镉在薄皮甜瓜植株中的分布及低积累品种筛选

王志伟邹 甜孙 波龚 思陈泽南孙小武*

（1湖南农业大学园艺园林学院，湖南长沙410128；2湖南省蔬菜研究所，湖南长沙 410125）

随着我国经济社会的快速发展、矿产资源的开发、农业生产中矿物肥料的使用，镉（Cd）已经成为环境中的主要污染物之一。农业部的调查数据表明：中国污灌区面积在140万hm2左右，遭受重金属污染的土地面积占污染总面积的2/3，其中轻度污染占1/2左右，中度污染和严重污染各占1/10左右，主要以汞（Hg）和Cd的污染面积最大（李涵 等，2017）。据统计，目前中国污灌区中有11处生产的大米中镉含量严重超标，中国每年因重金属污染导致的粮食减产超过1 000万t，被重金属污染的粮食多达1 200万t，合计经济损失至少200亿元（丁真真，2007）。镉是植物生长的非必需元素之一，却很容易被根系吸收后运输到地上部（王有年 等，2009）。

据联合国粮食及农业组织 FAOSTAT 数据库（2016年8月更新数据）统计，2015年中国甜瓜的生产面积和产量均居世界第一位（吴敬学 等，2013）。湖南省的甜瓜生产和消费以薄皮甜瓜为主，产区主要集中在常德、益阳、邵阳、岳阳、长沙、衡阳、永州等地区（谭秋英 等，2015）。2014年，随着湖南省重金属超标地区种植结构调整工作的开展，在长株潭部分轻度和中度镉超标地区开始进行甜瓜试种。筛选镉低积累甜瓜品种用于超标地区种植结构的调整是近年来人们关注的问题，本试验以湖南省主栽的12个甜瓜品种（组合）为材料，明确甜瓜品种间镉积累的差异性，筛选适于湖南重金属污染区种植的甜瓜品种，旨在为重金属污染区种植结构的调整提供参考作物。

1 材料与方法

1.1 供试土壤与甜瓜品种

试验于2016年3～7月，在湖南农业大学园艺园林学院蔬菜瓜类研究所湘潭试验基地进行，基地土壤镉含量和理化性质分别为：镉含量为0.83 mg·kg-1（属中度污染）、pH 7.14、碱解氮126.8 mg·kg-1、速效磷29.2 mg·kg-1、速效钾71.2 mg·kg-1、阳离子交换量 14.8 cmol·kg-1、有机质36.9 g·kg-1。以湖南省薄皮甜瓜的主栽品种和从中国农业科学院蔬菜花卉研究所引进的12个品种为试验材料，其品种特性详见表1。

1.2 试验方法

3月12日采用塑料穴盘育苗的方法进行甜瓜育苗，4月10日，甜瓜幼苗二叶一心时定植于湘潭基地。采用大棚避雨栽培，小区面积18 m2，株距0.6 m，行距2 m，每小区15株，随机区组排列，3次重复。甜瓜苗长到8叶时主蔓摘心，留侧蔓结果，每株留2～3个果。6月10日甜瓜果实成熟时，每小区随机选择5株甜瓜植株及其果实，分别测定果实鲜质量、果实纵横径、果肉厚、果实可溶性固形物含量（折光率），计算果形指数（果形指数=纵径/横径）。分别取根、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，检测镉含量。

表1 薄皮甜瓜品种来源与特性

1.3 Cd含量的测定方法

Cd含量的测定参照 GB/T 5 009.15—2014石墨炉原子吸收光谱测定法进行检测，将检测样品清洗干净后打成匀浆，消化后在原子吸收分光光度计228.8 nm波长处进行检测。土壤中Cd含量的测定委托湖南省农业科学院农化检测中心进行。

1.4 数据处理

采用DPS数据处理软件对试验结果进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同类型薄皮甜瓜根系镉含量的差异

从表2可以看出，不同类型薄皮甜瓜根系的镉含量在0.293 7～0.627 0 mg·kg-1之间，品种间存在显著差异，其中ZM-6根系中的镉含量最高，达到0.627 0 mg·kg-1，与其他品种根系镉含量的差异达到显著水平；新甜瓜根系镉含量较高，为0.468 3 mg·kg-1；IVF-28根系的镉含量最低，仅为0.293 7 mg·kg-1。

2.2 不同类型薄皮甜瓜基部茎叶镉含量的差异

根系吸收的镉首先转运到基部茎叶中，12个薄皮甜瓜基部茎叶的镉含量在0.249 7～0.624 3 mg·kg-1，其中新甜瓜基部茎叶镉含量最高，为0.624 3 mg·kg-1；其次为IVF-29，基部茎叶的镉含量为0.606 3 mg·kg-1；IVF-28基部茎叶镉含量最低，仅为0.249 7 mg·kg-1（表2）。

