十一個辣椒品種的鎘富集和轉運能力比較

柴冠群，蔡景行，吳道明，秦 松，范成五，劉桂華，王 麗，蔣 亞

（1.貴州省農業科學院土壤肥料研究所，貴州貴陽 550006；2.貴陽市農業農村局，貴州貴陽 550081）

鎘（Cadmium,Cd）是一種具有極強生物毒性的重金屬元素，可在土壤環境中不斷累積，當土壤中鎘含量超出了土壤自凈能力范圍將造成土壤鎘污染，從而會降低土壤肥力、影響植物生長發育，并且鎘還可通過食物鏈富集對人體健康造成危害[1]。如今，隨著工業“三廢”的大量排放，以及農業生產中農藥和化肥的大量施用，導致鎘通過各種途徑進入土壤環境中，加劇了鎘的污染[2]。根據2014 年環境保護部和國土資源部發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，全國土壤鎘的點位超標率高達7.0%，在無機污染物中排名首位，其中，鎘重度污染點位比例為0.5%[3]。有研究表明，貴州省耕地土壤Cd 背景值遠大于全國平均值[4]，貴州種植的農產品可能存在超標風險，需要采取相應措施修復Cd 污染土壤，降低農產品超標風險?，F階段常用的農田鎘污染修復方法主要有物理修復、化學修復、生物修復等[5]，其途徑均為降低土壤中鎘的毒性、有效性、遷移性等特性，從而達到修復的目的。同一農作物不同品種對Cd的富集能力存在顯著差異[6]，因此，可通過品種篩選出適合不同地區當地種植的鎘低富集農作物。

辣椒是一種茄果類蔬菜，為全球消費量最大的辛辣調味品，因具有調味作用且富含營養物質而受到人們廣泛食用[7]。貴州作為全國種植和食用辣椒最早的省份之一，年種植面積超過37 萬hm2，且常年穩居全國第一[8]。然而，研究表明辣椒具有較強富集Cd 能力[9]，有調查發現在貴州喀斯特地區辣椒果實中Cd 的超標率高達85.71%[10]，過量的鎘會影響辣椒的光合作用，從而抑制辣椒的生長發育[11]。因此，在貴州耕地土壤中Cd 背景值較高的背景下[4]，種植辣椒存在潛在Cd 超標的風險，對貴州辣椒產業持續發展造成威脅。

研究表明，不同辣椒品種之間存在基因型差異，因此對土壤中Cd 的富集能力也不同[12]。有研究者指出，通過作物不同品種對重金屬富集能力的差異，挑選合理品種進行種植，可有效降低食品安全風險[13]。辣椒不同部位對鎘吸收累積能力也不同，有研究指出辣椒莖對鎘的富集能力較強，富集系數大于根和果實[14]。另有研究指出，辣椒各部位中根的Cd 富集能力最強，其次為莖、葉、果實[15]，可見不同試驗條件下或不同辣椒品種種植對辣椒各部位的Cd 轉運能力具有一定影響。由此，本研究選取了貴州省遵義市主栽的11 個辣椒品種進行鎘富集能力差異的觀察比較，針對辣椒品種對鎘的吸收及轉運能力進行系統分析，以期為貴州省辣椒產業中低Cd 累積品種的選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 野外調查

1.1.1 研究區概況

研究區位于貴州省北部遵義市某地，屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫在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。子彈頭辣椒、朝天椒等品種為當地主栽辣椒類型，耕地土壤類型主要為黃壤與石灰土。

1.1.2 樣品采集

2021 年9 月，在研究區采集11 個辣椒品種的根、莖、葉、成熟果實，辣椒品種包括艷椒335、湘秀137、長子彈、黔椒8 號、金珠7 號、世農錄森、龍艷2 號、紅亮大將軍、草莓椒2 號、黔辣10、銳秀。所有植物樣品均采用超純水洗凈后放置備用。

1.1.3 土壤理化性質

研究區土壤屬酸性土壤，pH 值為6.02，有機質含量為20.14 g·kg-1，全氮、全磷、全鉀含量分別為1.86、1.05、14.02 g·kg-1，有效Cd、全Cd 含量分別為0.13、0.42 mg·kg-1。根據《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618-2018）表明該研究區農用地土壤已超出Cd 風險篩選值（0.3 mg·kg-1）。

