生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào) 2023 39 6 788 794 Journal of Ecology and ural Environment 收稿日期 2022 01 05 基金項(xiàng)目 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 2017YFD0801004 通信作者 E mail bear swu edu cn DOI 10 19741 j issn 1673 4831 2022 0277 羅玲 吳小華 廖紫君 等 葉面噴施鋅 硅對(duì)萵筍鎘累積的影響 J 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào) 2023 39 6 788 794 LUO Ling WU Xiao hua LIAO Zi jun et al Effect of Zinc Silicon Foliar Sprays on Cadmium Accumulation in Lettuce Plants J Journal of Ecology and ural Environment 2023 39 6 788 794 葉面噴施鋅 硅對(duì)萵筍鎘累積的影響 羅 玲 1 2 吳小華 1 廖紫君 1 張萌越 1 陳玉成 1 2 王 洋 3 楊志敏 1 1 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 重慶市 生態(tài)環(huán)境局農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶 400716 2 重慶市能源生物資源開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶 400716 3 重慶市江津區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 重慶 402260 摘要 為探索葉面噴施鋅 Zn 硅 Si 阻控劑對(duì)減少輕污染土壤中萵筍 Cd 累積的效應(yīng) 對(duì) Cd 在萵筍各器官的積 累 亞細(xì)胞的分布以及形態(tài)變化等開(kāi)展了研究 結(jié)果表明 葉面噴施 Zn Si 后 可食部位 Cd 含量可降低 10 51 45 09 噴施 Zn 阻控劑和 60 mmol L 1 Si 阻控劑的處理萵筍可食部位 Cd 含量均低于 GB 2762 2017 食品安全 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量 阻控劑施用濃度是影響萵筍 Cd 累積的主要因素 高濃度阻控劑降 Cd 效果優(yōu)于低 濃度 葉面噴施處理促進(jìn) Cd 由活性態(tài)向非活性態(tài)轉(zhuǎn)化 萵筍各器官的氯化鈉提取態(tài) Cd 占比顯著增加 根 莖 葉 活性態(tài) Cd 含量占比分別降低 75 83 60 38 80 03 葉面噴施均顯著減少根部細(xì)胞器 Cd 的分配比例 莖 葉 部細(xì)胞器 Cd 分配比例降幅達(dá) 30 以上 葉面噴施 Zn Si 降低了重金屬 Cd 在萵筍根部的活性 進(jìn)而阻控 Cd 在萵 筍可食部位的積累 關(guān)鍵詞 鎘 萵筍 鋅 硅 葉面噴施 中圖分類(lèi)號(hào) X56 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號(hào) 1673 4831 2023 06 0788 07 Effect of Zinc Silicon Foliar Sprays on Cadmium Accumulation in Lettuce Plants LUO Ling 1 2 WU Xiao hua 1 LI AO Zi jun 1 ZHANG Meng yue 1 CHEN Yu cheng 1 2 WANG Yang 3 YANG Zhi min 1 1 College of esources and Envi ronment Southwest University Chongqing Municipal Key Laboratory of Soil Pollution isk Control of Agricultural Land Chongqing Municipal Bureau of Ecology and Environment Chongqing 400716 China 2 Chongqing Key Laboratory of Energy and Biological esources Development Chongqing 400716 China 3 Agricultural Technology Extension Center of Jiangjin District Chongqing 402260 