田間條件下小白菜地上部低鎘含量的品種篩選研究

鄭 龍

（福建省莆田市農業技術推廣站，福建莆田 351100）

隨著現代工業的發展，環境污染加劇，導致菜地土壤受重金屬的污染，進而污染蔬菜，再通過食物鏈進入人體而給人體健康帶來潛在的危害[1-2]。在土壤-植物系統中，重金屬污染不但影響植物產量與品質，而且影響大氣和水環境質量，并通過食物鏈危害人類的生命和健康，更嚴重的是這種污染具有多源性、隱蔽性、長期性、不可逆性、一定程度上的長距離傳輸性及污染后果嚴重性等特點[3-7]。土壤作為環境的重要載體，殘留在土壤中的重金屬會導致土壤質量惡化，嚴重影響農作物生長及品質安全[5-8]。曾希柏等[9]研究發現，我國約93%的菜地受重金屬污染且各省均有分布。與其它重金屬元素相比，Cd 具有更強的從土壤向植物遷移的能力，某些植物可以從Cd 含量較低的土壤中吸收大量的Cd[10-13]。Cd 是環境中對植物、動物以及人類毒性最強的重金屬元素之一，在環境中具有穩定、積累和不易消除等特點。相比于其他重金屬元素，Cd 的生物毒性更強，更易為蔬菜所富集，進而通過食物鏈威脅人類健康[14-18]。因此開展蔬菜Cd 污染的研究具有重要的現實意義。

小白菜（Brassica campestrisssp.chinensis），為十字花科云薹屬蔬菜。小白菜是對Cd 較敏感的蔬菜，較低的Cd含量即可對其造成傷害，降低其產量及食用品質，但不同品種對Cd 脅迫的適應性有明顯的差異[19-24]。為減少蔬菜中的Cd 含量，一方面可以采取農藝措施降低現有栽培品種對Cd 的吸收，另一個有效的方法就是選育食用部位Cd 含量低的品種。本實驗通過研究近年來在莆田市種植不同小白菜品種的的產量和地上部Cd 含量的變化，以產量和Cd 含量為指標對供試品種進行系統聚類，對供試品種作出全面合理的評價，選出高產低Cd 的小白菜品種，為優質安全小白菜品種的選擇提供基礎材料。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種共20 個，各品種的具體信息見表1（見下頁）。

1.2 試驗地點

試驗地點設在莆田市荔城區鎮海街道古山村和新度鎮下坂村。古山村（N25°25′56″、E119°2′34″），試驗田塊耕層土壤堿解氮111 mg/kg，有效磷78.1 mg/kg，速效鉀127mg/kg，有機質19.2 mg/kg，pH 6.06，Cd 含量0.25 mg/kg。下坂村（N25°23′5″、E119°2′8″），試驗田塊耕層土壤堿解氮109 mg/kg，有效磷81.4 mg/kg，速效鉀234 mg/kg，有機質17.7 mg/kg，pH 6.32，Cd 含量0.11 mg/kg。試驗地屬于溫暖濕潤的南亞熱帶海洋性季風氣候，氣候溫和、霜期極短、季風明顯、雨量充沛，年均氣溫16～20.2 ℃，年均積溫6 300～7 300 ℃，年平均降水量1 300 mm。古山村屬城市郊區，下坂村屬農區，所在地區是莆田市葉類蔬菜的主產區，2 個地點的Cd 含量未超過《GB 15618—2018 土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》規定的風險篩選值，但均超過福建省土壤重金屬Cd 背景值（0.054 mg/kg）[25]。

1.3 試驗方法

試驗采取隨機區組設計，3 次重復，小區面積48.6 m2，畦帶溝寬90 cm，溝長27 m，每小區2 畦。小白菜于2019 年10 月8 日播種，采用種子直播，肥料施用參照當地平均水平，采用基肥和追肥相結合的方式，基肥每667 m2施用商品性有機肥150 kg，復合肥（N ∶P2O5∶K2O=15∶15∶15）20 kg。10 月10 日出苗，11 月4 日追施一次肥料，每667 m2用復合肥（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15）5 kg、尿素5 kg，兌水澆施。