表2 不同类型薄皮甜瓜镉含量的差异

2.3 不同类型薄皮甜瓜上部茎叶镉含量的差异

上部茎叶属于新生的组织，镉向上部茎叶转运的量相对基部茎叶要少，从表2可以看出，不同品种之间上部茎叶镉含量也存在显著差异，其中新甜瓜上部茎叶的镉含量最高，为0.326 3 mg·kg-1；IVF-28的镉含量最低，仅为0.198 0 mg·kg-1。

2.4 不同类型薄皮甜瓜果实镉含量的差异

甜瓜果实是甜瓜的食用部分，其镉含量的高低与其安全性密切相关，GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》规定，甜瓜果实中镉的限量指标为0.05 mg·kg-1。重金属污染区种植甜瓜要选择果实镉含量较低的品种。从表2中可以看出，所有甜瓜品种果实的镉含量均低于国家标准，说明这些甜瓜品种的果实是安全的，但是品种之间也存在差异。其中新甜瓜的果实镉含量最高，为0.036 7 mg·kg-1，IVF-28的果实镉含量为0.015 3 mg·kg-1，两者相差0.021 4 mg·kg-1，差异显著。

2.5 不同类型薄皮甜瓜果实性状的差异

单瓜质量是产量构成的重要因素，果形指数是评价甜瓜果实外观品质的指标之一，果肉厚和可溶性固形物含量是评判甜瓜果实感官品质的重要因素。从表3中可以看出，八方甜瓜的单瓜质量最大，达到了1.19 kg，与其他品种的单瓜质量差异显著；IVF-28的单瓜质量最小，仅为0.35 kg。根据甜瓜果形的分类标准，果形指数＜1.0为扁圆球形，1.0＜果形指数＜1.1为高圆球形，1.2＜果形指数＜1.5为梨形（顶端大，果柄端小），果形指数＞2.0为棒形（李婷，等，2014）。12个品种中除八方甜瓜为梨形外，其他品种均为扁圆球形。果肉是甜瓜的可食部分，其厚度与产量和品质密切相关，从表3可以看出，12个品种的果肉厚度存在显著差异，其中八方甜瓜的果肉最厚，为2.46 cm，绿天使的果肉最薄，为1.69 cm，其他品种居中。可溶性固形物含量是薄皮甜瓜的重要品质性状，各品种之间差异加大（表3），其中IVF-28的可溶性固形物含量最高，为15.90%；八方甜瓜的可溶性固形物含量最低，仅为12.73%。

表3 不同类型薄皮甜瓜果实性状

3 讨论

植物对镉的吸收、转运和积累受土壤中镉浓度及有效性（Zaprjanova et al.，2010）、土壤 pH（Tsadilas，2000）、施肥（刘昭兵 等，2012；Mar et al.，2012）和其他金属离子与镉的拮抗作用（Choi et al，2001）等环境因素的影响，但植物对镉的吸收积累的敏感程度受遗传因素的严格控制，并在基因型和品种之间存在明显差异（Page et al.，1972；Youngberg，1991），目前已在水稻（李坤权 等，2003）、烟草（刘登璐 等，2016）、西瓜（周泉 等，2016）、油菜（秦世玉，2016）等作物上得到证实。

筛选和培育低镉积累的作物是镉污染土壤持续安全生产的一条经济、有效途径（张路 等，2015）。为对作物做出合理的评价和筛选，评价时期和评价指标的选择尤为重要，部分学者认为应选择作物吸收镉的关键时期或是对镉吸收速率较大的时期进行评价，以便较好地体现材料间镉吸收积累的差异（刘登璐 等，2016）。Wang 等（2015）和Chen 等（2007）认为，镉安全大白菜和镉低积累大麦的筛选应满足镉耐性较好和可食部分镉含量低两个标准。因此，筛选镉低积累甜瓜品种资源时除了要考虑甜瓜植株对镉的耐性，也要考虑甜瓜果实镉含量的高低。

土壤中的重金属被植物根部吸收后，首先积累在根部，然后运输到植物体的其他部位，因此植物体的不同部位对重金属的积累状况也不一样，通常是地下部高于地上部，这在阳桃、黄皮、龙眼、葡萄和草莓等（张金彪 等，2003；Li et al.，2006）植物上得到了证实，由于西瓜的蔓生性和旺盛的蒸腾作用，其镉积累规律为叶＞茎＞根＞果实（王志伟等，2017）。本试验结果表明，镉在甜瓜植株内的吸收分配规律为基部茎叶＞根＞上部茎叶＞果实，这与重金属在其他植物器官内的一般分配规律根＞茎＞叶＞果实有差异，可能与甜瓜的子蔓或孙蔓坐果习性有关。甜瓜茎叶中积累了大量的镉，可参考西瓜藤纤维素提取工艺（孙小武 等，2016），提取甜瓜茎叶的纤维素制作地膜、无纺布等，在提取纤维素过程中将茎叶中镉富集回收。综合果实中镉含量和果实品质，在重金属镉中度及以下污染区适合种植的甜瓜品种为IVF-28。