China Abstract The objective of this study is to explore the effect of applying zinc Zn and silicon Si as foliar sprays on the accumulation of cadmium Cd in lettuce plants growing in lightly Cd polluted soil The Cd contents in various organs of lettuce and its subcellular distribution patterns were determined and the morphological responses of lettuce plants were an alyzed The results of the study show that foliar spraying with Zn and Si reduced the Cd contents in edible parts of lettuce plants by 10 51 45 09 The Cd content in the edible parts of lettuce treated with Si was lower than the limit specified in the national food safety standard The concentration of Zn Si was the main factor affecting the accumulation of Cd in let tuce with higher concentrations having a stronger effect to reduce Cd accumulation Foliar spraying with Si or Zn promoted the conversion of Cd from an active to an inactive state significantly increased the proportion of sodium chloride extracted Cd in various organs of lettuce and reduced the proportion of active Cd in the roots stems and leaves by 75 83 60 38 and 80 03 respectively Foliar spraying with Si or Zn significantly reduced the distribution of Cd in root or ganelles and reduced the distribution of Cd in stem and leaf organelles by more than 30 Foliar spraying with Zn and Si could reduce the activity of the heavy metal Cd in lettuce roots and prevent and control Cd accumulation in the edible parts of lettuce plants Key words Cd lettuce Zn Si foliar spraying 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人們飲食結(jié)構(gòu)的變化 蔬菜 已經(jīng)成為我國(guó)種植業(yè)中僅次于糧食的第二大農(nóng)作 物 1 萵筍作為人們喜食的蔬菜在我國(guó)廣為種植 相關(guān)研究表明 我國(guó)農(nóng)業(yè)土壤中有一定的重金屬污 第 6 期 羅 玲等 葉面噴施鋅 硅對(duì)萵筍鎘累積的影響 789 染超標(biāo)率 且以中輕度污染為主 2 MI 等 3 對(duì)不同 程度 Cd 污染土壤中 10 種萵筍的安全性評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn) 輕度污染土壤 Cd 含量為 0 39 mg kg 1 中種植的 6 種萵筍 Cd 累積量超過(guò)國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn) 其余 4 種接 近臨界值 表明萵筍較易受到來(lái)自土壤的重金屬污 染 重金屬 Cd 脅迫對(duì)蔬菜生長(zhǎng)表現(xiàn)出明顯的抑制 作用 會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)植株矮小 生長(zhǎng)遲緩 退綠 產(chǎn) 量下降 品質(zhì)下降等現(xiàn)象 4 葉面噴施阻控劑是一種操作簡(jiǎn)便 可實(shí)現(xiàn)邊修 