镉砷低积累萝卜品种的筛选

陈 雪， 沈方科， 张增裕， 潘柳疏， 程 浩， 顾明华， 韦燕燕

(广西大学农学院农业环境与农产品质量安全重点实验室，广西南宁 530004)

随着社会经济的快速发展和工业化进程的不断加快，环境问题越来越突出，土壤的重金属污染也越来越严重。2014年公布的《全国污染土壤调查公报》中指出，全国土壤污染总的超标率达到16.1%，其中，镉(Cd)、砷(As)的点位超标率分别为7.0%、2.7%，在8种无机污染物中分别排名第1和第3[污染物超标率排名为镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、铜(Cu)、铅(Pb)、铬(Cr)、锌(Zn)、镍(Ni)][1]。而近年来发表的有关研究报告显示，我国农田Cd污染大多数是由工业污水灌溉造成的[2]，我国有140万hm2农田地处污灌区，其中有64.8%的面积遭受重金属污染，目前全国耕地受到Cd污染的大约有1.3万hm2[3]。As污染主要是由于矿山开采、矿石冶炼和工农业中应用的含As化合物，如在湖南石门的雄黄矿区周边的农田中As严重超标，含量高达300 mg/kg[4]。

目前，我国土壤重金属污染形势严峻，而种植在这些污染土壤上的蔬菜重金属超标问题屡有报道。曾希柏等调查了1989年以来中国蔬菜土壤中重金属的情况，发现Cd超标问题最突出，全国约24%的样本超标，而毒性最大的元素是As[5]。沈彤等检测长沙市农产品发现，蔬菜Cd超标率为56%，其中叶菜类高达100%[6]。蔡立梅等调查东莞市蔬菜As含量发现，白菜和菜心As超标率分别为38%、75%[7]。Cd和As的污染已经严重威胁到人体健康状况，因此，如何防止强毒性重金属Cd和As通过植物经食物链传递进入人体，对保证食物质量和食品安全及人体健康意义重大。

不同的植物对Cd和As的耐性、吸收和积累效应不同，不仅在种间有很大差异，而且在品种之间也呈现一定差异。孙建云等研究发现，在100 mg/L Cd污染土壤下，31个不同基因型甘蓝的耐性及吸收、积累Cd能力具有显著差异[8]。王林友等研究不同基因型水稻对Cd、As、Pb积累时发现发现存在着明显的品种差异，其中Cd、As、Pb含量分别为0.072～0.476、0.101～0.228、0.010～0.240 mg/kg[9]。Arthur等报道胡萝卜基因型间Cd积累浓度范围为0.06～0.87 mg/kg，高低值间相差约为15倍[10]。所以选育低Cd和As积累作物品种来降低作物对Cd和As的吸收和积累，从而减少农产品中的Cd和As含量，在国内外被普遍认为是现实可行旳途径。从国内外的研究现状来看，针对植物对某一种重金属积累筛选研究较多，但是针对复合污染土壤上同时进行低积累Cd和As的植物研究较少，本研究通过选取全国常见的萝卜品种，在Cd和As复合污染的土壤上种植，并对其Cd和As含量进行检测分析，筛选出Cd和As在国家标准以内的萝卜品种。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试萝卜品种为18个常见品种(表1)。

表1 供试萝卜品种

土壤均采集自广西某镉砷复合污染地区0～20 cm的表层土壤，经过风干、磨碎、混匀、过2 mm筛备用。土壤基本理化性质：pH值为5.32，土壤有机质含量为26.92 g/kg，碱解氮含量为 77.00 mg/kg，速效磷含量为101.20 mg/kg，速效钾含量为 58.85 mg/kg，总Cd含量为0.82 mg/kg，总As含量为 63.14 mg/kg。

1.2 试验方案

采用土培试验，试验盆栽采用的塑料桶高30 cm、直径为 25 cm，装土8 kg，每个品种设3次重复。所有盆栽都施用的底肥尿素含量为0.66 g/kg，磷酸二氢钾(KH2PO4)含量为0.29 g/kg，氯化钾(KCl)含量为0.32 g/kg，均与土壤混匀施入。将混匀的土壤装入盆中，用水平衡静置2周。

萝卜种子用2% NaClO消毒20 min，洗净后用水浸泡过夜，然后放在湿润纱布上避光催芽3 d，挑选发芽的种子撒到土壤中，等到种子长到3叶1心期时对其进行介苗，每盆留3株，每天水分含量保持在70%～80%，待生长4个月后收获。