11 月21 日進行一次性收獲，采收小白菜地上部（根莖部往上0.5 cm），統一測定每個小區的產量，折算成每667 m2的產量。

1.4 Cd 含量測定

小區采用“Z”字型五點取樣法，每點取10 株，用吸水紙吸干小白菜地上部表面的水分，用食品加工機打成勻漿，置于潔凈的塑料瓶中，并標明標記，于-18～-16℃冰箱中保存備用，按照《GB/T 5009.15—2014 食品中鎘的測定》中的方法測定Cd 含量，即采用濕式消解法進行樣品前處理，用安捷倫280Z AA 石墨爐原子吸收光譜儀測定。

1.5 數據處理

數據采用DPS 7.05 數據處理軟件、Excel 2003 軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1 不同品種小白菜產量和鎘含量的表型值分析

2.1.1 不同品種小白菜產量的表型值分析

整理分析得不同品種、不同地點小白菜的產量，見表2。兩個地點小白菜平均值，‘黑旋風青梗菜’最高，為4 140.57 kg/667 m2；‘矮腳大頭清江白’和‘華冠青梗菜’較高，分別為3 739.11 kg/667 m2、3 695.56 kg/667 m2?！诿廊饲喙２恕畹?，為1 511.78 kg/667 m2；‘誼禾夏寶’‘翠英252’次之，分別為1783.94kg/667m2、2226.53kg/667m2。

兩個村不同品種小白菜的產量相近。古山村產量為1 473.32～3 883.74 kg/667 m2，均值為2 886.43 kg/667 m2。其中，產量在1 550～2 000 kg/667 m2區間的品種有2 個，2 000～2 500 kg/667 m2區間4 個，2 500～3 000 kg/667 m2區間5 個，3 000～3 500 kg/667 m2區間6 個，3 500 kg/667 m2以上3 個。下坂村產量為1 550.24～4 397.40 kg/667 m2，均值為2783.94kg/667m2，其中，產量在1550～2000kg/667m2的品種區間2 個，2 000～2 500 kg/667 m2區間6 個，2 500～3000 kg/667 m2區間5 個，3 000～3 500 kg/667 m2區間3 個，3 500 kg/667 m2以上4 個。

2.1.2 不同品種小白菜地上部鎘含量表型值分析

表3 顯示了不同小白菜品種在不同種植地的Cd 含量。由表知，鎘含量平均值，‘上海青’最高，為0.071 2 mg/kg；‘翠英252’‘利群青梗菜’較高，分別為0.066 4 mg/kg、0.062 4 mg/kg；‘冬春秀二號’最低，為0.030 6 mg/kg；‘矮腳大頭清江白’‘綠領矮將軍’較低，分別為0.033 5 mg/kg、0.035 0 mg/kg。

總體上古山村種植的小白菜Cd 含量比下坂村的高。由表3 知，古山村Cd 含量平均值為0.051 5 mg/kg，分布在0.023 0～0.115 7 mg/kg，其中，＜0.035 0 mg/kg 區間的品種有4 個，0.035 0～0.040 0 mg/kg 區間1 個，0.040 0～0.050 0 mg/kg 區間9 個，0.050 0～0.060 0 mg/kg 區間2個，＞0.060 0 mg/kg 區間4 個。下坂村Cd 含量平均值為0.039 5 mg/kg，分布在0.017 1～0.039 5 mg/kg，其中，＜0.035 0 mg/kg 的品種有6 個，0.035 0～0.040 0 mg/kg 區間2 個，0.040 0～0.050 0 mg/kg 區間11 個，0.050 0～0.060 0 mg/kg 區間1 個，所有品種的Cd 含量均在0.060 0 mg/kg 以下。同一品種小白菜Cd 含量在兩個地點的表現有差異，‘翠英252’在古山村Cd 含量最高、在下坂村含量卻最低，兩者相差5.78 倍；‘冬春秀二號’‘華美青梗菜’‘綠領矮將軍’在兩個地點的Cd 含量相對較低；‘綠領矮將軍’在兩個地點的Cd 含量相對較高；‘黑旋風青梗菜’在下坂村較高，在古山村卻較低；‘黑美人青梗菜’‘利群青梗菜’在古山村較高，在下坂村卻較低?？赡苁荂d 含量存在較大的基因型和環境互作效應，導致不同小白菜品種種植在不同地點差異較大?？梢姴煌攸c種植不同品種小白菜給人類健康帶來的風險不同。