復(fù)邊生產(chǎn)的重金屬污染農(nóng)地安全利用技術(shù) 含 Zn Si 的葉面阻控劑目前廣泛應(yīng)用于水稻 小麥等作 物 可顯著降低重金屬在籽粒中的累積 1 5 其主 要機(jī)理為 Zn 作為與 Cd 化學(xué)物理性質(zhì)相近的生命 必需元素 在質(zhì)膜中與 Cd 同用一個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng) 其離 子與 Cd 2 之間具有重要的拮抗效應(yīng) 可有效競(jìng)爭(zhēng)植 物細(xì)胞內(nèi)的吸附位點(diǎn)和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 6 從而影響 Cd 在土壤 植物系統(tǒng)中的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程 Si 與 Cd 可在 帶有大量負(fù)電荷基團(tuán)的植株細(xì)胞壁發(fā)生絡(luò)合沉 淀 7 增強(qiáng)細(xì)胞壁對(duì) Cd 的吸附 將 Cd 區(qū)隔于細(xì)胞 壁中 8 降低 Cd 在質(zhì)外體的運(yùn)輸 9 以此阻控作物 對(duì) Cd 的轉(zhuǎn)運(yùn) 降低可食用部位 Cd 含量 10 關(guān)于蔬 菜種植葉面噴施阻控劑的研究主要集中在改善生 長(zhǎng)品質(zhì) 營(yíng)養(yǎng)狀況 光合特性等方面 含 Zn Si 的葉 面阻控劑能否有效阻控蔬菜對(duì)污染土壤中重金屬 的累積 及其在器官及細(xì)胞水平的分布及變化規(guī)律 鮮見(jiàn)報(bào)道 該研究通過(guò)盆栽試驗(yàn) 研究 Zn Si 葉面阻控劑 的施用對(duì)輕污染土壤蔬菜 Cd 累積的阻控效應(yīng) 并 從亞細(xì)胞分布 形態(tài)轉(zhuǎn)化等方面探索其阻控機(jī)制 研究結(jié)果可豐富農(nóng)用地重金屬污染防治理論 為農(nóng) 產(chǎn)品安全生產(chǎn)提供技術(shù)支撐 1 材料與方法 1 1 試驗(yàn)材料 土壤采自西南大學(xué)紫色土監(jiān)測(cè)基地 將 CdCl 2 溶解后投加于土壤中 土壤水分條件為田間最大持 水量的 80 充分混勻 室溫條件下陳化 4 個(gè)月以制 備輕度污染土壤 供試土壤 pH 值為 7 9 有機(jī)質(zhì)含 量為 16 51 g kg 1 堿解氮 速效磷 速效鉀含量分 別為 56 29 32 49 284 65 mg kg 1 全 Cd 有效 Cd 含量分別為 0 8 0 4 mg kg 1 全 Zn 有效 Zn 含量 分別為 93 66 0 69 mg kg 1 萵筍 Lactuca sativa 幼苗為當(dāng)?shù)仄贩N 科興尖 葉九號(hào) 葉面噴施肥為 EDTA Zn 和 ZnSO 4 優(yōu)級(jí) 純 購(gòu)自阿拉丁試劑 上海 有限公司 Si 噴施肥 主 要成分為二氧化硅溶膠 Si 質(zhì)量濃度為 85 g L 1 購(gòu)自佛山市鐵人環(huán)?？萍加邢薰?1 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用盆栽進(jìn)行 每個(gè)盆缽裝土 3 5 kg 種 植 4 株三葉一心 大小均勻的萵筍幼苗 移栽前施 入復(fù)合肥 采用稱(chēng)重法保持土壤水分 試驗(yàn)選取 3 種葉面噴施試劑 各 2 個(gè)濃度梯度 共 6 個(gè)處理組 設(shè)置 1 個(gè)空白對(duì)照噴施組 CK 表 1 表 1 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì) Table 1 Design of pot experiments 處理編號(hào) 噴施試劑 噴施濃度 mmol L 1 CK 去離子水 0 MSZn ZnSO 4 5 mSZn ZnSO 4 0 4 MEZn EDTA Zn 5 mEZn EDTA Zn 0 4 MSi SiO 2 溶膠 60 mSi SiO 2 溶膠 30 種植 30 d 時(shí)噴施第 1 次 45 d 時(shí)噴施第 2 次 每株每次噴施 10 mL 葉片上 下表面均勻布霧 液 體未流下 第 1 次噴施后每 5 d 進(jìn)行整株采樣 采 集的萵筍用去離子水洗去表面土壤及灰塵 放入烘 箱 110 殺青 30 min 之后 于 75 烘干至恒重 粉 碎過(guò) 0 25 mm 孔徑篩 保存待測(cè) 1 3 測(cè)定項(xiàng)目與方法 1 3 1 萵筍總 Cd 和不同形態(tài) Cd 含量 萵筍總 Cd 含量用火焰原子吸收分光光度法測(cè) 定 萵筍中不同化學(xué)形態(tài) Cd 組分的提取采用不同 極性化學(xué)試劑的逐步提取法 11 12 逐步提取步驟如 