全 文 ：© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
园 艺 学 报 2007, 34 (2) : 407 - 410
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2006 - 11 - 27; 修回日期 : 2007 - 01 - 18
基金项目 : 国土资源部与江苏省政府合作项目 ( [ 2003 ]019201)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: srguo@ njau1edu1cn)
茭白对苇末基质中镉的生理反应及其镉的残留
江解增 1, 2 , 黄凯丰 2 , 杨 凯 2 , 卞晓东 2 , 黄东林 2 , 曹碚生 2 , 郭世荣 13
(1 南京农业大学园艺学院 , 南京 210095; 2 扬州大学水生蔬菜研究室 , 江苏扬州 225009)
摘 要 : 以茭白 ( Z izan ia la tifolia Turcz. ) 单季茭品种 ‘蒋墅茭 ’和双季茭品种 ‘葑红早 ’为试材 ,
采用苇末基质栽培方式进行不同浓度 Cd2 +胁迫处理 , 测定其生长过程中部分生理指标及肉质茎中 Cd2 +残
留含量的变化。结果表明 : 处理近两个月后 , 茭白叶片和根系中可溶性蛋白含量及净光合速率等在 Cd2 +浓
度为 25 mg·L - 1时高于对照 , 然后随浓度升高逐渐降低 ; POD和 PPO活性随 Cd2 +浓度升高而增加 , 直至
200 mg·L - 1才出现降低 ; 各处理肉质茎中 Cd2 +的残留量均未超过无公害蔬菜国家标准的限量值 , 葑红早
各处理同比均高于蒋墅茭 , 而且其第 2年夏茭肉质茎中的 Cd2 +含量显著高于第 1年的秋茭。表明茭白对
Cd2 +的忍耐性较强 , 虽然产品器官中的残留含量随处理时间延长而呈增加趋势 , 但生物富集程度较低。
关键词 : 茭白 ; 镉 ; 残留含量
中图分类号 : S 64512 文献标识码 : A 文章编号 : 05132353X (2007) 0220407204
Influence of Cadm ium on M etabolism and Its Residua l Quan tity in Ga ll of
Zizan ia la tifolia Cultured in Reed Sed im en t Substra te
J IANG J ie2zeng1, 2 , HUANG Kai2feng2 , YANG Kai2 , B IAN Xiao2dong2 , HUANG Dong2lin2 , CAO Bei2
sheng2 , and GUO Shi2rong13
(1 College of Horticulture, N an jing A gricu ltura l U niversity, N anjing 210095, China; 2A quatic V egetable Research Institu te, Yang2
zhou U niversity, Yangzhou, J iangsu 225009, Ch ina)
Abstract: Changes of some physiological and biochem ical indexes in leaves and roots of the Z izan ia la ti2
folia were studied with single2harvested cultivar J iangshujiao and double2harvested cultivar Fenghongzao which
cultured in reed sediment substrate with different Cd2 + concentrations. The Cd2 + residues in Z izan ia gallswere
also determ ined. The results showed that, after about 2 months of treatment, the soluble p rotein content and
net photosynthetic rate of functional leaves arrived the maximum when the Cd2 + concentration was 25 mg·
L - 1 , and then decreased with increasing Cd2 + concentration. The activities of POD, PPO increased with the
increasing Cd2 + concentration until 200 mg·L - 1. The Cd2 + residues in Z izan ia galls in all treatments were
lower than the national maximum residue standards of non2polluted vegetables. The Cd2 + residues in Feng2
hongzao galls were higher than those in J iangshujiao in all treatments. The Cd2 + accumulation in next summer2
harvested galls was higher observably than those in first2autumn2harvested galls of Fenghongzao. It is consid2
ered that the Z izan ia la tifolia has a high tolerance to Cd2 + stress while has a low Cd2 + bio2enrichment in the
edible organ. A significant positive correlation was observed between the Cd2 + residual quantity in the galls
and the time of Cd2 + treatment.