1.3 样品的分析测定

成熟后将萝卜植株连根拔起，先用自来水冲洗净，然后用0.1%盐酸溶液浸洗10 min，再用去离子水洗净，用吸水纸吸干，分为地上和地下2个部分，称鲜质量。

土壤的理化性质测定参照常规分析法[11]，土壤全Cd和As的含量采用王水(HNO3、HCl体积比为1 ∶3)消解，消解液中Cd和As含量采用ICP-MS(电感耦合等离子体质谱仪，Agilient 7500a，USA)测定。

萝卜样品Cd和As含量的测定，采用HNO3-HClO4(体积比为 85 ∶15)，置于微波消解仪(CEM Mars 6)中消解，消解液中Cd和As含量采用ICP-MS(Agilient 7500a，USA)测定，以鲜质量计。

1.4 数据分析方法

采用Excel 2013进行数据的统计分析和绘图，用SPSS 17.0进行方差分析，采用Duncan’s检验法进行多重比较检验处理间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 18个萝卜品种的生物量

表2和表3结果表明，盆栽中萝卜品种地上部分和地下部分产量差异达到显著水平(P<0.05)，其地上部分产量范围是90.19～280.52 g/盆，平均为177.73 g/盆，变异系数为 31.23%；地下部分产量范围是4.97～135.50 g/盆，平均为40.03 g/盆，最高和最低间相差27.26倍，变异系数为72.33%。通过萝卜地下部分产量的聚类分析(图1)，可以把萝卜分为高产、中产、低产3种类型，其中玉笋为高产萝卜品种，产量为135.50 g/盆；秋白65、夏秋白玉、一代中美白金、火车头短叶13号、超级短叶13号、欧兰德-中大791、露头青、胶蔬改良潍县青、申萌青翠水果、九斤王南畔洲甜晚、白玉春和坂田八寸等12个萝卜品种为中产品种，产量范围31.93～60.38 g/盆；特级马尔、科兴-改良春不老、意大利精选梅花春不老南畔州甜晚、宁夏22号早和金沙尖下叶13-6等5个萝卜品种为低产品种，产量范围 4.97～21.63 g/盆。不同萝卜品种地上部产量的变异系数小于地下部产量的变异系数，说明萝卜品种地下部产量差异更明显。

2.2 18个萝卜品种对Cd的积累能力

如图2和表3所示，18个萝卜品种地上部分Cd含量范围为 0.096～0.198 mg/kg， 平均含量为0.144 mg/kg，变异系数为18.94%。地下部分Cd含量范围为0.057～0.128 mg/kg，平均含量为0.083 mg/kg，变异系数为21.65%，且地下部分Cd的含量均低于地上部分。通过萝卜地下部分聚类分析(图3)，可以把18个萝卜品种分为高、中、低Cd积累类型，其中坂田八寸为高积累类型，含量为 0.128 mg/kg；秋白65、一代中美白金、特级马尔、火车头短叶13号、欧兰德-中大791、露头青、胶蔬改良潍县青、意大利精选梅花春不老南畔州甜晚、申萌青翠水果、玉笋、宁夏22号早、金沙尖下叶13-6和白玉春等13个萝卜品种为中积累类型，含量范围为0.074～0.110 mg/kg；夏秋白玉、科兴-改良春不老、超级短叶13号和九斤王南畔洲甜晚等4个萝卜品种为低积累类型，含量范围为0.057～0.066 mg/kg。不同萝卜品种地上部Cd含量的变异系数小于地下部Cd含量的变异系数，说明萝卜品种地下部Cd含量差异更明显。

表2 18个萝卜品种的鲜质量

注：表中的值为平均值±标准差，n=3；数据后不同小写字母表示处理间有显著差异，P<0.05。

表3 18个萝卜品种生物量和重金属含量统计描述分析

根据GB 2762—2012《食物中污染物限量》，块根类蔬菜Cd含量≤0.1 mg/kg，18个萝卜品种可食用部分Cd含量超标率为16.67%，超标的萝卜品种分别为秋白65、宁夏22号早和坂田八寸。因此建议在该复合污染土壤上不要种植这3个品种，这样生产的萝卜就会避免出现Cd超标的问题，使当地受到Cd污染的农田达到高效利用的目的。