表 2 所示 1 3 2 萵筍中 Cd 的亞細(xì)胞組分分布 萵筍亞細(xì)胞組分提取采用差速離心法 12 13 稱(chēng) 取預(yù)先冰凍好的樣品 加入預(yù)冷提取液 0 25 mol L 1 蔗糖 50 mmol L 1 三羥甲基氨基甲烷 鹽酸緩 沖液 pH 值 7 5 和 1 mmol L 1 巰基乙醇 將樣品 研磨成勻漿 在 4 下采用不同轉(zhuǎn)速依次離心 按 2 400 r min 1 離心 15 min 離心半徑 13 cm 得到 沉淀部分為細(xì)胞壁組分 F 1 將上清液以 10 000 r min 1 離心 30 min 離心半徑 47 7 mm 此時(shí)上 清液為含核糖體和液泡的細(xì)胞液 胞質(zhì)溶膠及內(nèi)含 物的細(xì)胞可溶部分 F 2 沉淀部分即細(xì)胞器組分 F 3 將各組分加酸消煮后測(cè)定 Cd 含量 1 4 數(shù)據(jù)處理 根到葉的轉(zhuǎn)移系數(shù) TF 為葉部 Cd 含量與根部 Cd 含量的比值 采用 Microsoft Excel 2010 和 Origin 790 生 態(tài) 與 農(nóng) 村 環(huán) 境 學(xué) 報(bào) 第 39 卷 Pro 8 5 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及圖表繪制 采用 SPSS 19 0 軟件進(jìn)行 Duncan 檢驗(yàn) P 0 05 和 Pearson 相 關(guān)性分析 表 2 萵筍 Cd 形態(tài)逐步提取法 Table 2 Stepwise extraction method for different Cd forms in lettus plants 步驟 形態(tài) 提取劑 提取方法 1 以硝酸鹽 氯化物為主的無(wú)機(jī)鹽和氨基酸鹽結(jié)合態(tài)重金 屬等 80 乙醇 10 mL 提取劑 220 r min 1 25 振蕩 22 h 4 000 r min 1 離心 10 min 離心半徑 13 5 cm 倒出上清 液 再加入 10 mL 提取劑 220 r min 1 25 振蕩 2 h 4 000 r min 1 離心 10 min 離心半徑 10 cm 倒 出上清液 剩余沉淀為殘?jiān)鼞B(tài) 2 水溶性有機(jī)酸鹽 去離子水 3 果膠酸鹽與蛋白質(zhì)結(jié)合態(tài)或吸附態(tài)重金屬等 1 mol L 1 氯化鈉 4 磷酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬 2 醋酸 5 重金屬草酸鹽等 0 6 mol L 1 鹽酸 6 殘?jiān)鼞B(tài) 2 結(jié)果與討論 2 1 葉面噴施對(duì)萵筍 Cd 累積的影響 2 1 1 收獲期萵筍可食部位 Cd 含量 GB 2762 2017 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污 染物限量 規(guī)定 葉菜蔬菜 Cd 限量值為 0 2 mg kg 1 收獲期可食部位 Cd 含量見(jiàn)圖 1 各處理設(shè)計(jì)見(jiàn)表 1 圖 1 收獲期萵筍可食部位 Cd 含量 Fig 1 Cd contents in edible parts of lettuce after harvest 如圖 1 所示 CK 葉部 Cd 含量超標(biāo) 葉面噴施 后 除 mSi 處理葉部 Cd 含量超標(biāo)以外 其余處理可 食部 位 Cd 含 量 顯 著 降 低 降 幅 達(dá) 10 51 45 09 P 0 05 均低于 GB 2762 2017 限量值 高濃度的 Zn Si 葉面阻控劑降 Cd 效果均顯著優(yōu)于 低濃度的葉面阻控劑 在萵筍莖部 Zn 能顯著降低 莖部 Cd 含量 22 94 45 09 P 0 05 60 和 30 mmol L 1 的 Si 阻控劑能使莖部 Cd 含量分別降低 31 11 和 22 91 P 0 05 Zn 阻控劑對(duì) Cd 積累 的抑制效果明顯優(yōu)于 Si 阻控劑 2 種 Zn 阻控劑之間 差異不顯著 在萵筍葉部 Zn 能使 Cd 含量顯著降 低 10 51 25 48 P 0 05 高濃度 Si 阻控劑使 葉部 Cd 含量顯著降低 30 66 P 0 05 低濃度 Si 阻控劑對(duì)葉部 Cd 含量無(wú)顯著影響 不同處理比 較而言 萵筍莖葉部 Cd 積累量為 MSi MEZn MSZn 不同處理間差異顯著 P 0 05 CK 處理下 萵筍根部吸收的 Cd 持續(xù)向地上部轉(zhuǎn)運(yùn) 使得莖 葉 部 Cd 含量增加 葉面噴施降低了萵筍從根部向地 上部轉(zhuǎn)運(yùn) Cd 的能力 截留 Cd 于根部 葉面噴施處 理根部 Cd 含量沒(méi)有如 CK 隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而降低 