Key words: Z izan ia la tifolia; Cadm ium; Residue
水生植物对重金属有很强的吸收积累能力 (黄亮 等 , 2002)。各种工业废液和固体废弃物浸出
液若直接排入水体使有毒重金属元素的含量越来越多 , 严重危害人们的健康。研究重金属污染对水生
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园 艺 学 报 34卷
蔬菜生长发育的影响及其产品器官对重金属的积累能力 , 对于蔬菜食品的卫生安全具有重要的指导意
义。本试验利用江苏特色水生蔬菜茭白 ( Z izan ia la tifolia Turcz. ) 为试材 , 对此进行研究。
1 材料与方法
试验在扬州大学进行。2004年 4月中旬 , 以镇江造纸厂生产的蔬菜专用 “苇末基质 ”为栽培基
质 , 其 Cd2 +含量为 0118 mg·kg- 1 (程斐 等 , 2001) , 按 20 cm厚度铺设到每个试验水池 , 每个水池
长 115 m、宽 1 m、深 015 m , 灌水至 30 cm并在试验过程中保持该水位。5月 8日 , 将两个代表性品
种单季茭 ‘蒋墅茭 ’和双季茭 ‘葑红早 ’的小墩定植于水泥池中 , 每小墩有 5枝小苗 , 间距为 30 cm
×35 cm, 每池中均栽两品种各 6墩 , 品种间用滤网分隔。
待茭白植株返青成活、长出新叶后 , 于 5月 25日 , 按栽培基质和水的总体积为准设置 Cd2 +浓度
为 25、50、100、200 mg·L - 1 , 向池中均匀投放化学纯的 CdCl2 ·215H2 O, 设空白对照 , 3次重复。
当年秋茭及葑红早翌年夏茭生长过程中 , 分别在返青、分蘖期按 225 kg·hm - 2用量施入尿素 , 在孕
茭期的 3周前按 375 kg·hm - 2施入 45%三元复合肥。管理过程中所有枯叶均捺入水池中沤烂 , 以尽
量避免重金属的损失。
2004年 7月 10日分别采集各处理植株的倒 3片 (从顶叶起 ) 功能叶片及其白色根系 , 叶片测定
可溶性蛋白质含量 , 细胞膜透性 , 过氧化物酶 ( POD )、多酚氧化酶 ( PPO )、苯丙氨酸解氨酶
( PAL)、过氧化氢酶 (CAT)、超氧化物歧化酶 ( SOD ) 的活性 , 测定根系的可溶性蛋白质含量 , 细
胞膜透性和根系活力 (杨居荣 等 , 1996; 李兆君 等 , 2004)。
7月 14日测定各处理典型茎蘖的倒 3片功能叶中部的叶绿素含量及净光合速率。叶绿素含量用
日本 “SPAD2502”叶绿素仪测定 , 净光合速率用美国 L I2COR公司的 L I26400型便携式光合仪测定 ,
测定时间在 10～14时 , 阳光正常照射 , 光量子通量密度的变幅为 1 780～2 100μmol·m - 2 ·s- 1。各
处理均 6次重复。
在 2004年秋茭采收盛期 (蒋墅茭为 9月 15日 , 葑红早为 10月 5日 ) 和 2005年葑红早夏茭采收
盛期 (5月 25日 ) , 在各处理及重复群体采收的产品器官肉质茎中各随机选取 3个 , 剥除叶鞘 , 分别
称取鲜质量 , 切片置烘箱中 105℃杀青 30 m in, 75℃烘干 , 称取干质量 , 粉碎机粉碎后 100目过筛 ;
按 GB184061122001的规定 , 用美国 Thermo Elemental公司的 “SOLAAR S4”型原子吸收光谱仪测定
Cd2 +含量。
2 结果与分析
211 Cd2 +对茭白生理指标的影响
由表 1可知 : 在苇末基质栽培下 , 茭白叶片和根的可溶性蛋白含量品种间稍有差异 , 整体上有随
Cd2 +处理浓度上升而下降的趋势 , 说明高浓度 Cd2 +处理对茭白生长产生抑制作用。
根系活力随 Cd2 +处理浓度上升而呈明显的下降趋势 , 也说明随 Cd2 +处理浓度的提高 , 对茭白的
抑制作用增强 , 品种间以蒋墅茭在较高浓度处理下降幅度较大 , 可能与蒋墅茭长势较弱相关。
叶片和根系的细胞膜透性均随 Cd2 +处理浓度的上升而增加 , 较低浓度处理与对照间差异不显著 ,
根系细胞膜透性的上升幅度显著大于叶片。品种间葑红早各处理同比均高于蒋墅茭 , 这可能与葑红早
的长势较强、总体吸收能力较高相关。
两品种叶片叶绿素含量及其净光合速率的变化表明 , 低浓度 Cd2 +处理叶绿素含量基本没有变化 ,
