镉对6种根菜类蔬菜生长状况及品质的影响研究

常鹏云 谢英荷 程红艳 李廷亮 李涛

摘要：采用盆栽方法模拟土壤Cd轻度污染状况，研究了Cd对6种根菜类蔬菜生长状况及生理品质的影响。结果表明：经Cd处理后，6种蔬菜生物产量和体内叶绿素含量总体趋于下降，大青萝卜、丰光萝卜、501水萝卜和二道眉芥菜叶绿素含量降低量分别为7.6%，11.9%，14.2%，16.3%；二道眉芥菜和德日特萝卜Vc含量分别升高80%和61.37%；硝酸盐含量均升高，脯氨酸含量也均升高；6种蔬菜可食部分Cd含量均超过国家食品卫生标准。本试验为Cd污染区土壤的修复以及种植蔬菜品种的选择提供了理论依据。

关键词：镉；蔬菜；生长；品质

中图分类号：O614.24+2文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1006－6500.2012.01.032

Study of Effect of Cadmium on Growth Condition and Quality of Six Kinds of Rooted Vegetables

CHANG Peng-yun , XIE Ying-he, CHENG Hong-yan, LI Ting-liang, LI Tao

(College of Resource and Environment , Shanxi Agricultural University ,Taigu, Shanxi 030801,China)

Ａｂｓｔｒａｃｔ: This experiment studied the effect of cadmium on growth condition and quality of six kinds of root- ed vegetables in potted way. Results showed that biological yield and content of chlorophyll in six kinds of vegetables tended to go down when cadmium was treated, content of chlorophyll in Daqing,Fengguang,501 sativus and Brassica juncea reduced 7.6%, 11.9%, 14.2%, 16.3% respectively. Besides, content of Vc in Brassica juncea and Derite Raphanus sativus L rised 80% and 61.37% respectively,content of nitrate and proline also elevated, cadmium content in vegetables edible depart was over the national food hygien standards. This test provided basal theory for soil improvent and the choice of varieties vegetables in cadmium pollution area.

Key words: cadmium; vegetables; growth; quality

随着人类社会的发展，人类的需求和环境之间的矛盾日益突出，而这之间最关键的就是资源的有限性问题，为了解决这一问题，人类提出了可持续发展观。污水由于其特殊性质在国外已经得到充分利用[1]。中国采用污水灌溉农田已有40多年历史,目前中国污水灌溉农田面积约为330万hm2 [2]，约占灌溉总面积7.3%。污水中的重金属元素会对土壤环境造成危害。土壤-植物系统是陆生生态系统物能循环的枢纽, 是联接有机界与无机界的桥梁。在系统中发生重金属污染后，因其具有隐蔽性、不可逆性和长期性的特点, 对陆生生态系统构成潜在的巨大威胁[3]，不仅影响植物的产量与品质, 而且影响大气和水环境质量, 并通过食物链危害人类的生命和健康[4]。因此，需要研究其对农作物的安全性。在污灌区种植蔬菜，重金属就会在蔬菜体内富集，这种情况会影响食用安全，但是，蔬菜也会对土壤进行一定的修复[5-6]。因此，我们考虑选取几种能够在重金属轻度污染的菜园中有效利用的蔬菜，即蔬菜可食用部分Cd含量低于国家三级标准不影响食用安全。本试验研究镉对萝卜、芥菜等蔬菜生长状况和生理品质的影响，旨为污灌区蔬菜栽种提供科学依据。

1材料和方法

1.1供试材料

1.1.1供试作物选择6种根菜类蔬菜作为试验对象，分别是大青萝卜、三红七寸参胡萝卜、丰光萝卜、501水萝卜、德日特萝卜和二道眉芥菜（表1）。

1.1.2供试土壤供试土壤采自山西省太谷县桃园堡生土，属黄土母质石灰性褐土，质地为轻壤土。经风干后过3 mm筛，充分混匀备用，其基本理化性质见表2所示。

1.1.3供试镉氯化镉：CdCl2（分析纯）。

1.2试验方法

1.2.1盆栽试验设计试验设两个处理，即CK处理和镉处理（浓度为1 mg·kg-1）（注：浓度设置按照土壤环境质量三级标准）。每个处理种植6种根菜类蔬菜，各处理重复3次，试验采取完全随机区组排列。

1.2.2试验实施与管理本试验在山西农业大学资源环境学院日光温室内进行，采用土培盆栽进行研究，每盆装风干土11 kg。每个处理中施相同的底肥，为尿素4.78 g，磷酸二氢钾4.21 g，（N∶P2O5∶K2O=1∶1∶0.66) 以及有机肥（鸡粪）50 g。