1.2 品種篩選

針對遵義市主栽的十一個辣椒品種，分析不同品種辣椒Cd富集和轉運能力差異。

1.3 樣品處理及測定

所有辣椒根、莖、葉、果實樣品采集完畢后均立即放置于恒溫鼓風干燥箱中在105 ℃下殺青30 min，再置于40 ℃烘干至恒重。將所有植物樣品經FW-100高速萬能粉碎機磨碎，再經球磨儀研磨，過0.149 mm尼龍篩，放置于自封袋中待測。

植物樣品僅測定Cd 含量，采用Cadence 土壤重金屬分析儀（HD Rocksand，美國XOS）測定，該分析儀基于HDXRF 技術。將植物樣品添加約0.300 g 至測樣杯中，放置于分析儀測定卡槽中待測，檢測時間約為7 min，測定完畢后記錄數據。采用植物標樣（GBW100355）進行質量控制，標準物質回收率為101%～117%。

1.4 評價方法與評價標準

采用富集系數（biological enrichment factor，BCF）[10]評估不同品種辣椒對土壤Cd 的富集能力，用整株辣椒Cd 質量濃度與土壤Cd 質量濃度比值表示，其計算公式如下：

采用轉運系數（transport factor,TF）[16]評估不同類型朝天椒b部位向a部位轉運Cd的能力，用朝天椒a部位與其b 部位Cd 質量濃度比值表示，其計算公式如下：

公式（1）（2）中，ωCdl為整株辣椒中Cd 的質量濃度（mg·kg-1），ωCdt為根際 土Cd 的質量濃度（mg·kg-1），ωCdla、ωCdlb分別為辣椒a 部位、b 部位Cd的質量濃度（mg·kg-1）。

1.5 數據分析

辣椒樣品各數據的整理計算均采用WPS Office 處理；相關性分析采用皮爾遜法，差異性分析采用鄧肯法，差異顯著水平為5%，平均值、標準差和相關性分析均使用IBM SPSS Statistics 26處理分析；數據圖的制作使用Origin 2022。

2 結果與分析

2.1 不同辣椒品種中各部位Cd含量差異分析

不同辣椒品種各部位中Cd 含量如表1 所示。由表可知，所有辣椒品種果實中Cd 含量均超出《綠色食品 辣椒制品》（NY/T1711-2020）中Cd 含量標準限值0.1 mg·kg-1，其中，果實Cd 含量最高的辣椒品種為草莓椒2 號，Cd 含量為0.94 mg·kg-1，超出標準限值8.4 倍；果實Cd 含量最低的辣椒品種為世農錄森和金珠7號，Cd含量為0.42 mg·kg-1，顯著小于草莓椒2號、艷椒335、紅亮大將軍、長子彈、黔辣10 和銳秀果實Cd 含量（p＜0.05），其余辣椒品種果實中Cd 含量均超標4.2～6.4 倍。不同辣椒品種中，根Cd 含量最高的為草莓椒2 號，為1.28 mg·kg-1，最低的為金珠7 號，為0.93 mg·kg-1，其余辣椒品種根Cd 含量為0.95～1.26 mg·kg-1；莖Cd 含量最高的為草莓椒2 號，為1.94 mg·kg-1，最低的為世農錄森，為1.24 mg·kg-1，其余辣椒品種莖Cd 含量為1.34～1.89 mg·kg-1；葉Cd含量最高的為黔辣10，為2.17 mg·kg-1，最低的為世農錄森，為1.28 mg·kg-1，其余辣椒品種葉Cd 含量為1.47～2.01 mg·kg-1。所有辣椒品種中，艷椒335、黔椒8 號、金珠7 號、世農錄森、龍艷2 號、紅亮大將軍、草莓椒2號、黔辣10和銳秀辣椒不同部位中Cd含量呈葉＞莖＞根＞果實，結果表明，這9 個辣椒品種組織中Cd 更易在葉中累積，而辣椒品種湘秀137 和長子彈不同部位中Cd含量呈莖＞葉＞根＞果實，表明這2 個辣椒品種中Cd 更易在莖中累積。通過對所有辣椒品種不同部位中Cd 含量對比分析，11 個辣椒品種不同部位中均為果實富集能力最低。綜上所述，在研究區鎘污染土壤中種植這11 個辣椒品種，辣椒各部位中，相較于果實，Cd更易在莖、葉、根中富集，但所有辣椒品種果實Cd含量均超出標準限值，其中，世農錄森和金珠7 號果實中Cd 含量最低，仍超出標準限值3.2倍。

