叶面喷施Na2SiO3对朝天椒产量、品质与Cd 吸收累积的影响

柴冠群，隋岩峰，杨 帆，秦 松，范成五

（1.贵州省农业科学院土壤肥料研究所，贵州 贵阳 550006；2.中低品位磷矿及其共伴生资源高效利用国家重点实验室，贵州 贵阳 550002）

我国年均种植辣椒1.33×106hm2左右，约占全球辣椒种植面积的40%，辣椒已成为我国重要的经济作物[1]。有报道显示，辣椒属于镉（Cd）高富集蔬菜，尤其是朝天椒[2-3]，对土壤Cd 的富集系数可达3.04[4]。Cd 在人体中不易代谢排出，累积过量会对内脏、免疫系统和生殖系统等造成不利影响[5]。贵州[4]、重庆[6]与云南[7]等多地出现辣椒Cd 超标现象，影响椒农经济效益。因此，开展辣椒果实Cd消减技术研究对保障食辣人群健康和椒农经济效益具有重要意义。

辣椒果实Cd 消减技术成为近年的研究热点。陈德等[8]发现，施用9 t∕hm2海泡石能够显著降低小米椒果实Cd 含量，降幅为54%；巩雪峰等[9]发现，叶面喷施γ-聚谷氨酸不仅能够提高辣椒产量，而且能够显著降低辣椒植株Cd 含量，降幅为19.05%；李磊等[10]发现，叶面喷施硒的辣椒产量与品质显著增加，果实Cd含量降低约60%。与原位钝化技术相比，叶面调控直接作用于作物本身，不会对土壤造成2 次污染[11]。农业农村部将叶面调控措施作为中轻度Cd污染耕地安全利用技术之一[12]。

土壤中硅（Si）多以硅酸盐结晶或沉淀的形式存在，作物能直接吸收利用的Si 只占少数，多以SiO2·nH2O 形态分布于表皮细胞和细胞壁中[13]。研究证实，Si对作物具有提高产量、改善品质、缓解Cd毒害等作用，如刘天昊等[14]发现，叶面喷施Si能够显著促进玉米干物质、果糖与粗蛋白含量增加；王晶等[15]也发现，增施Si 肥可以显著改善枸杞浆果可溶性糖与维生素C（Vc）含量；有研究发现，Si能够显著降低小麦[16]、水稻[17]等禾本科作物籽粒Cd 含量。Si 可以减少植物对重金属的吸收，促进植物生长和生物量的增加，其关键机制包括降低生长介质中活性重金属离子、络合或共沉淀重金属离子，改变细胞结构以及调控金属转运基因的表达等，然而这些机制可能与植物种类、基因型、生长条件和胁迫时间等有关[13]。有报道发现，施用Si 促进了玉米对Cd 的吸收[18-19]；刘吉振等[20]也发现，叶面喷施有机Si 显著降低了世农朝天椒果实Cd 含量，而显著增加了艳椒425 果实Cd 含量，说明Si 可能对作物不同品种吸收Cd 的作用效果不同。目前，鲜见叶面喷施Na2SiO3对朝天椒产量、品质及其吸收转运Cd影响的相关报道。鉴于此，通过水培试验，研究0.3 mg∕L Cd 胁迫下，叶面喷施Na2SiO3溶液对朝天椒产量、品质及其吸收转运Cd 的影响，以便明确叶面喷施Na2SiO3对朝天椒的作用效果，旨在为辣椒Cd安全生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

以青红元帅为供试辣椒品种，其形状为指型，属单生朝天椒，其种子购自重庆市益农农业有限公司。供试Na2SiO3和Cd（NO3）2均为分析纯，购自贵阳欣兴星物资有限公司。水培营养液购自青岛空中花园绿化工程有限公司，其Cd含量未检出。

