十一个辣椒品种的镉富集和转运能力比较

柴冠群，蔡景行，吴道明，秦 松，范成五，刘桂华，王 丽，蒋 亚

（1.贵州省农业科学院土壤肥料研究所，贵州贵阳 550006；2.贵阳市农业农村局，贵州贵阳 550081）

镉（Cadmium,Cd）是一种具有极强生物毒性的重金属元素，可在土壤环境中不断累积，当土壤中镉含量超出了土壤自净能力范围将造成土壤镉污染，从而会降低土壤肥力、影响植物生长发育，并且镉还可通过食物链富集对人体健康造成危害[1]。如今，随着工业“三废”的大量排放，以及农业生产中农药和化肥的大量施用，导致镉通过各种途径进入土壤环境中，加剧了镉的污染[2]。根据2014 年环境保护部和国土资源部发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤镉的点位超标率高达7.0%，在无机污染物中排名首位，其中，镉重度污染点位比例为0.5%[3]。有研究表明，贵州省耕地土壤Cd 背景值远大于全国平均值[4]，贵州种植的农产品可能存在超标风险，需要采取相应措施修复Cd 污染土壤，降低农产品超标风险。现阶段常用的农田镉污染修复方法主要有物理修复、化学修复、生物修复等[5]，其途径均为降低土壤中镉的毒性、有效性、迁移性等特性，从而达到修复的目的。同一农作物不同品种对Cd的富集能力存在显著差异[6]，因此，可通过品种筛选出适合不同地区当地种植的镉低富集农作物。

辣椒是一种茄果类蔬菜，为全球消费量最大的辛辣调味品，因具有调味作用且富含营养物质而受到人们广泛食用[7]。贵州作为全国种植和食用辣椒最早的省份之一，年种植面积超过37 万hm2，且常年稳居全国第一[8]。然而，研究表明辣椒具有较强富集Cd 能力[9]，有调查发现在贵州喀斯特地区辣椒果实中Cd 的超标率高达85.71%[10]，过量的镉会影响辣椒的光合作用，从而抑制辣椒的生长发育[11]。因此，在贵州耕地土壤中Cd 背景值较高的背景下[4]，种植辣椒存在潜在Cd 超标的风险，对贵州辣椒产业持续发展造成威胁。

研究表明，不同辣椒品种之间存在基因型差异，因此对土壤中Cd 的富集能力也不同[12]。有研究者指出，通过作物不同品种对重金属富集能力的差异，挑选合理品种进行种植，可有效降低食品安全风险[13]。辣椒不同部位对镉吸收累积能力也不同，有研究指出辣椒茎对镉的富集能力较强，富集系数大于根和果实[14]。另有研究指出，辣椒各部位中根的Cd 富集能力最强，其次为茎、叶、果实[15]，可见不同试验条件下或不同辣椒品种种植对辣椒各部位的Cd 转运能力具有一定影响。由此，本研究选取了贵州省遵义市主栽的11 个辣椒品种进行镉富集能力差异的观察比较，针对辣椒品种对镉的吸收及转运能力进行系统分析，以期为贵州省辣椒产业中低Cd 累积品种的选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 野外调查

1.1.1 研究区概况

研究区位于贵州省北部遵义市某地，属亚热带季风气候，年平均气温在11.5～17.5 ℃。雨量充沛，年平均降水量在900～1 250 mm，海拔900～1 300 m。子弹头辣椒、朝天椒等品种为当地主栽辣椒类型，耕地土壤类型主要为黄壤与石灰土。

1.1.2 样品采集

2021 年9 月，在研究区采集11 个辣椒品种的根、茎、叶、成熟果实，辣椒品种包括艳椒335、湘秀137、长子弹、黔椒8 号、金珠7 号、世农录森、龙艳2 号、红亮大将军、草莓椒2 号、黔辣10、锐秀。所有植物样品均采用超纯水洗净后放置备用。

