耐镉中国南瓜砧木资源和杂种F1镉积累特性

孟凡茹　陈碧华　郭卫丽　袁敬平　李庆飞　王庆安

摘    要：為了选育耐镉中国南瓜砧木种质资源，以3个耐镉南瓜砧木自交系、自交系两两杂交种F1为试验材料，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）在16 mg·L-1Cd2+处理下对6个杂种F1及其亲本幼苗的生长发育及其不同器官中Cd2+积累特性进行分析。结果表明，360-3×041-1的幼苗株高、干质量及根系活力均高于双亲，112-2×360-3、360-3×112-2、041-1×112-2、112-2×041-1、041-1×360-3的幼苗根系活力低于双亲或单亲;360-3×041-1叶绿素相对含量显著高于双亲，丙二醛含量显著低于双亲，其他杂种F1膜脂过氧化均受到不同程度的伤害;镉胁迫下，不同器官对Cd2+的吸收能力表现为根>茎>叶，041-1×112-2、360-3×041-1幼苗的转移系数都在0.10以下，其中360-3×041-1的转移系数比父本显著降低77.78%。综上所述，360-3×041-1在幼苗生长及镉耐受性方面表现出超亲优势，可以作为耐镉砧木种质资源进一步研究。

关键词：中国南瓜;砧木;杂种F1;镉胁迫;镉吸收;转移系数

中图分类号：S642.1 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）10-044-07

Cadmium absorption and accumulation characteristics of pumpkin Cd tolerant rootstock resources hybrid F1

MENG Fanru1， CHEN Bihua1， GUO Weili1， YUAN Jingping1， LI Qingfei1，， WANG Qing'an2

（1. School of Horticulture and Landscape Architecture， Henan Institute of Science and Technology， Xinxiang 453003， Henan， China;2. Agricultural Technology Extension Center of Huojia County ， Henan Province Xinxiang 453003， Henan， China）

Abstract： In order to breed pumpkin（Cucurbita moschata） germplasm resources with tolerance to cadmium， we determined cadmium-tolerance of the three  pumpkin rootstock inbred lines and the inbred line two-in-one hybrid F1. The growth and development of 6 F1 hybrid and its parent seedlings and Cd2+ accumulation characteristics in different organs were analyzed by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry （ICP -AES）， under 16 mg·L-1 Cd2+ treatment.The results showed that the seedlings of 360-3×041-1 were higher plant height， dry weight and root activity than those of the parents， The seedling root activity of 112-2×360-3， 360-3×112-2 041-1×112-2， 112-2×041-1， 041-1×360-3 as lower than that of the parents or single parents;  The relative content of chlorophyll in 360-3×041-1 was significantly higher than that of parents， and the content of malondialdehyde was significantly lower than that of parents. Other hybrid F1 membrane lipid peroxidation was injured to varying degrees; under cadmium stress， the absorption capacity of Cd2+ in different organs was shown as root>stem>leaves， 041 -1×112-2 and 360-3×041-1 seedling transfer coefficient are below 0.10， of which 360-3×041-1 transfer coefficient is higher than that of the father This was significantly reduced by 77.78%. In summary， 360-3×041-1 shows super-parent advantages in seedling growth and cadmium tolerance， and can be used as a cadmium-tolerant rootstock germplasm resource for further research.

Key words： Cucurbita moschata; Rootstock; Hybrid F1; Cadmium stress; Cadmium uptake; Transfer factor

随着我国人民生活水平的不断提高，人们对蔬菜种类、营养品质及安全无公害的需求日益增强。为了提高和改善土壤生产力，农药化肥的使用及工业化程度加剧，土壤镉污染引起的蔬菜安全问题亟待解决[1]。部分区域设施土壤镉含量超标且污染逐年加重，蔬菜安全问题已引起人们极大关注[2-5]。有研究表明，天津市郊区171个蔬菜样品中重金属评价结果显示Cd污染程度最高，且高于国家食品卫生标准的限制含量，总超标准为30.41%[6]。李培等[7]对根茎类、瓜果类和叶菜类三大类蔬菜中的镉污染研究表明，蔬菜体内镉污染状况较轻，但仍存在超标现象，其中根部是吸收富集Cd的主要器官。

