壤镉质量浓度达到20 mg/kg时，米良一号的果实镉含量为金艳的1.67倍。

表2　镉胁迫下米良一号和金艳猕猴桃镉含量

表2(续)

同一生育期、同一品种同列数据后不同字母表示品种间差异显著(0.05)。

2.3　镉胁迫下米良一号和金艳猕猴桃镉富集系数的差异

米良一号和金艳对镉的富集系数有显著差异(表3)。米良一号根、茎的镉富集系数较金艳的高；叶和果实仅在低镉处理水平下米良一号的镉富集系数较高。

表3　镉胁迫下米良一号和金艳猕猴桃的镉富集系数

同一生育期、同一品种同列数据后不同字母表示处理间差异显著(0.05)。

蕾期猕猴桃在施镉量大于5 mg/kg时，其镉富集系数与施镉量呈负相关。果实成熟期米良一号镉富集系数变化与蕾期一致，金艳则无明显规律。落叶期猕猴桃在施镉量低于10 mg/kg时，镉富集系数基本与施镉量呈正相关，而当施镉量大于10 mg/kg时，镉富集系数则与施镉量呈负相关。

从表3中还可看出，不同生育期猕猴桃各器官对镉富集能力存在差异。成熟期，猕猴桃根、茎、叶镉富集系数较蕾期有所上升，而落叶期根部镉富集系数低于果实成熟期与蕾期。蕾期的米良一号、果实成熟期与落叶期的金艳在低镉处理(5 mg/kg)下，根的镉富集系数大于1，说明猕猴桃根系对镉的富集能力大于地上部。

2.4　镉胁迫下米良一号和金艳猕猴桃各器官的镉分配系数的差异

表4结果表明，在各生育期中，不同镉胁迫处理下，猕猴桃根部的镉分配系数均最高，果实的最低，根中镉分配系数大于90%，说明猕猴桃植株吸收的镉主要分配至根部，分配至果实中的最少(少于0.01)。落叶期猕猴桃根部镉分配系数较果实成熟期的低，表明随镉处理浓度提升，为缓解根部镉浓度过高造成的毒害，各器官的镉分配系数得到调节。米良一号根部镉分配系数高于金艳的，而在茎、叶和果实中镉分配比例绝大部分低于金艳，即在同一镉处理浓度下，金艳果中分配的镉较米良一号高。

表4　米良一号和金艳猕猴桃的镉分配系数

2.5　镉胁迫下米良一号和金艳猕猴桃各器官镉转移系数的差异

猕猴桃在不同镉浓度处理下，果实镉转移系数最低。米良一号各器官(除蕾期茎外)在各生育期的转移系数均在5 mg/kg时达到峰值，之后随镉处理浓度的上升而降低。两品种的茎镉转移系数在蕾期存在显著差异，米良一号的茎镉转移系数基本高于金艳。从蕾期到果实成熟期，茎镉转移系数基本呈上升趋势，而叶片镉转移系数有所下降，说明果实成熟期镉向叶片转移的速率较蕾期低。果实中镉转移系数与镉浓度有显著相关性，米良一号果实的镉浓度与土壤镉浓度呈正相关。由表5还可以看出，落叶期猕猴桃叶镉转移系数基本高于其他2个时期，说明落叶期镉从根部向叶转移速度较蕾期及果实成熟期更快。

表5　镉胁迫下米良一号和金艳猕猴桃的镉转移系数

同一生育期、同一品种同列数据后不同字母表示处理间差异显著(0.05)。

3　讨论

猕猴桃根的镉含量、镉积累量最高，果实的最低；猕猴桃吸收积累镉主要在根部。在蕾期与果实成熟期，米良一号及金艳镉含量与施镉量呈正相关，米良一号从土壤中吸收的总镉量高于金艳。