2.3 18个萝卜品种对As的积累能力

如图4和表3所示，18个萝卜品种地上部分As含量范围为 0.098～0.255 mg/kg，平均含量为0.162 mg/kg，变异系数为28.67%。地下部分As含量范围为0.087～0.223 mg/kg，平均含量为0.167 mg/kg，最高和最低间相差2.56倍，变异系数为21.62%。通过萝卜地下部分聚类分析(图5)，可以把18个萝卜品种分为高、中、低As积累类型，其中特级马尔、玉笋和宁夏22号早这3个萝卜品种为高积累类型，含量范围为 0.220～0.223 mg/kg；秋白65、夏秋白玉、一代中美白金、火车头短叶13号、科兴-改良春不老、超级短叶13号、欧兰德-中大791、露头青、胶蔬改良潍县青、意大利精选梅花春不老南畔州甜晚、九斤王南畔洲甜晚、金沙尖下叶13-6、白玉春和坂田八寸等14个品种为中积累类型，含量范围为 0.128～0.165 mg/kg；申萌青翠水果为低积累类型，含量为0.087 mg/kg。根据GB 2762—2012《食物中污染物限量》，块根类蔬菜As含量≤0.5 mg/kg FW，18个萝卜品种可食用部分As含量超标率为0，因此在该复合污染土壤上种植这18种萝卜不必担心砷超标问题。

2.4 18个萝卜品种地下部分对Cd和As的富集系数

重金属生物富集系数是植物将重金属吸收转移到体内并在体内累积的能力，常用它来反映重金属元素在土壤植物体系中迁移的难易程度。重金属富集系数越大，说明该植物对该重金属积累能力越大，反之则越小。对图6、图7分析可知，在重金属Cd的富集系数中，富集系数最小的3个萝卜品种分别是夏秋白玉、超级短叶13号、九斤王南畔洲甜晚，分别为7.11%、7.00%、7.13%；富集系数最大的3个萝卜品种分别为秋白65、宁夏22号早、坂田八寸，分别为12.76%、12.62%、15.06%。在重金属As的富集系数中，富集系数最小的3个萝卜品种分别是申萌青翠水果、九斤王南畔洲甜晚、胶蔬改良潍县青，分别为0.14%、0.20%、0.21%；富集系数最大的3个萝卜品种分别为特级马尔、玉笋、宁夏22号早，分别为0.35%、0.35%、0.35%。从图6、图7可以看出，18个萝卜品种对重金属Cd的富集能力大于对重金属As的富集能力。

3 讨论与结论

近年来重金属污染问题日益严重，影响了农业的可持续发展[12]。萝卜是人类日常生活中必不可少的蔬菜之一，需求量大，因此较低水平的污染都会造成极大的危害。而筛选和培育出低积累重金属的基因型被认为是一种降低重金属吸收的有效和合理的途径[13]。对于同种作物不同基因型吸收积累重金属的差异，国内外已经做了很多研究，Hinesly等研究认为植物对Cd的吸收差异是由基因控制的[14]；黄志亮研究了大白菜、甘蓝和菠菜这3种蔬菜不同基因型对Cd吸收积累的影响发现，每种基因型其地上部和地下部Cd含量均有显著的差异[13]；娄伟研究了33个萝卜品种对Cd、Pb的积累，发现地下部Cd和Pb含量范围分别为0.069～0.316、0.074～0.554 mg/kg(鲜质量含量)，不同基因型萝卜Cd和Pb含量差异均达到显著水平，且Cd和Pb积累的规律都呈现地下部<地上部[15]；井彩巧在春夏2季研究个大白菜地上可食部分Cd含量差异，结果表明，不同大白菜品种间Cd含量差异显著，且2季结果基本一致[16]。

本研究结果表明，在试验土壤上不同萝卜品种之间可食用部分的产量差异均达到显著水平(P<0.05)，最高和最低间相差27.26倍。在供试的18个萝卜品种中，可食用部分Cd含量的范围在0.057～0.128 mg/kg，平均含量为 0.083 mg/kg，地上部Cd的含量高于地下部，说明Cd更易于在萝卜地上部积累，且品种之间Cd含量差异达到显著水平(P<0.05)，18个萝卜品种可食用部分Cd含量超标率为16.67%，超标的品种分别为秋白65、宁夏22号早和坂田八寸。As的含量范围在0.087～0.223 mg/kg，最高和最低间相差2.56倍，18个萝卜品种可食用部分As含量超标率为0。从18个萝卜品种对Cd和As的富集系数分析，不同的品种对Cd和As的富集系数不同，同一品种对不同的重金属富集能力存在显著差异，18个萝卜品种对重金属Cd的富集能力大于对重金属As的富集能力。综合不同萝卜可食用部分对Cd和As的吸收积累及产量的差异，建议在该复合污染土壤上种植夏秋白玉、申萌青翠水果和九斤王南畔洲甜晚这3个萝卜品种。