嫁接可以提高植物对逆境胁迫的抗性，减少重金属在植物体内的积累[8-9]，其中砧木的筛选至关重要。南瓜作为瓜类蔬菜常用的嫁接砧木，具有防止土传病害[10-12]、增强抗性[13-14]、提高产量[15]以及抗非生物胁迫能力[13，16]等优良特点。但有关镉耐性强的南瓜资源研究报道很少，因此，笔者以前期筛选的耐镉中国南瓜资源自交系及其杂交F1为试验材料，研究镉胁迫下6个杂种F1及其亲本幼苗的生长发育及其不同器官中Cd2+积累特性，以期筛选出镉耐性超亲的南瓜杂种F1材料，为瓜类蔬菜耐镉砧木资源的选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为前期选育的镉耐性强的自交系112-2、360-3、041-1及其6个杂种F1（112-2×041-1、112-2×360-3、041-1×112-2、041-1×360-3、360-3×112-2、360-3×041-1），由河南科技学院园艺园林学院提供。

1.2 试验设计

试验于2019年9月在河南科技学院园艺植物栽培实验室内进行。采用基质栽培，盆底直径8.5 cm，上口直径12 cm，深10.8 cm，基质按草炭、蛭石、珍珠岩体积比3∶1∶1配置，加三元复合肥1 kg·m-3，加多菌灵0.2 kg·m-3，对基质进行消毒，使基质含水量达到70%。

选取粒大饱满、大小均匀的南瓜种子，55～60 ℃温汤浸种7 min，水温降至室温后，蒸馏水浸泡6 h，培养箱25～28 ℃催芽，露白后播种。

待幼苗2片子叶展平，用硫酸镉配制Cd2+质量浓度为16 mg·L-1的溶液进行处理，每株剂量10 mL，用移液枪浇到植株根系附近，每隔7 d处理1次，共处理5次，45 d后测定各项指标。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 幼苗生长指标的测定 每个处理设置3个重复，每个重复3株幼苗。用卷尺测量其地面高度，用游标卡尺测量其茎粗（茎基部至2片子叶1/2处）;将幼苗先用自来水冲洗干净，再用蒸馏水冲洗3次，用吸水纸吸干水分后称量鲜质量，然后放至烘箱105 ℃下杀青30 min，70 ℃烘干至恒质量，测其干质量;采用TTC法测定根系活力。

1.3.2 幼苗叶绿素相对含量及膜脂过氧化相关指标的测定 采用便携式叶绿素仪SPAD-502测定叶绿素相对含量，每种材料选取3株，在每株幼苗上分别选取自下而上第2片真叶、第4片真叶、第6片真叶3片叶子进行测定，取其均值;参照Dresler等[17]方法测定相对电导率;采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛含量。

1.3.3 重金属镉含量的测定及转移系数 称取烘干样品（茎、叶和根系）0.2 g放于研钵中研磨，在消解罐中加浓硝酸7 mL和双氧水2 mL，置于消解仪中（165 ℃/5 W），经过30～60 min，消解至澄清、无杂质后，将消解完成的溶液转移至50 mL的聚四氟乙烯烧杯中，在电热板上（170 ℃）赶酸，除去氯气，赶酸至近干，然后用0.5%硝酸定容至10 mL离心管中，用Optima 2100 DV电感耦合等离子体发射光谱仪测定样品中的镉质量浓度。

转移系数/%=不同部位的重金属含量/根系中重金属含量×100。

1.4 数据统计和分析

试验结果采用DPS 7.55和Excel 2007进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 镉胁迫对耐镉南瓜砧木资源及杂种F1幼苗生长的影响