在果实成熟期，猕猴桃根部仍未减少对镉的吸收；米良一号茎的镉含量低于蕾期，表明通过根部吸收的镉，绝大部分被保留并储存，茎部镉则转移至叶和果实中；金艳转移镉的能力比米良一号强，其茎、叶和果实镉分配系数高于米良一号。米良一号在镉胁迫下，其果实镉含量较金艳果实镉含量低，且在施镉量低于10 mg/kg土壤中果实镉含量均未超标。结合前人研究，分析土壤中镉含量对果实的影响，得出猕猴桃在低镉土壤种植时，果实吸收积累镉较少，果实镉含量均未超出国家食品安全标准[16-18]，可初步认定米良一号猕猴桃在低镉污染土壤中可栽植且不影响果实安全。

在3个取样时期，米良一号和金艳根的镉含量、镉积累量最高，叶的最低，说明根部对镉具有较大的吸收、累积能力，这与张连忠等[19]报道的苹果各器官中Cd累积量的结论一致。在蕾期与果实成熟期，米良一号和金艳含镉量(除茎外)随处理浓度增大显著上升。果实成熟期米良一号根和金艳的根、茎、叶镉含量高于蕾期，说明猕猴桃在果实成熟期时，根部仍未减少对镉的吸收。

猕猴桃各器官中果实的镉含量最低，这与禾本类植物水稻[20]不同。国外研究发现，除浓度因素外，同为浆果类植物的葡萄根部镉含量还与树龄相关[21]，这可作为后续试验的研究方向。米良一号果实成熟期茎的镉含量低于蕾期，表明根部吸收的镉绝大部分被保留下来，茎部镉则转移至叶和果实中。在低镉处理下，果实未超过食品污染限量值。这与王娟等[22]对存在中度及以上土壤污染桂北罗汉果主产区测试分析结果相似，生长的罗汉果果实中Cd含量远低于绿色食品限量值。李富荣等[23]调查结果显示，茄果类蔬菜中镉超标率低于其对应的土壤样品超标率。

米良一号和金艳根系的镉富集系数最高，果实的最低，可见猕猴桃吸收积累镉主要为植株的地下部分，果实生长时间短，离污染土壤远，吸收富集镉的量少。米良一号的镉富集系数远高于金艳的，说明米良一号从土壤中吸收的镉总量高于金艳。金艳的茎、叶部和果实的镉分配系数高于米良一号的，而与米良一号相比更多的储存于根部。

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Study on the absorption and metabolism of cadmium in kiwifruit under cadmium stress

WANG Siyuan, WANG Rencai*, SHI Hao, WANG Fangfang, HAN Ning

(College of Horticulture, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China)

Based on the investigation and analysis of the cadmium content in 8 kiwifruit varieties(Jinkui, Jinyan, Cuiyu, Donghong, Hongyang, Fengyue, Kuimi, Miliang No. 1) in partial adult kiwifruit orchards in Hunan Province, Miliang No.1 and Jinyan Kiwifruit with different cadmium enrichment capacity were selected to study the difference in cadmium absorption and transportation under cadmium stress(5, 10, 15, 20 mg/kg). The results showed that the cadmium content of the eight kiwifruit varieties in the adult orchard did not exceed the national standard value(0.05 mg/kg) when the soil was polluted by moderate cadmium(0.9 mg/kg). The cadmium content of kiwi fruit is the highest in ripening period. Under cadmium stress, the cadmium content in the organs of Miliang No. 1 and Jinyan increased with the increase of cadmium treatment concentration, and the enrichment ability was stronger when the cadmium concentration was lower. The cadmium distribution coefficient in the root is the largest(＞0.90) and the fruit is the smallest. indicating kiwifruit mainly absorbs and accumulates cadmium from the root. The absorption and accumulation of cadmium in the whole plant of Miliang No. 1 were significantly higher than that in the whole plant of Jinyan, but the transfer ability of cadmium of Jinyan is stronger than that of Miliang No. 1 and the cadmium content of Jinyan fruit is significantly higher than that of Miliang No. 1.

kiwifruit; cadmium stress; cadmium uptake; variety

Q945.78

1007-1032(2020)06-0698-08

王思元，王仁才，石浩，王芳芳，韩宁．镉胁迫下猕猴桃对镉的吸收及转运[J]．湖南农业大学学报(自然科学版)，2020，46(6)：698-705．

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http://xb.hunau.edu.cn