1.2 试验设计

试验采用水培试验，于2021 年4—9 月在贵州省土壤肥料研究所温室大棚进行。探究0.3 mg∕L Cd 胁迫条件下，叶面喷施不同浓度Na2SiO3溶液对朝天椒产量、品质与吸收转运Cd能力的影响。参照文献[21]的方法进行育苗与移栽，向水培液中加入一定体积的10 mol∕L 的Cd（NO3）2溶液使水培液中Cd 质量浓度为0.3 mg∕L，每3 d 更换1 次水培液。试验设置了3个处理，即3个浓度的Na2SiO3溶液，分别为0 mmol∕L（CK）、3 mmol∕L（Si3）与5 mmol∕L（Si5），每个处理5株辣椒，1株辣椒表示1次重复。在辣椒苗期、显蕾期与开花坐果期，使用喷雾器向辣椒叶片正反面均匀喷施Na2SiO3溶液，以形成水珠且不下落为准。

1.3 样品处理与测定

1.3.1 辣椒样品处理 参照文献[21]对辣椒样品进行处理，将植株分为根、主茎、叉茎、主茎上叶、叉茎上叶与果实6 个部分，称量每次采集的辣椒果实的鲜质量。辣椒各部位样品在电热鼓风干燥箱105 ℃杀青30 min，60 ℃烘干，称量辣椒各部位干质量，茎叶干质量为主茎、叉茎、主茎上叶、叉茎上叶4 个部分干质量之和，用粉碎机将辣椒各部位粉碎后保存备用。

1.3.2 辣椒样品检测 采用HNO3-HClO4（体积比4∶1）对辣椒各部位样品进行消解，稀HCl 定容，ICP-MS 测定其Cd 含量。消解辣椒样品时，同时消解3个大米标准物质（GBW 100348）判断样品消解与检测的准确性，其Cd实际测定值与参考值相对偏差低于10%。参照文献[22]检测果实可溶性糖、可溶性蛋白、氨基酸、辣椒碱、维生素C（Vc）含量等品质指标。

1.4 数据分析

用转运效率（Transport factor of Cd from b to a，TFa/b）表示辣椒b 部位向a 部位转运Cd 的效率[2]，具体计算公式如下：

其中，Ca、Cb分别表示辣椒a、b 部位Cd 含量（mg∕kg）。

采用Office 2010 软件对试验数据进行计算处理，运用SPSS 20 进行统计分析，应用Sigmaplot 14.0软件作图，采用Duncan’s 法进行差异显著性分析，显著水平为0.05，采用Pearson 双侧检验分析相关性。

2 结果与分析

2.1 叶面喷施Na2SiO3对朝天椒产量与品质的影响

2.1.1 产量 从表1 可以看出，与CK 相比，Si3处理果实干质量、叉茎干质量、主茎干质量、叉茎上叶干质量、主茎上叶干质量与整株干质量差异均不显著，但Si3处理果实鲜质量与根干质量显著高于CK；Si5处理辣椒各部位质量较CK 与Si3处理显著提高。与CK 相比，Si5处理辣椒果实鲜质量与干质量分别增加16.29%、15.26%，整株干质量增幅为21.35%。说明在Cd 胁迫条件下，Si5处理能够显著增加朝天椒产量。

表1 不同处理朝天椒各部位生物量Tab.1 The biomass of each part of pod pepper in different treatmentsg

2.1.2 果实品质 从表2 可以看出，随叶面喷施Na2SiO3浓度的增加，果实的可溶性糖、可溶性蛋白、氨基酸、Vc与辣椒碱含量均呈增加趋势。Si3处理果实的可溶性糖、氨基酸和辣椒碱含量与CK 差异不显著，可溶性蛋白与Vc 含量均显著高于CK。Si5处理果实可溶性糖、可溶性蛋白、氨基酸、Vc、辣椒碱含量均显著高于CK 和Si3，分别提高14.78% 和13.22%、47.54% 和34.57%、45.93% 和38.12%、44.59%和17.27%、17.84%和16.58%。说明叶面喷施5 mmol∕L Na2SiO3溶液能够显著改善朝天椒品质。