由表1可知，镉胁迫下，112-2×360-3的株高、单株干鲜质量均显著低于双亲，茎粗低于双亲，无超亲优势;360-3×112-2的株高低于双亲，茎粗介于双亲之间与父本接近，单株鲜质量和干质量均高于双亲，鲜质量比父、母本分别提高2.83%和11.31%，单株干质量比父、母本分别提高7.58%和3.47%。

041-1×112-2和112-2×041-1的株高均高于双亲，茎粗介于双亲之间，单株鲜质量和干质量均低于双亲。其中，041-1×112-2的株高比父、母本分别提高2.85%和4.68%;112-2×041-1的株高比父、母本分别提高12.90%和10.94%。

360-3×041-1的株高和干质量均高于双亲，茎粗低于母本，单株鲜质量介于双亲之间，其中株高比父、母本分别提高11.53%和11.80%，单株干质量比父、母本分别提高2.03%和4.86%;041-1×360-3的株高高于亲本，其他生长指标均低于双亲，株高比父、母本分别提高1.70%和1.45%。

2.2 镉胁迫对耐镉南瓜砧木资源和杂种F1幼苗生理的影响

2.2.1 镉胁迫对耐镉南瓜砧木资源及雜种F1幼苗根系活力的影响 从图1可以看出，112-2×360-3的根系活力介于双亲之间且显著低于母本，比父本提高38.24%;360-3×112-2的根系活力比母本提高27.45%，比父本降低49.42%，且二者差异显著。041-1×112-2和112-2×041-1的根系活力均显著低于双亲。360-3×041-1的根系活力显著高于母本，高于父本，但与父本之间无显著差异，分别比父、母本提高3.67%、67.65%;041-1×360-3的根系活力介于双亲之间且与双亲之间差异显著。

2.2.2 镉胁迫对耐镉南瓜砧木资源和杂种F1幼苗叶绿素相对含量和膜脂过氧化的影响 由表2可以看出，112-2×360-3的叶绿素相对含量介于双亲之间且显著高于母本，相对电导率介于双亲之间且差异不显著，丙二醛含量均低于双亲;360-3×112-2的叶绿素相对含量介于双亲之间，与父母本差异显著，相对电导率低于双亲且显著低于父本，丙二醛含量介于双亲之间，与父母本均达显著差异。

041-1×112-2的叶绿素相对含量高于亲本，比父母本分别提高11.35%和1.57%，相对电导率低于双亲，丙二醛含量介于双亲之间但低于母本;112-2×041-1的葉绿素相对含量显著高于亲本，比父、母本分别提高5.87%和16.06%，相对电导率高于亲本，丙二醛含量介于双亲之间但低于父本。

360-3×041-1的叶绿素相对含量显著高于双亲，比父、母本分别提高68.01%和44.67%，相对电导率高于双亲但差异不显著，丙二醛含量显著低于双亲;041-1×360-3的叶绿素含量低于双亲，相对电导率高于双亲，丙二醛含量低于双亲。

2.3 镉胁迫对耐镉南瓜砧木资源及杂种F1幼苗根中镉含量的影响

从图2可以看出，镉胁迫下，112-2、360-3南瓜砧木及其F1幼苗根中镉含量表现为360-3>112-2×360-3>112-2>360-3×112-2。其中，112-2×360-3根中镉含量与双亲之间差异均不显著，比母本提高6.05%，比父本降低17.83%;360-3×112-2根中镉含量比父、母本分别降低23.31%、40.58%，且与母本差异达到显著水平。

镉胁迫下，041-1、112-2南瓜砧木及其F1幼苗根中镉含量表现为112-2×041-1>041-1×112-2>112-2>041-1。其中，041-1×112-2和112-2×041-1根中镉含量均比双亲高，041-1×112-2比父、母本分别提高0.09%和80.04%，且与母本之间差异达到显著水平;112-2×041-1比父、母本分别提高116.17%和20.18%，且与父本差异达到显著水平。