净光合速率还有所提高 ; 而高浓度处理的叶绿素含量及净光合速率均随处理浓度的进一步增加而明显
下降 , 但叶片叶绿素含量的降幅相对较小 , 说明较高的 Cd2 +浓度处理下 , 茭白叶片叶绿素的总体含
量虽然降幅不大 , 但其光合性能已明显下降。品种间则以葑红早同比高于蒋墅茭。
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2期 江解增等 : 茭白对苇末基质中镉的生理反应及其镉的残留
由上述生理指标可以看出 , 较低浓度的 Cd2 +处理对茭白的生长影响不大 , 高浓度则起抑制作用 ,
说明苇末基质栽培条件下茭白对重金属 Cd2 +在 25 mg·L - 1的较低浓度下具有较强的耐性 , Cd2 +超过
50 mg·L - 1则生长受到明显抑制。
表 1 Cd2 +对茭白叶片及根系生理指标的影响
Table 1 Effect of Cd2 + stress on physiolog ica l indexes in leaves and roots of Z izan ia la tifo lia
品种
Cultivar
Cd2 +
(mg·L - 1 )
可溶性蛋白
Soluble p rotein
(mg·g - 1 FM)
叶 Leaf 根 Root
根系活力
Activity of root
(μg·g - 1 ·
h - 1 FM)
细胞膜透性
Membrane permeability
( % )
叶 Leaf 根 Root
叶绿素含量
Content of
chlorophyll
( SPAD)
Pn
(μmol·
m - 2 ·s - 1 )
蒋墅茭 对照 Control 2919a 5104b 0146a 2810b 3610b 43167a 12148a
J iangshujiao 25 2916a 6192a 0138b 2817ab 3712b 43165a 13184a
50 2910a 5111b 0130c 2915ab 4413a 41150ab 11116ab
100 2213b 5102b 0126c 3010ab 4515a 41118ab 10180b
200 2013b 4185b 0113d 3112a 4511a 40192b 8158c
葑红早 对照 Control 2717a 5171ab 0142a 3016b 4913c 46102a 16145b
Fenghongzao 25 2719a 5190a 0140a 3018b 5111c 45110a 19152a
50 2414ab 4173b 0139a 3618a 6217b 43103ab 12127c
100 2414ab 4171b 0138a 3810a 6910ab 42172b 11138cd
200 2216b 4172b 0120b 3913a 7210a 42156b 9156d
P≤0105。
212 Cd2 +处理对茭白保护酶活性的影响
由表 2可见 , 两品种叶片的 POD、PPO和 PAL活性 , 均在 Cd2 + 100 mg·L - 1及其以下浓度时随
其浓度上升而增加 , 在 Cd2 + 200 mg·L - 1时则呈现明显下降趋势 , 而根系活力、叶片净光合速率等生
理指标在 Cd2 + 50 mg·L - 1处理时即呈下降趋势。
表 2 Cd2 +对茭白叶片保护酶活性的影响
Table 2 Effect of Cd2 + stress on the activ ities of som e protective enzym es in leaves of Z izan ia la tifo lia
品种
Cultivar
Cd2 +
(mg·L - 1 )
POD
(OD470 ·g - 1 ·
m in - 1 FM)
PPO
(OD495 ·g - 1 ·
m in - 1 FM)
PAL
(OD290 ·g - 1 ·
m in - 1 FM)
CAT
(△OD240 ·g - 1 ·
m in - 1 FM)
SOD
(OD560 ·g - 1 ·
m in - 1 FM)
蒋墅茭 对照 Control 6105c 5120c 8119c 9128a 3194ab
J iangshujiao 25 7150c 6163bc 10160bc 8182ab 4199a
50 9100b 7110b 12180b 7128ab 3182ab