表2 不同处理朝天椒果实品质特征Tab.2 Characteristics of pod pepper fruit quality in different treatments

2.2 叶面喷施Na2SiO3对朝天椒Cd吸收与累积的影响

2.2.1 朝天椒不同部位Cd 含量 由表3 可知，不同部位Cd 含量顺序表现为主茎上叶＞根＞叉茎上叶＞果实＞主茎＞叉茎；此外，随叶面喷施Na2SiO3溶液浓度增加，辣椒果实、叉茎、主茎、主茎上叶、根与整株中Cd 含量均呈降低趋势，Si5处理各部位Cd 含量均显著低于另外2 个处理。与CK 相比，Si3与Si5处理果实Cd 含量分别降低11.30%与28.69%，Si5处理叉茎、主茎、主茎上叶、根与整株Cd 含量分别降低25.42%、10.60%、12.43%、7.46%、14.88%。

表3 不同处理朝天椒不同部位Cd含量特征（干质量）Tab.3 Characteristics of Cd content in different parts of pod pepper with different treatments（dry weight）mg∕kg

2.2.2 朝天椒不同部位Cd 累积特征 由图1A 可知，叶面喷施Na2SiO3溶液显著降低辣椒果实Cd 累积量，显著增加茎叶与根Cd累积量，对整株Cd累积量无显著影响。与CK 相比，Si5处理果实Cd 累积量降低19.43%。由图1B 可知，叶面喷施Na2SiO3溶液降低Cd 在果实中的分配比例，Si5处理Cd 在果实中的分配比例较CK 降低7.99 个百分点；叶面喷施Na2SiO3溶液增加Cd 在茎叶与根中的分配比例，与CK 相比，Si5处理Cd 在茎叶与根中的分配比例分别增加5.14、2.85个百分点。

图1 不同处理朝天椒不同部位Cd累积特征Fig.1 Cd accumulation characteristics of different parts of pod pepper in different treatments

2.3 叶面喷施Na2SiO3对朝天椒Cd转运效率的影响

从表4 可以看出，与CK 相比，叶面喷施Na2SiO3溶液显著降低了根向果实转运Cd的效率（TF果实∕根）、叉茎向果实转运Cd 的效率（TF果实∕叉茎）、主茎向果实转运Cd 的效率（TF果实∕主茎）、主茎上叶向果实转运Cd的效率（TF果实∕主茎上叶）、茎叶向果实转运Cd 的效率（TF果实∕茎叶）；而3 个处理叉茎上叶向果实转运Cd 的效率（TF果实∕叉茎上叶）差异不显著。与CK 相比，Si5处理TF果实∕根、TF果实∕叉茎、TF果实∕主茎、TF果实∕主茎上叶、TF果实∕茎叶分别降低23.08%、26.80%、24.86%、19.05%、27.00%。

表4 不同处理朝天椒各部位向果实转运Cd的效率Tab.4 Efficiency of transporting Cd from each part of pod pepper to fruit in different treatments

2.4 相关性分析

从表5 可知，果实Cd 含量与果实干质量呈极显著负相关，此外，果实Cd 含量与TF果实∕主茎上叶、TF果实∕茎叶呈极显著正相关，与TF果实∕根、TF果实∕叉茎、TF果实∕主茎呈显著正相关，与TF果实∕叉茎上叶相关性不显著。说明茎叶是调控朝天椒果实Cd 吸收累积的关键器官，尤其是主茎上叶。

表5 果实Cd含量与其他参数相关性分析Tab.5 Correlation analysis between Cd content in pepper fruit and other parameters