镉胁迫下，041-1、360-3南瓜砧木及其F1幼苗根中镉含量表现为360-3>360-3×041-1>041-1×360-3>041-1。其中，360-3×041-1根中镉含量比母本降低8.44%，比父本提高112.6%，且差异显著;041-1×360-3根中镉含量与双亲存在显著差异，比父本降低33.54%，比母本提高54.29%。

2.4 镉胁迫对耐镉南瓜砧木资源及杂种F1幼苗茎叶中镉含量的影响

从图3可以看出，镉胁迫下，112-2、360-3南瓜砧木及其F1幼苗茎叶中镉含量表现为112-2×360-3>360-3×112-2>112-2>360-3。其中，112-2×360-3茎叶镉含量显著高于亲本，比父、母本分别提高58.50%、31.87%;360-3×112-2茎叶中镉含量与亲本差异不显著，分别比父、母本提高3.14%、23.96%。

镉胁迫下，041-1、112-2南瓜砧木及其F1幼苗茎叶中镉含量表现为041-1>112-2×041-1>112-2>041-1×112-2。其中，041-1×112-2茎叶中的镉含量比母本降低35.86%，且差异显著，比父本降低0.63%;112-2×041-1茎叶中的镉含量与双亲差异显著，比母本提高32.97%，比父本降低14.18%。

镉胁迫下，360-3、041-1南瓜砧木及其F1幼苗茎叶中镉含量表现为041-1>041-1×360-3>360-3>360-3×041-1。其中，360-3×041-1茎叶中的镉含量分别比父、母本降低51.37%、9.43%，与父本差异显著;041-1×360-3茎叶中的镉含量与双亲差异显著，比母本降低28.88%，比父本提高32.45%。

2.5 镉胁迫对耐镉南瓜砧木资源及杂种F1幼苗镉转移系数的影响

由图4可以看出，南瓜砧木及其F1幼苗镉转移系数为0.06～0.27，幼苗镉转移系数表现为041-1×112-2、360-3×041-1的转移系数都在0.10以下，其他材料的转移系数为0.11～0.27。

镉胁迫下，112-2、360-3南瓜砧木及其F1幼苗镉转移系数表现为360-3×112-2>112-2×360-3>112-2>360-3。112-2×360-3和360-3×112-2的转移系数均高于双亲，分别为0.12、0.13。

镉胁迫下，041-1、112-2南瓜砧木及其F1幼苗镉转移系数表现为041-1>112-2×041-1>041-1×112-2>112-2。041-1×112-2的转移系数比母本显著降低62.96%，与父本无显著差异;112-2×041-1的转移系数比父本显著降低59.26%，与母本无显著差异。

镉胁迫下，360-3、041-1南瓜砧木及其F1幼苗镉转移系数表现为041-1>041-1×360-3>360-3>360-3×041-1。360-3×041-1的转移系数比父本显著降低77.78%，与母本无显著差异;041-1×360-3的转移系数显著低于母本，与父本无显著差异。

3 讨论与结论

植物在重金属胁迫下，根系是最敏感的部位，其生长好坏与地上部植株的生长状况密切相关。重金属超过一定剂量根系和地上部生长发育会受到不同程度的抑制，导致植株矮小、生长缓慢、生物量下降等[18]，保持较高的根系活力是植物作出适应性反应和耐重金属能力强的表现[19]。田小霞等[20]研究表明，短时间内镉胁迫下，马蔺的根系活力逐渐提高，随着胁迫时间的增加，根系活力显著降低，根系生长明显受到抑制。王志伟等[21]研究了镉对薄皮甜瓜幼苗生长和生理生化特性的影响，发现镉胁迫下甜瓜的根系生长严重受阻，随着镉浓度的升高幼苗损害程度加大。本试验中，相同浓度镉胁迫下，不同杂种F1幼苗的株高、茎粗、生物量及根系活力与其亲本之间存在一定差异，其中360-3×041-1的根系活力高于双亲，表明镉胁迫下360-3×041-1的根系受损程度低于双亲，表现出优于双亲的生长势。

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