本试验于2010年5月28日播种，播种前浇水至田间持水量的80%，待植株出土生长10 d后于6月8日间苗。生长期间根据实际情况定量浇水，采取一致的管理。各蔬菜生长80 d后收获，带回实验室，并用自来水和去离子水冲洗，用吸水纸吸干水分，采集的鲜样进行蔬菜品质的测定，而后置100～105 ℃恒温干燥箱中杀青30 min，然后降温至75 ℃烘干至恒质量，粉碎，装于纸袋储存，进行蔬菜干样重金属含量的测定。

1.2.3测定项目及方法植株叶绿素的测定：10 mL丙酮和10 mL乙醇浸提，分光光度计比色法[7]；植株Vc的测定：草酸提取法，2，6-二氯靛酚溶液滴定法[7]；植株还原糖的测定：3，5-二硝基水杨酸比色法[7]；植株硝酸盐的测定：水杨酸-硫酸，分光光度计比色法[7]；植物脯氨酸的测定：酸性茚酸酮比色法[7]；植株全氮的测定：H2SO4-H2O2消煮，半微量蒸馏法[8]；植株全磷的测定：H2SO4-H2O2消煮，钒钼黄比色法[8]；植株全钾的测定：H2SO4-H2O2消煮，火焰光度法[8]；植株重金属Cd含量的测定：HNO3-HClO4消煮，ICP测定[8]。

试验结果采用SAS软件结合Excel进行统计分析。

2 结果与分析

2.1镉处理对6种蔬菜生物产量的影响

由表3可以看出：6类蔬菜产量受Cd影响不同，与CK比，大青萝卜、丰光萝卜、501水萝卜、德日特萝卜产量减少，鲜质量分别减少3.2%，5.5%，12.2%，27.9%，显著性分析结果为大青萝卜不显著，丰光萝卜、501水萝卜、德日特萝卜与CK差异显著；干质量分别减少6.7%，11.5%，24.3%，40.5%,显著性分析均显著；对株高影响情况为，德日特萝卜、二道眉芥菜和大青萝卜株高显著降低，减少量分别为21.6%，1.6%，8.5%，显著性分析为二道眉芥菜不显著，德日特萝卜和大青萝卜显著。

2.2镉处理对6种蔬菜生理品质的影响

2.2.1镉处理对6种蔬菜叶绿素含量的影响 重金属元素能引起植物的“黄化症”已经被许多研究所证实，诱导这种黄化症的主要原因是体内叶绿素合成受阻，而叶绿素含量的变化必然影响植株的正常发育[9]。6类蔬菜叶绿素含量从图1可看出，镉处理的植株与对照组相比，大青萝卜、丰光萝卜、501水萝卜和二道眉芥菜叶绿素含量降低，降低量分别为7.6%，11.9%，14.2%，16.3%，差异显著；三红七寸参胡萝卜和德日特萝卜却有一定量的增加，差异显著。

2.2.2镉处理对6种蔬菜Vc含量的影响蔬菜是人们获得Vc的主要来源，几乎所有的蔬菜中都含有Vc。Vc含量的高低也是衡量蔬菜生理品质的一个重要指标。由图2可看出，Cd处理后，4种蔬菜体内Vc含量均有升高，大青萝卜Vc含量升高47.7%，501水萝卜Vc含量升高26%，二道眉芥菜Vc含量升高80%，德日特萝卜Vc含量升高61.37%，差异均极显著；只有三红七寸参胡萝卜降低2.1%，丰光萝卜Vc含量升高2.3%，差异都不显著。

2.2.3镉处理对6种蔬菜还原糖含量的影响还原糖是重要的渗透调节物质，在逆境条件下，能最大限度地保持细胞的渗透压，增强植物对逆境的适应能力。蔬菜中的还原糖主要是葡萄糖、果糖和麦芽糖。还原糖在蔬菜体内分布，不仅反映蔬菜中的碳水化合物的运转情况，而且也是合成其它成分的碳架来源和呼吸作用的基质[10]。此外，蔬菜中含糖量的多少，也是鉴定其生理品质的重要指标。

6种蔬菜体内还原糖含量从图3可看出，Cd处理与对照组相比，大青萝卜、三红七寸参胡萝卜、丰光萝卜、501水萝卜、德日特萝卜体内还原糖含量均升高，升高量分别为2%、8.9%、7.8%、4.3%、23.4%，其中大青萝卜、丰光萝卜差异不显著，受Cd影响都较小，而德日特萝卜、三红七寸参胡萝卜、501水萝卜差异显著；二道眉芥菜降低5%、差异不显著。