表3 不同小白菜品種在不同地點的Cd 含量Table 3 Cd contents of different pakchoi varieties planted in different sites

2.2 不同品種小白菜產量和地上部Cd 含量的方差分析

2.2.1 不同品種小白菜產量的方差分析

數據利用DPS 7.05 軟件，按一年多點品種試驗、完全隨機區組模型設計進行分析，方差分析結果見表4（見下頁），由表可以看出小白菜產量在不同試驗地點間差異達到極顯著水平，其效應平方和占總平方和的比例為0.57%。不同品種間差異也極顯著水平，其效應平方和占總平方和的比例為92.70%。品種與地點間的互作也達到極顯著水平，其效應平方和占總平方和的比例為2.60%?？梢?，品種效應占主導，因此為提高產量，選擇合適的品種較關鍵。

表4 不同品種小白菜產量和地上部Cd 含量的方差分析表Table 4 Analysis of variance table of the yield and Cd contents in shoots of different pakchoi varieties

2.2.2 不同品種小白菜地上部Cd 含量的方差分析

從表4 可以看出，小白菜地上部Cd 含量在不同試驗地點間差異達到極顯著水平，其效應平方和占總平方和的比例為10.57%。在不同品種間差異也達到極顯著水平，其效應平方和占總平方和的比例為30.16%。品種與地點間的互作也達到極顯著水平，其效應平方和占總平方和的比例為56.03%。對兩個地點20 個品種小白菜的地上部Cd 含量和產量進行了相關分析，結果顯示地上部Cd 含量和產量無顯著相關。

2.3 不同品種小白菜Cd 含量和產量系統聚類分析

利用DPS 7.05 軟件，數據中心化轉換后采用絕對距離、可變類平均法對不同品種小白菜在2 個地點的產量和小白菜地上部Cd 含量進行系統聚類（見表5）。

表5 不同品種小白菜地上部Cd 含量和產量的系統聚類表Table 5 Results of hierarchical clustering based on Cd content and yield of different pakchoi varieties

第Ⅰ類包括‘華冠青梗菜’‘矮腳大頭清江白’‘黑旋風青梗菜’，產量高?！谛L青梗菜’‘矮腳大頭清江白’‘華冠青梗菜’在古山村產量分列第1 位、第2 位、第3位，在下坂分列第1 位、第3 位、第2 位?！_大頭清江白’產量高，Cd 含量在古山村最低、在下坂村中等，Cd 含量較低。

第Ⅱ類包括‘誼禾夏寶’‘黑美人青梗菜’，小白菜產量低、Cd 累積量中等?！x禾夏寶’‘黑美人青梗菜’在古山村產量居第19 位、第20 位，在下坂村居第19 位、第20 位。

第Ⅲ類包括‘冬春秀二號‘早生華京’‘夏妃699 青梗菜’‘華王青梗菜’‘皇冠青梗菜’‘綠領矮將軍’‘華美青梗菜’‘臺灣清江白’，產量較高，Cd 含量表現不均?！盒愣枴诠派酱?、下坂村Cd 含量分別為第19 位、第16位，含量較低，在古山村、下坂村產量表現中等，分別為第9 位、第7 位?！G領矮將軍’在古山村、下坂村Cd 含量分別為第15 位、第18 位，含量較低，在古山村、下坂村產量表現中等，分別為第8 位、第10 位?！缟A京’在古山村、下坂村產量較高，分別為第4 位、第3 位，在古山村、下坂村Cd 含量分別為第7 位、第13 位，可作為高產小白菜生產備選品種。