表1 不同辣椒樣品各部位中Cd含量統計 單位：mg·kg-1(干基)

2.2 不同辣椒品種各部位之間的Cd 轉運系數差異分析

不同辣椒品種各部位之間的Cd 轉運系數如表2 所示。由表所示，所有辣椒品種中，根向莖的Cd轉運系數CTF（根→莖）最高的為龍艷2 號，為1.77，最低的為艷椒335，為1.13；莖向葉的Cd轉運系數CTF（莖→葉）最高的為金珠7 號，為1.50，最低的為湘秀137 和長子彈，均為0.93；葉向果實的Cd 轉運系數CTF（葉→果）最高的為草莓椒2 號，為0.47，最低的為金珠7 號，為0.21。十一個辣椒品種，根向莖的Cd 轉運系數CTF（根→莖）平均值為1.41，莖向葉的Cd 轉運系數CTF（莖→葉）平均值為1.14，葉向果實的Cd 轉運系數CTF（葉→果）平均值為0.36，CTF（根→莖）、CTF（莖→葉）大于CTF（葉→果）。結果表明，葉向果實的Cd 轉運系數小于根向莖和莖向葉的Cd 轉運系數，Cd 轉運系數平均值按大小順序為根向莖＞莖向葉＞葉向果，這可能為果實Cd富集能力小于莖、葉、根的關鍵因子。

表2 不同辣椒品種各部位之間的Cd轉運系數

2.3 不同辣椒品種果實Cd富集系數差異分析

Cd 富集系數是反映植物中Cd 累積的重要指標。不同辣椒品種果實Cd 富集系數如圖1 所示。由圖可見，所有辣椒品種中，僅有金珠7 號果實Cd 富集系數均小于1，其余辣椒品種Cd 富集系數均大于或等于1。其中，最低的品種為金珠7 號，果實Cd 富集系數為0.99，最高的品種為草莓椒2 號，果實Cd 富集系數為2.24，辣椒品種草莓椒2 號較世農錄森的果實Cd 富集系數大126.26%（p＜0.05）；金珠7 號的果實Cd 富集系數顯著小于草莓椒2 號、艷椒335、紅亮大將軍、長子彈、黔辣10 和銳秀（p＜0.05），與湘秀137、黔椒8 號、金珠7 號、龍艷2 號無顯著差異（p＞0.05）。結果表明，辣椒品種是影響果實Cd 富集系數的重要因子，在本研究區鎘污染土壤（0.42 mg·kg-1）中種植這11 個辣椒品種，金珠7 號對土壤中Cd 富集能力最弱。

圖1 十一個辣椒品種的果實Cd富集系數

2.4 不同辣椒品種根向地上部的Cd 轉運系數差異分析

不同辣椒品種根向地上部的Cd 轉運系數如圖2所示，所有品種中，根向地上部的Cd 轉運系數最大的為黔辣10（4.17），最小的為世農錄森（2.87），其余辣椒品種的根向地上部的Cd 轉運系數在2.93～4.05，按根向地上部的Cd 轉運系數由大到小為黔辣10＞龍艷2 號＞金珠7 號＞草莓椒2 號＞湘秀137＞長子彈＞銳秀＞艷椒335＞紅亮大將軍＞黔椒8 號＞世農錄森。其中，世農錄森的根向地上部的Cd 轉運系數顯著小于湘秀137、長子彈、金珠7 號、龍艷2 號、草莓椒2 號、黔辣10 和銳秀（p＜0.05），與艷椒335、黔椒8 號、紅亮大將軍無顯著差異（p＞0.05）。綜上，世農錄森為根向地上部的Cd 轉運系數最小的辣椒品種。