2.2.4 镉处理对6种蔬菜硝酸盐含量的影响由于硝酸盐在植物体内被硝酸还原酶还原为亚硝酸盐对人体致癌。因此，硝酸盐含量是蔬菜优良品质的重要指标。

试验中镉处理对6种蔬菜体内硝酸盐含量的变化趋势，由图4可看出，Cd处理硝酸盐含量与对照相比三红七寸参胡萝卜、丰光萝卜、501水萝卜分别升高13.8%、6.1%、48.2%，差异显著；德日特萝卜硝酸盐含量升高为2.3%差异不明显；大青萝卜、二道眉芥菜体内硝盐含量分别降低17.2%、18.4%，差异显著。总体来说，被Cd处理过的蔬菜体内硝盐含量是上升的。所以，Cd对蔬菜体内的硝酸盐含量是有影响的，降低了蔬菜的食用品质。

2.2.5镉处理对6种蔬菜脯氨酸的影响植物脯氨酸含量的增加是植物对逆境胁迫的一种生理生化反应，具有很重要意义：其一是细胞结构和功能遭受伤害的反应，其二是植物在逆境下的适应表现，即防护反应，可作为鉴定植物相对抗性的指标[11]。脯氨酸作为重要的渗透调节物质,在植物体内的积累是对逆境的适应机制之一。

由图5可以看出，经过Cd 处理后，与对照组相比，6种蔬菜脯氨酸含量均升高，且增幅极大，增加量分别是大青萝卜254.5%、三红七寸参胡萝卜512%、丰光萝卜197.6%、501水萝卜197.7%、二道眉芥菜171%、德日特萝卜276.2%，差异均显著。因此，Cd处理对蔬菜体内的脯氨酸具有促进作用，特别是三红七寸参胡萝卜。

2.3镉处理对6种蔬菜果实中Cd的富集状况

蔬菜中重金属食品卫生标准限制：Cd ≤0.05 mg·kg-1 ，果实中Cd含量统计结果可以看出（表4），大青萝卜、丰光萝卜、501水萝卜、二道眉芥菜、三红七寸参胡萝卜、德日特萝卜地上、地下部镉含量均超标且非常显著。从可食用部分来看6种蔬菜也均超标。因此，在重金属污染的污灌区，特别是高度污染的区域不能够种植。

3结 论

经Cd处理后，6种蔬菜中大青萝卜、丰光萝卜、501水萝卜、德日特萝卜产量减少，二鲜质量减少量分别为3.2%，5.5%，12.2%，27.9%，干质量减少量分别为6.7%，11.5%，24.3%，40.5%，减产显著。二道眉芥菜产量与三红七寸参胡萝卜产量略有增高。从各种蔬菜的生理品质来看，与CK相比，经Cd处理后6种蔬菜体内叶绿素含量除了三红七寸参胡萝卜和德日特萝卜少量增加外，其它都呈下降趋势且减少显著；大青萝卜VC含量升高47.7%，501水萝卜VC含量升高26%，二道眉芥菜VC含量升高80%，德日特萝卜VC含量升高61.37%，差异均显著；硝酸盐含量变化不一致，处理后的硝酸盐含量，分别是大青萝卜187.4 μg·kg-1、三红七寸参胡萝卜293.1 μg·kg-1、丰光萝卜263.9 μg·kg-1、501水萝卜312.4 μg·kg-1、二道眉芥菜153.1 μg·kg-1、德日特萝卜228.7 μg/Kg-1，均低于国标；镉处理后脯氨酸含量也均升高，通过显著性分析，差异均显著；对还原糖含量影响较小。经过本试验结果综合分析，大青萝卜、丰光萝卜、501水萝卜、二道眉芥菜、三红七寸参胡萝卜在Cd污染区栽种存在食品安全问题。但是501水萝卜食用部分Cd含量只是其它品种镉含量的三分之一，当土壤Cd浓度只是略大于背景值时是可以栽种的。而在Cd高污染区域只能够选择其他品种的蔬菜进行低积累试验，用以找出适合该地区栽培的蔬菜，以对污灌区做出科学指导。

4讨 论

（1）由于本试验选取的蔬菜品种有限，应该增加更多的蔬菜品种，经选取后建立一个高累积高抗性的蔬菜品种库，为中国解决重金属污染和粮食安全做出贡献。

（2）本试验重金属Cd只设有一个浓度梯度，且所用最低浓度为1 mg·kg-1，对于植物品种来说已经过高，所以，需要再降低浓度进行试验。

（3）本试验只选择Cd过于单一，对于重金属混合污染区可用性不强，因此，还需要做进一步的研究，选取优良的蔬菜品种，对多种重金属污染区域进行修复。

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收稿日期：2011-11-01；修订日期：2012-01-11

基金项目：山西省留学基金项目（2010044）；山西省科技攻关项目（20090311047）

作者简介：常鹏云（1986-），男，山西晋城人，在读硕士生，主要从事植物营养与农产品安全方面的研究。

通讯作者简介：程红艳（1967-），女，山西晋中人，副教授，硕士，主要从事植物营养与农产品安全方面的研究。