第Ⅳ類包括‘耐熱綠秀王子’‘田園青冠’‘全能矮腳王’‘香菇菜’‘翠英252’‘利群青梗菜’‘上海青’，產量較低，Cd 含量表現不一?！溆?52’產量在古山村、下坂村分別為第18 位、第17 位，Cd 含量在古山村最高、在下坂村含量卻最低，生產上不建議使用。

3 結論與討論

不同小白菜品種地上部Cd 含量的品種差異可以帶來明顯不同的健康風險效應，大規模種植同一品種時可能對食物的重金屬攝取構成明顯健康風險[19-21]。在品種選育、推廣時應充分考慮小白菜重金屬的累積特性，尤其在土壤重金屬污染較為嚴重的地區種植時，更需密切注意避免高累積品種的大規模種植，從而盡可能減少小白菜重金屬累積所帶來的健康風險和市場風險[22-24]。

本研究表明，小白菜地上部Cd 含量在不同試驗地點間差異達極顯著水平，在不同品種間差異達極顯著水平，不同品種與地點間的互作也達到極顯著水平，小白菜地上部Cd 含量和產量相關不顯著。這與王玉琴等[21]、代成成[22]、孫光聞[23]的結論一致。前人研究得出，在Cd 脅迫下，小白菜易受到Cd 污染，不同品種小白菜地上部Cd含量差異達極顯著水平[21]。代成成[22]在土壤Cd 含量為0.97 mg/kg 的試驗地，田間種植34 個小白菜品種，通過試驗得出地上部鮮樣Cd 含量的變化范圍為0.978～2.416 mg/kg，均值為1.318 mg/kg，不同品種小白菜地上部Cd 含量差異達極顯著，相差2.5 倍；在0.5 mg/L 鎘水培條件下，46 個小白菜品種地上部鮮重Cd 含量的變化范圍為1.408～3.506 mg/kg，均值為2.569 mg/kg，變異系數為19.07%。另外，小白菜盆栽試驗研究表明：中度（3 mg/kg）、重度（6 mg/kg）Cd 污染土壤不影響或刺激小白菜植株生長，小白菜Cd 積累量與小白菜生長并無相關性，但4 個小白菜品種地上部Cd 含量隨著土壤中Cd 濃度增加而顯著增加，基因型間存在顯著差異[23]。馮英梅等[24]研究也表明不同品種小白菜在不同Cd 處理濃度下受到的影響有所區別。不同小白菜品種受重金屬Pb、Cd 影響的程度不同[25-26]。不同濃度Cd 處理下，不同品種小白菜的生物量及Cd 積累能力存在明顯差異[27]。這可能是因為不同品種小白菜在重金屬脅迫下對重金屬的耐受性不同，所以生物量受到的影響也不同[28]。

在輕、中度重金屬污染的土壤上，能否繼續進行作物安全生產已得到普遍關注。篩選和培育出抗性強、吸收少、產量高、品質好的小白菜品種，以保證重金屬污染條件下的小白菜安全生產，減少重金屬向人畜的遷移與危害，有望成為在有毒重金屬污染土壤上有效地生產安全小白菜，減少小白菜重金屬吸收和積累的有效途徑。本研究結果表明，小白菜Cd 含量的品種效應極顯著（P＜0.01），這說明在現有的品種中，通過選擇種植適當品種從而降低重金屬累積量是可行的。但是地點效應及品種與地點互作均對Cd 含量有極顯著影響，其效應平方和占總平方和的比例分別為30.16%和56.03%，這給篩選和選育低Cd 品種增加了難度，從改善環境條件、采取適當技術措施，采用地區控制和品種搭配相結合的策略以減少小白菜Cd 吸收的途徑更為有效。根據對不同品種小白菜產量、地上部Cd 含量的表型值分析和系統聚類，‘矮腳大頭清江白’可作為高產低鎘的小白菜品種在生產上應用；在僅考慮低鎘含量栽培時可選擇‘冬春秀二號’‘綠領矮將軍’小白菜品種。