100 12110a 8193a 15130a 6196bc 3140b
200 7150c 7178ab 11130bc 5156c 3110b
葑红早 对照 Control 6185c 5160b 12130b 8120a 4100a
Fenghongzao 25 15140a 8130a 13110ab 7108ab 4101a
50 12192b 10160a 13150ab 6124ab 4130a
100 12180b 10100a 14150a 5198bc 3193ab
200 8100c 10150a 7110c 5140c 3147b
P≤0105。
CAT活性则表现为各处理均低于对照 , 且随处理浓度升高而下降。
各处理 SOD活性的变化与根系活力、叶片净光合速率等的变化趋势相似 , 但蒋墅茭仅在 Cd2 + 25
mg·L - 1的较低浓度下活性有所增加 , 以后下降 , 而葑红早则在 Cd2 + 100 mg·L - 1的较高浓度处理下
才开始下降。
品种间表现为葑红早的保护酶活性总体高于蒋墅茭 , 这可能与葑红早长势较强的品种特性相关 ,
也说明葑红早对 Cd2 +的忍耐性要比蒋墅茭强。结合生理指标及保护酶活性的试验结果 , 表明茭白对
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重金属 Cd2 +具有较强的忍耐能力 (杨居荣 等 , 1996)。
213 肉质茎中 Cd2 +残留含量比较
茭白产品器官肉质茎中的 Cd2 +残留随 Cd2 +
处理浓度的升高而增加 (表 3) , 但即使在 Cd2 +
200 mg·L - 1的高浓度下 , 肉质茎中的 Cd2 +含量
仍未超过无公害蔬菜产品国家标准 ( GB 18406112
2001) 的限量值 ( 50μg·kg- 1 FM ) ; 其生物富
集程度总体较低 , 最高的生物富集系数 (生物体
内污染物的浓度与其生存环境中该污染物浓度的
比值 ) 也仅为 0187% (葑红早对照的夏茭 ) , 属
于低富集 , 说明在苇末基质栽培条件下 , 茭白产
品器官对重金属 Cd2 +的积累较少 ; 品种间则以葑
红早明显高于蒋墅茭。
表 3 不同浓度 Cd2 +处理下茭白肉质茎中 Cd2 +残留量
Table 3 Cd2 + residues in Zizan ia ga ll under d ifferen t
concen tra tion s of Cd2 + trea tm en t (μg·kg - 1 FM)
Cd2 +
(mg·L - 1 )
当年秋茭
Gall in same autumn
蒋墅茭
J iangshujiao
葑红早
Fenghongzao
翌年夏茭
Gall in next summer
蒋墅茭
J iangshujiao
葑红早
Fenghongzao
对照 Control 0176d 1124d / 1156d
25 4151c 7124c / 25170c
50 6144b 7155c / 32150b
100 6170b 12190b / 37140b
200 9184a 14100a / 48180a
P≤0105。
由表 3还可以明显看出 , 双季茭品种葑红早在第 2年采收的夏茭肉质茎中 Cd2 +含量显著高于当
年的秋茭 , 说明随处理时间的增加 , 植株各器官 Cd2 +积累量也相应增加。茭白对 Cd2 +的忍耐能力较
强 , 在试验过程中看到即使在较高的 Cd2 +浓度处理下 , 所有参试植株均能较正常生长。茭白在污染
区域内多年种植情况下 , 产品器官污染物积累的变化 , 需进一步追踪试验。
苇末基质的主要成分为生物有机质 , 含有大量活性基团 , 对重金属离子具有较高的吸附性能
(李波 等 , 2000)。本试验即使设置高浓度 Cd2 +处理 , 产品肉质茎中 Cd2 +含量仍然很低 , 很可能是
由于栽培基质大量固定束缚 Cd2 +离子而使植株吸收积累量下降所致 , 尚需采用常规土壤栽培进一步
验证。按照无公害蔬菜生产的国家标准 , 无论是栽培环境还是栽培产品 , 对重金属含量的测定均以总
量为准。本试验结果得出启示 : 通过大量施用有机肥料或采用各种途径提高栽培介质中有机质含量 ,
可保证一定 Cd2 +污染环境下茭白产品的安全质量。
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