3 结论与讨论

作物产量和品质不仅受遗传因素控制，还与栽培措施和环境条件等密切相关[23]。有研究认为，Si是作物的重要营养元素，可使植物表皮形成硅化细胞，减小植物茎叶夹角，降低遮阴，提升光合效率，增加作物产量；另有研究认为，Si 能够促进作物根系生长、增强养分与矿质元素的吸收，提升抗病虫害能力，从而增加作物产量[24-30]。有研究表明，在Cd胁迫条件下，外源Si 能够促进作物产量增加[14]。本研究发现，随叶面喷施Si 浓度的增加，朝天椒各部位生物量均呈增加趋势，这与前人报道相一致。

有研究证实，增施Si 肥可显著改善作物品质，刘天昊等[14]与王晶等[15]发现，外源Si 能够显著提升玉米或枸杞可溶性糖与Vc含量；王卫红等[31]研究发现，叶面喷施纳米Si 可使辣椒可溶性糖与Vc 含量分别提升10.19%与9.90%。本研究中，与CK 相比，叶面喷施5 mmol∕L Na2SiO3溶液，可溶性糖与Vc 含量分别提升14.78%与44.59%，并且可溶性蛋白、氨基酸与辣椒碱含量也显著增加，与前人研究结果一致。

以往研究多是将辣椒分成根、茎、叶与果实4个部分分析辣椒不同部位Cd 含量差异。WANG 等[32]研究发现，辣椒（杭椒7 号）各部位Cd 含量表现为根＞茎＞叶＞果实。赵首萍等[2]研究发现，艳椒425 各部位Cd 含量表现为茎＞叶＞根＞果实。而本研究中将朝天椒分成根、主茎、叉茎、主茎上叶、叉茎上叶与果实6个部分，其各部位Cd 含量表现为主茎上叶＞根＞叉茎上叶＞果实＞主茎＞叉茎，可见，不同叶位Cd含量存在差异，这可能与主茎上叶片生长周期较长、物质吸收较多有关。赵首萍等[2]报道，辣椒茎叶再分配Cd 的能力是决定果实Cd 含量的关键因素，根据本研究中辣椒各部位Cd含量特征初步推测，适时去除主茎上叶可能会降低辣椒果实Cd含量。

本试验结果表明，不同处理朝天椒整株Cd累积量差异不显著，但随叶面喷施Na2SiO3浓度的增加，朝天椒果实Cd 累积量显著降低，茎叶与根中Cd 累积量均显著增加，且与CK 相比，Si5处理叉茎、主茎、主茎上叶、根与整株Cd 含量分别降低25.42%、10.60%、12.43%、7.46%、14.88%。这可能是因为果实 Cd 含量与 TF果实∕根、TF果实∕叉茎、TF果实∕主茎、TF果实∕主茎上叶、TF果实∕茎叶呈显著正相关，且Si5处理显著降低了TF果实∕根、TF果实∕叉茎、TF果实∕主茎、TF果实∕主茎上叶、TF果实∕茎叶。叶面喷施Na2SiO3溶液降低朝天椒果实Cd 含量的内在机制可能是因为Si 可以调动细胞壁多糖与蛋白质分子中的羧基、羟基、醛基等极性配位基团形成，增加对Cd的固定，降低叶片Cd向可食部位转运[17]。此外，Si促进植物细胞对Cd 的分区隔离作用或调控金属转运基因的表达也是Si 降低作物吸收转运Cd 的机制[13]。在水稻[33]、小麦[34]等作物上均有施用Si 降低其对Cd 的吸收转运的相关报道。说明通过叶面喷施Na2SiO3溶液能够限制营养器官（茎叶与根）向果实转运Cd。

综上，在0.3 mg∕L Cd 胁迫条件下，叶面喷施Na2SiO3显著促进朝天椒生物量增加，叶面喷施5 mmol∕L Na2SiO3溶液（Si5），显著提升了其可溶性糖、可溶性蛋白、氨基酸、Vc 与辣椒碱含量，同时显著降低了朝天椒果实对Cd 吸收累积，与CK 相比，Si5处理果实干质量增加了15.26%，Cd 含量降低了28.69%。