1.1.3 土壤理化性质

研究区土壤属酸性土壤，pH 值为6.02，有机质含量为20.14 g·kg-1，全氮、全磷、全钾含量分别为1.86、1.05、14.02 g·kg-1，有效Cd、全Cd 含量分别为0.13、0.42 mg·kg-1。根据《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）表明该研究区农用地土壤已超出Cd 风险筛选值（0.3 mg·kg-1）。

1.2 品种筛选

针对遵义市主栽的十一个辣椒品种，分析不同品种辣椒Cd富集和转运能力差异。

1.3 样品处理及测定

所有辣椒根、茎、叶、果实样品采集完毕后均立即放置于恒温鼓风干燥箱中在105 ℃下杀青30 min，再置于40 ℃烘干至恒重。将所有植物样品经FW-100高速万能粉碎机磨碎，再经球磨仪研磨，过0.149 mm尼龙筛，放置于自封袋中待测。

植物样品仅测定Cd 含量，采用Cadence 土壤重金属分析仪（HD Rocksand，美国XOS）测定，该分析仪基于HDXRF 技术。将植物样品添加约0.300 g 至测样杯中，放置于分析仪测定卡槽中待测，检测时间约为7 min，测定完毕后记录数据。采用植物标样（GBW100355）进行质量控制，标准物质回收率为101%～117%。

1.4 评价方法与评价标准

采用富集系数（biological enrichment factor，BCF）[10]评估不同品种辣椒对土壤Cd 的富集能力，用整株辣椒Cd 质量浓度与土壤Cd 质量浓度比值表示，其计算公式如下：

采用转运系数（transport factor,TF）[16]评估不同类型朝天椒b部位向a部位转运Cd的能力，用朝天椒a部位与其b 部位Cd 质量浓度比值表示，其计算公式如下：

公式（1）（2）中，ωCdl为整株辣椒中Cd 的质量浓度（mg·kg-1），ωCdt为根际 土Cd 的质量浓度（mg·kg-1），ωCdla、ωCdlb分别为辣椒a 部位、b 部位Cd的质量浓度（mg·kg-1）。

1.5 数据分析

辣椒样品各数据的整理计算均采用WPS Office 处理；相关性分析采用皮尔逊法，差异性分析采用邓肯法，差异显著水平为5%，平均值、标准差和相关性分析均使用IBM SPSS Statistics 26处理分析；数据图的制作使用Origin 2022。

2 结果与分析

2.1 不同辣椒品种中各部位Cd含量差异分析

不同辣椒品种各部位中Cd 含量如表1 所示。由表可知，所有辣椒品种果实中Cd 含量均超出《绿色食品 辣椒制品》（NY/T1711-2020）中Cd 含量标准限值0.1 mg·kg-1，其中，果实Cd 含量最高的辣椒品种为草莓椒2 号，Cd 含量为0.94 mg·kg-1，超出标准限值8.4 倍；果实Cd 含量最低的辣椒品种为世农录森和金珠7号，Cd含量为0.42 mg·kg-1，显著小于草莓椒2号、艳椒335、红亮大将军、长子弹、黔辣10 和锐秀果实Cd 含量（p＜0.05），其余辣椒品种果实中Cd 含量均超标4.2～6.4 倍。不同辣椒品种中，根Cd 含量最高的为草莓椒2 号，为1.28 mg·kg-1，最低的为金珠7 号，为0.93 mg·kg-1，其余辣椒品种根Cd 含量为0.95～1.26 mg·kg-1；茎Cd 含量最高的为草莓椒2 号，为1.94 mg·kg-1，最低的为世农录森，为1.24 mg·kg-1，其余辣椒品种茎Cd 含量为1.34～1.89 mg·kg-1；叶Cd含量最高的为黔辣10，为2.17 mg·kg-1，最低的为世农录森，为1.28 mg·kg-1，其余辣椒品种叶Cd 含量为1.47～2.01 mg·kg-1。所有辣椒品种中，艳椒335、黔椒8 号、金珠7 号、世农录森、龙艳2 号、红亮大将军、草莓椒2号、黔辣10和锐秀辣椒不同部位中Cd含量呈叶＞茎＞根＞果实，结果表明，这9 个辣椒品种组织中Cd 更易在叶中累积，而辣椒品种湘秀137 和长子弹不同部位中Cd含量呈茎＞叶＞根＞果实，表明这2 个辣椒品种中Cd 更易在茎中累积。通过对所有辣椒品种不同部位中Cd 含量对比分析，11 个辣椒品种不同部位中均为果实富集能力最低。综上所述，在研究区镉污染土壤中种植这11 个辣椒品种，辣椒各部位中，相较于果实，Cd更易在茎、叶、根中富集，但所有辣椒品种果实Cd含量均超出标准限值，其中，世农录森和金珠7 号果实中Cd 含量最低，仍超出标准限值3.2倍。