圖2 十一個辣椒品種根向地上部的Cd轉運系數

2.5 果實Cd含量與不同Cd轉運系數相關性分析

辣椒果實Cd 含量與不同Cd 轉運系數相關性分析如圖3 所示。由圖3A 可見，果實Cd 含量與莖向果實的Cd 轉運系數呈線性正相關，由圖3B 可見，果實Cd含量與葉向果實的Cd 轉運系數呈線性正相關，果實Cd 含量會隨Cd 轉運系數的增大而增大，隨Cd 轉運系數的減小而減小。莖葉向果實的Cd 轉運系數是果實Cd累積的關鍵因子。

圖3 不同Cd轉運系數與果實Cd含量相關性

3 討論與結論

目前，我國土壤環境質量不斷下降，土壤重金屬污染問題日益嚴重。大量研究表明，土壤鎘污染已對糧食安全造成嚴重影響，植物中過量鎘累積會抑制植物光合作用、呼吸作用等，進而影響植物正常生長發育，導致農作物品質和產量的降低[17]，甚至威脅人體健康，人體內過量鎘蓄積會造成腎、肺、生殖系統等器官損傷，并具有長潛伏期、不可逆損傷等特點[18]，因此，鎘低富集農作物品種的篩選已刻不容緩。辣椒作為我國蔬菜種植面積的第二位[19]，且具有較強Cd富集能力[9]，在鎘污染地區種植易造成果實中Cd 含量超出標準限值，因此辣椒鎘污染問題不容小視。貴州作為辣椒種植面積位居全國第一的地區[8]，且具有較為完善的辣椒產業，耕地土壤具有較高Cd 背景值[4]，導致貴州面臨嚴重的辣椒鎘污染風險；辣椒可通過食物鏈進入人體，進而食用辣椒可能對人體具有潛在健康風險。目前，降低辣椒鎘累積具有多種方式，郭永杰等發現施用葉面阻控劑可降低辣椒產品中Cd 含量[20]，劉峰等通過辣椒品種篩選在71 個品種中篩選出5 個辣椒低Cd累積品種[21]，文雄等發現施加海泡石可顯著降低辣椒果實中的Cd富集系數[22]，王磊等發現施加鉀肥不僅可降低果實中Cd含量，還可提高辣椒產量[23]。這些不同方式對不同地區辣椒產業發展具有重要意義，為降低辣椒鎘累積提高了更多實踐方案。

前人研究表明，不同辣椒品種具有不同Cd轉運系數和富集能力[24]，不同土壤類型中辣椒各部位Cd轉運能力均有差異，造成各部位Cd含量不同[25]。本研究區土壤類型主要為黃壤和石灰土，所有辣椒品種中，艷椒335、黔椒8 號、金珠7 號、世農錄森、龍艷2 號、紅亮大將軍、草莓椒2 號、黔辣10 和銳秀辣椒不同部位中Cd 含量呈葉＞莖＞根＞果實，湘秀137 和長子彈不同部位中Cd含量呈莖＞葉＞根＞果實，所有品種均為果實中Cd含量最低，這與楊曉磊等[26]研究一致。該研究結果顯示，莖葉向果實的Cd轉運系數與辣椒果實Cd 含量呈極顯著正相關，這與趙首萍等[27]研究一致；所有品種中果實Cd 含量最低的為金珠7 號和世農錄森，果實Cd 富集系數最弱的為金珠7 號，其中，所有辣椒品種中，莖向葉的Cd 轉運系數最大的為金珠7號，葉向果實的Cd 轉運系數最小的也為金珠7 號，而金珠7 號為果實Cd 富集系數最弱的品種，這表明辣椒地上部營養器官（莖葉）對Cd的再分配能力可能會影響果實中Cd含量，這與邵曉慶等[28]研究一致。綜上所述，本研究中，在本研究區鎘污染土壤中種植此11個辣椒品種，果實Cd 富集能力最弱的為金珠7 號，但其果實Cd 含量仍超出《綠色食品 辣椒制品》（NY/T1711-2020）中標準限值（0.1 mg·kg-1）。