镉在厚皮甜瓜植株中的分布及低积累品种筛选

王志伟 楚箫 梁少华 戴思慧 李涵 孙小武

摘    要：为了研究镉在厚皮甜瓜植株体内的分布规律，筛选适合中度以下重金属污染区种植的甜瓜品种，通过大田镉污染土壤栽培，对厚皮甜瓜不同部位的镉含量和果实品质进行分析。结果表明，参试的10个不同类型的厚皮甜瓜果实镉质量分数均低于GB 2762—2017（食品安全国家标准食品）中污染物限量规定的镉质量分数0.05 mg·kg-1，其中‘IVF-117果实镉质量分数最低，仅为0.003 mg·kg-1。镉在厚皮甜瓜植株体内分布的规律为基部茎叶>根>上部茎叶>果实，综合果实镉含量和品质性状，筛选出‘IVF-117等适于重金属污染区种植的厚皮甜瓜品种。

关键词：厚皮甜瓜;镉;分布;积累

中图分类号：S652.4 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）01-015-04

Cadmium distribution and screening of low cadmium accumulation thick-skinned melon cultivars

WANG Zhiwei1，2， CHU Xiao1， LIANG Shaohua1， DAI Sihui1， LI Han3， SUN Xiaowu1

（1. College of Horticulture， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， Hunan， China; 2. Hunan Agricultural Equipment Research Institute， Changsha 410125， Hunan， China; 3. Hunan Crop Research Institute， Changsha 410125， Hunan， China）

Abstract：This paper analyzed the distribution of cadmium in thick-skinned melon plants， screened the thick-skinned melon varieties suitable for Cd pollution soil. The contents of cadmium and fruit quality in different parts of thick-skinned melon were analyzed through field cultivation of cadmium-contaminated soil. The results showed that the cadmium contents of the 10 different types of thick-skinned melon fruits tested were lower than the cadmium content of 0.05 mg·kg-1 specified in the limit of pollutants GB in 2762—2017 （the limited value of national food hygiene standard of China）， of which ‘IVF-117 showed the lowest content of cadmium in fruit at 0.003 mg·kg-1. The distribution of cadmium in the thick-skinned melon plants was in order ： leaf and stem at the base > root > upper leaf and stem > fruit. Based on the fruit cadmium content and quality characteristics， ‘IVF-117 and other thick-skinned melon varieties suitable for planting in heavy metal polluted areas.

Key words： Thick-skinned melon; Cadmium; Distribution; Accumulated

随着我国经济建设的快速发展、矿产资源大量开发、矿物肥料普遍使用，镉（Cd）已经成为环境污染物中的主要来源之一[1]。根据农业农村部相关调查数据显示，中国有140万hm2左右的污灌区，其中67%是遭受重金属污染的，这其中属于重金属轻度污染的约占50%，中度污染和重度污染各占10%左右，以Hg和Cd污染为主[2]。据报道，目前中国污灌区中有11处生产的大米镉含量超标，中国每年被重金属污染的粮食多达1 200万t，经济损失在200亿元以上[3]。镉属于植物生长发育的非必需元素，很容易从土壤中被植物根系吸收转运到地上部[4]。2019年FAO（2020年8月更新数据）统计数据显示，中国的甜瓜生产面积和产量均居世界第一[5]。厚皮甜瓜的生育期80～90 d，具有耐贮运、产值高等优势，可以有效增加農民收入，同时可以填补夏初水果淡季市场供应的空白。湖南省厚皮甜瓜生产起步较晚，主要集中在常德、邵阳、岳阳、长沙、衡阳、郴州等地区[6]。不同基因型的植物对镉吸收积累的敏感程度存在显著差异，与遗传因素密切相关[7-8]。目前已在水稻[9]、烟草[10]、西瓜[11]、油菜[12]、薄皮甜瓜[1]等作物上得到证实。筛选适于重金属污染地区种植的作物品种，是目前重金属污染地区种植结构调整的重要方向。Wang等[13]和Chen等[14]研究认为，筛选低积累品种时应同时满足镉耐性较好和可食部分镉含量低这两个标准。2014年，湖南省组织农业科研院校在长株潭地区率先开展重金属超标区种植结构调整，在长株潭部分轻度和中度镉超标地区进行低积累农作物品种的筛选。笔者以湖南省主栽和引进的10个厚皮甜瓜品种（组合）为材料，通过在中度镉污染（0.6～0.9 mg·kg-1）土地上种植，测定植株和果实中镉含量，明确了镉在不同类型厚皮甜瓜品种间积累的差异性，初步筛选了适于长株潭重金属污染区种植的镉低积累厚皮甜瓜品种，为重金属污染区作物种植结构的调整提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年4-7月在湘潭市雨湖区响水乡湖南农业大学园艺学院蔬菜瓜类研究所试验基地进行，基地土壤镉含量和理化性质见表1。

1.2 供试甜瓜品种

以湖南省厚皮甜瓜主栽的5个品种和源自中国农业科学院蔬菜花卉研究所甜瓜课题组的5个新组合为材料，品种来源与特性详见表2。

1.3 方法

甜瓜于3月15日采用基质穴盘育苗。4月10日，甜瓜幼苗2叶1心时定植于30 m×6 m钢架塑料大棚，株距0.6 m，行距2 m，采用随机区组排列，每小区15株，3次重复。采用立架栽培，单蔓整枝，甜瓜植株长到12叶时留3～4侧蔓结果，每株人工授粉，选留2～3果。于甜瓜果实成熟期，每小区随机选择5株，分别测定果实鲜质量、果实纵横径、果肉厚度、果肉可溶性固形物含量，计算果形指数（果形指数=纵径/横径）。分别检测甜瓜的根、基部茎叶（坐果节位到根部）、上部茎叶（坐果节位到茎尖）和果实的镉含量。