表1 不同辣椒样品各部位中Cd含量统计 单位：mg·kg-1(干基)

2.2 不同辣椒品种各部位之间的Cd 转运系数差异分析

不同辣椒品种各部位之间的Cd 转运系数如表2 所示。由表所示，所有辣椒品种中，根向茎的Cd转运系数CTF（根→茎）最高的为龙艳2 号，为1.77，最低的为艳椒335，为1.13；茎向叶的Cd转运系数CTF（茎→叶）最高的为金珠7 号，为1.50，最低的为湘秀137 和长子弹，均为0.93；叶向果实的Cd 转运系数CTF（叶→果）最高的为草莓椒2 号，为0.47，最低的为金珠7 号，为0.21。十一个辣椒品种，根向茎的Cd 转运系数CTF（根→茎）平均值为1.41，茎向叶的Cd 转运系数CTF（茎→叶）平均值为1.14，叶向果实的Cd 转运系数CTF（叶→果）平均值为0.36，CTF（根→茎）、CTF（茎→叶）大于CTF（叶→果）。结果表明，叶向果实的Cd 转运系数小于根向茎和茎向叶的Cd 转运系数，Cd 转运系数平均值按大小顺序为根向茎＞茎向叶＞叶向果，这可能为果实Cd富集能力小于茎、叶、根的关键因子。

表2 不同辣椒品种各部位之间的Cd转运系数

2.3 不同辣椒品种果实Cd富集系数差异分析

Cd 富集系数是反映植物中Cd 累积的重要指标。不同辣椒品种果实Cd 富集系数如图1 所示。由图可见，所有辣椒品种中，仅有金珠7 号果实Cd 富集系数均小于1，其余辣椒品种Cd 富集系数均大于或等于1。其中，最低的品种为金珠7 号，果实Cd 富集系数为0.99，最高的品种为草莓椒2 号，果实Cd 富集系数为2.24，辣椒品种草莓椒2 号较世农录森的果实Cd 富集系数大126.26%（p＜0.05）；金珠7 号的果实Cd 富集系数显著小于草莓椒2 号、艳椒335、红亮大将军、长子弹、黔辣10 和锐秀（p＜0.05），与湘秀137、黔椒8 号、金珠7 号、龙艳2 号无显著差异（p＞0.05）。结果表明，辣椒品种是影响果实Cd 富集系数的重要因子，在本研究区镉污染土壤（0.42 mg·kg-1）中种植这11 个辣椒品种，金珠7 号对土壤中Cd 富集能力最弱。

图1 十一个辣椒品种的果实Cd富集系数

2.4 不同辣椒品种根向地上部的Cd 转运系数差异分析

不同辣椒品种根向地上部的Cd 转运系数如图2所示，所有品种中，根向地上部的Cd 转运系数最大的为黔辣10（4.17），最小的为世农录森（2.87），其余辣椒品种的根向地上部的Cd 转运系数在2.93～4.05，按根向地上部的Cd 转运系数由大到小为黔辣10＞龙艳2 号＞金珠7 号＞草莓椒2 号＞湘秀137＞长子弹＞锐秀＞艳椒335＞红亮大将军＞黔椒8 号＞世农录森。其中，世农录森的根向地上部的Cd 转运系数显著小于湘秀137、长子弹、金珠7 号、龙艳2 号、草莓椒2 号、黔辣10 和锐秀（p＜0.05），与艳椒335、黔椒8 号、红亮大将军无显著差异（p＞0.05）。综上，世农录森为根向地上部的Cd 转运系数最小的辣椒品种。

图2 十一个辣椒品种根向地上部的Cd转运系数

2.5 果实Cd含量与不同Cd转运系数相关性分析

辣椒果实Cd 含量与不同Cd 转运系数相关性分析如图3 所示。由图3A 可见，果实Cd 含量与茎向果实的Cd 转运系数呈线性正相关，由图3B 可见，果实Cd含量与叶向果实的Cd 转运系数呈线性正相关，果实Cd 含量会随Cd 转运系数的增大而增大，随Cd 转运系数的减小而减小。茎叶向果实的Cd 转运系数是果实Cd累积的关键因子。

图3 不同Cd转运系数与果实Cd含量相关性

3 讨论与结论

目前，我国土壤环境质量不断下降，土壤重金属污染问题日益严重。大量研究表明，土壤镉污染已对粮食安全造成严重影响，植物中过量镉累积会抑制植物光合作用、呼吸作用等，进而影响植物正常生长发育，导致农作物品质和产量的降低[17]，甚至威胁人体健康，人体内过量镉蓄积会造成肾、肺、生殖系统等器官损伤，并具有长潜伏期、不可逆损伤等特点[18]，因此，镉低富集农作物品种的筛选已刻不容缓。辣椒作为我国蔬菜种植面积的第二位[19]，且具有较强Cd富集能力[9]，在镉污染地区种植易造成果实中Cd 含量超出标准限值，因此辣椒镉污染问题不容小视。贵州作为辣椒种植面积位居全国第一的地区[8]，且具有较为完善的辣椒产业，耕地土壤具有较高Cd 背景值[4]，导致贵州面临严重的辣椒镉污染风险；辣椒可通过食物链进入人体，进而食用辣椒可能对人体具有潜在健康风险。目前，降低辣椒镉累积具有多种方式，郭永杰等发现施用叶面阻控剂可降低辣椒产品中Cd 含量[20]，刘峰等通过辣椒品种筛选在71 个品种中筛选出5 个辣椒低Cd累积品种[21]，文雄等发现施加海泡石可显著降低辣椒果实中的Cd富集系数[22]，王磊等发现施加钾肥不仅可降低果实中Cd含量，还可提高辣椒产量[23]。这些不同方式对不同地区辣椒产业发展具有重要意义，为降低辣椒镉累积提高了更多实践方案。

前人研究表明，不同辣椒品种具有不同Cd转运系数和富集能力[24]，不同土壤类型中辣椒各部位Cd转运能力均有差异，造成各部位Cd含量不同[25]。本研究区土壤类型主要为黄壤和石灰土，所有辣椒品种中，艳椒335、黔椒8 号、金珠7 号、世农录森、龙艳2 号、红亮大将军、草莓椒2 号、黔辣10 和锐秀辣椒不同部位中Cd 含量呈叶＞茎＞根＞果实，湘秀137 和长子弹不同部位中Cd含量呈茎＞叶＞根＞果实，所有品种均为果实中Cd含量最低，这与杨晓磊等[26]研究一致。该研究结果显示，茎叶向果实的Cd转运系数与辣椒果实Cd 含量呈极显著正相关，这与赵首萍等[27]研究一致；所有品种中果实Cd 含量最低的为金珠7 号和世农录森，果实Cd 富集系数最弱的为金珠7 号，其中，所有辣椒品种中，茎向叶的Cd 转运系数最大的为金珠7号，叶向果实的Cd 转运系数最小的也为金珠7 号，而金珠7 号为果实Cd 富集系数最弱的品种，这表明辣椒地上部营养器官（茎叶）对Cd的再分配能力可能会影响果实中Cd含量，这与邵晓庆等[28]研究一致。综上所述，本研究中，在本研究区镉污染土壤中种植此11个辣椒品种，果实Cd 富集能力最弱的为金珠7 号，但其果实Cd 含量仍超出《绿色食品 辣椒制品》（NY/T1711-2020）中标准限值（0.1 mg·kg-1）。