1.4 Cd含量的测定

委托湖南省农业科学院农化检测中心，参照 GB/T 5009.15—2014石墨炉原子吸收光谱法测定Cd含量。

1.5 数据处理

采用DPS 7.5数据处理软件对试验结果进行统计分析，Microsoft Excel 2013作图。

2 结果与分析

2.1 镉在不同类型厚皮甜瓜植株体内分布的差异

从图1的结果可以看出，不同类型厚皮甜瓜根系的镉质量分数为0.422～1.08 mg·kg-1，根系中镉质量分数最高的是‘IVF-117，达到了1.08 mg·kg-1，与其他厚皮甜瓜品种根系的差异达到显著水平，‘IVF-198根系的镉质量分数最低，仅为0.422 mg·kg-1。

土壤中的镉离子被甜瓜根系吸收后首先转运到基部茎叶中，从图1可以看出，10个厚皮甜瓜材料基部茎叶的镉质量分数为0.756～1.953 mg·kg-1，基部茎叶最高的是‘翠蜜5号，为1.953 mg·kg-1，‘洛克星次之，为1.72 mg·kg-1，‘IVF-198基部茎叶最低，仅为0.756 mg·kg-1。

上部茎叶属于甜瓜植株新生组织，根系吸收的矿质元素从下而上运输，从图1可以看出，不同品种之间上部茎叶镉质量分数也存在显著差异，其中‘翠蜜4号最高，为1.329 mg·kg-1，‘IVF-198最低，仅为0.55 mg·kg-1 。

2.2 镉在不同类型厚皮甜瓜果实中分布的差异性

GB 2762—2017（食品安全国家标准食品中污染物限量）规定的甜瓜果实中镉限量为0.05 mg·kg-1，甜瓜果实镉质量分数的高低与其安全性密切相关。从图2中可以看出，所有厚皮甜瓜品种果实的镉质量分数均低于0.05 mg·kg-1，但是不同类型厚皮甜瓜品种之间果实镉含量也存在差异，‘翠蜜4号和‘翠蜜5号果实镉质量分数均为0.011 mg·kg-1，‘IVF-117的果实镉质量分数为0.003 mg·kg-1，两者相差0.008 mg·kg-1，这就说明品种之间差异较大。重金属污染区种植厚皮甜瓜时尽量选择果实镉含量低的品种。

2.3 不同类型厚皮甜瓜果实性状的差异

果形指数是厚皮甜瓜外观品质，单瓜质量与产量密切相关，厚皮甜瓜的果肉厚度与可溶性固形物含量是衡量甜瓜果实感官品质的重要指标。由表3可知，‘翠蜜4号的单瓜质量最大，达到了3.26 kg，与其他品种的单瓜质量差异显著，‘雪峰蜜2号的单瓜质量最小，仅为1.21 kg。‘翠蜜4号‘翠蜜5号和‘IVF-303为长椭圆形外，其他品种均为高圆球形。甜瓜果实果肉厚度决定产量高低和品质优劣，从表2可以看出，10个材料的果肉厚度存在显著差异，其中‘洛克星的果肉最厚，为4.17 cm，‘翠蜜4号‘翠蜜6号‘IVF-303和‘IVF-117与‘洛克星差異不显著，‘雪峰蜜2号的果肉最薄，为3.07 cm，其他品种居中。果肉的可溶性固形物含量是厚皮甜瓜品质的重要评价指标之一，从表3可以看出，不同类型厚皮甜瓜品种之间可溶性固形物质量分数的差异较大，其中‘IVF-117的可溶性固形物质量分数最高，为18.4%，‘IVF-777的可溶性固形物质量分数最低，仅为11.67%。

3 讨论与结论

土壤中镉含量、有效性[15]、土壤pH[16]、施肥[17-18]和离子拮抗作用[19]等环境因素都与植物对镉的吸收、转运和积累密切相关。植物不同基因型和品种之间对镉的吸收和积累能力也存在明显差异[7-8]，目前已在水稻、烟草、西瓜、油菜等[9-12]作物上得到证实。中国为甜瓜的次生起源中心之一[20]，湖南的汉代马王堆墓中就发现了甜瓜种子，足见甜瓜在湖南地区栽培历史的悠久。

筛选和培育适于镉污染土壤种植的低镉积累作物是一条经济、有效地利用镉污染土壤的途径[21]。评价时期和评价指标的选择对镉低积累作物筛选的合理评价至关重要。有学者研究认为，为了准确反映品种或基因型间的差异，应选择作物吸收镉的关键时期或吸收速率较大的时期进行评价[10]。Wang等[13]和Chen等[14]研究认为，筛选低积累品种时应同时满足镉耐性较好和可食部分镉含量低两个标准。参照前人的研究成果，笔者在筛选镉低积累厚皮甜瓜品种资源时除了考虑甜瓜植株对镉的耐性，厚皮甜瓜果实镉含量的高低也需要重点考量。土壤中的重金属被植物根部吸收后，首先在根部积累，然后运输到茎、叶、果实等地上部分组织和器官。因此，重金属在植物体的不同组织和器官的单位含量也存在差异，通常是地下部分高于地上部分，这在杨桃、黄皮、龙眼、葡萄和草莓等[22-23]植物上得到了证实，西瓜植株体内单位镉含量为叶>茎>根>果实[24]。本试验结果表明，镉在厚皮甜瓜植株体内的单位含量为：基部茎叶>根>上部茎叶>果实，可能与甜瓜的子蔓或孙蔓坐果习性有关。综合考量果实单位镉含量和果实品质，重金属污染区适合种植‘IVF-117。

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