EDTA Zn 降 Cd 效果優(yōu)于 ZnSO 4 這可能是因?yàn)榻j(luò) 螯 合劑可增加金屬離子的溶解性 利于萵筍葉片 對(duì) Zn 的 吸 收 從而提高葉面噴施的降 Cd 效果 14 15 2 1 2 Cd 轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的動(dòng)態(tài)變化 CK 處理下 TF 根 莖 TF 根 葉 隨萵筍生育期延長(zhǎng)逐 漸增大 圖 2 即根部吸收的 Cd 持續(xù)向地上部轉(zhuǎn) 移 而且轉(zhuǎn)移能力持續(xù)增大 葉面噴施的降 Cd 幅 度表現(xiàn)為莖部大于葉部 所以葉面噴施后 TF 莖 葉 較 CK 處理有所提升 但 TF 根 莖 TF 根 葉 顯著降低 且噴 施同一種阻控劑時(shí) 高濃度處理的各器官轉(zhuǎn)移系數(shù) 均小于低濃度 施 Zn 使 TF 根 莖 TF 根 葉 分別降低 58 47 73 39 47 71 62 22 施 Si 使 TF 根 莖 和 TF 根 葉 分 別 降 低 47 55 55 36 54 53 59 63 EDTA Zn 的降低效果優(yōu)于 ZnSO 4 和 SiO 2 Zn Si 葉面阻控劑有效降低了 Cd 向 萵筍可食部位的轉(zhuǎn)運(yùn) 高濃度的葉面阻控劑能將更 多 Cd 阻留在植物根部 葉面噴施處理后 萵筍根 莖 葉的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)呈 下降趨勢(shì) 均在 10 15 d 內(nèi)下降幅度達(dá)最大 即葉 面噴施的作用效果在此階段最為明顯 圖 2 因此 該研究主要分析了噴施后 15 d 時(shí)萵筍體內(nèi) Cd 的亞 細(xì)胞分布和形態(tài)轉(zhuǎn)化情況 探究葉面噴施 Zn Si 后 的作用機(jī)制 植物地上部 Cd 累積主要受根部吸收和根向地 上部轉(zhuǎn)運(yùn) 2 個(gè)過(guò)程的控制 16 根部 Cd 凈吸收量為 植株整體 Cd 累積量與根系干重的比值 能準(zhǔn)確反 第 6 期 羅 玲等 葉面噴施鋅 硅對(duì)萵筍鎘累積的影響 791 映植物根系對(duì) Cd 的吸收能力 17 轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)越大 表明蔬菜該器官對(duì)重金屬的轉(zhuǎn)運(yùn)能力越強(qiáng) 由表 3 可知 莖葉部 Cd 含量分別與 TF 根 莖 TF 根 葉 根部 Cd 凈吸收量呈極顯著正相關(guān) P 0 01 因此 該研究 中 Zn Si 處理降低萵筍地上部 Cd 含量 均是由降低 根部對(duì) Cd 的吸收和抑制 Cd 從根部向地上部轉(zhuǎn)運(yùn) 2 個(gè)過(guò)程引起的 葉部 Zn 與 Cd 莖部 Zn 與 Cd 含量 均呈極顯著負(fù)相關(guān) P 0 01 這可能是因?yàn)橹参锟?以利用相同的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)行 Cd Zn 的吸收和運(yùn)輸 如 Zn 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 OsZNT1 及重金屬 ATP 酶 OsHMA2 等 18 外源 Zn 可以促進(jìn)植物對(duì) Zn 的吸收 一方面 Zn 會(huì)與 Cd 競(jìng)爭(zhēng)這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白上的重金屬結(jié)合位 點(diǎn) 抑制 Cd 的跨膜運(yùn)輸 19 另一方面也會(huì)調(diào)控這些 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因表達(dá)和蛋白合成 20 最終抑制植物 根系對(duì) Cd 的吸收和 Cd 在體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn) 與施 Zn 相 似 莖部 Cd 與 TF 根 莖 TF 根 葉 和根部 Cd 凈吸收量呈 極顯著正相關(guān)關(guān)系 P 0 01 葉部 Cd 含量分別與 TF 根 葉 TF 莖 葉 根部 Cd 凈吸收量呈極顯著正相關(guān)關(guān) 系 P 0 01 由此可知 噴施 Si 降低萵筍地上部 Cd 含量是由抑制根部對(duì) Cd 的吸收及從根部向地上 部的轉(zhuǎn)運(yùn)所致 莖葉部 Cd 含量與根部 Zn 含量均 呈極顯著正相關(guān) P 0 01 而根部 Cd 凈吸收量與 根部 Zn 含量呈極顯著負(fù)相關(guān) P 0 01 說(shuō)明 Zn 通 過(guò)葉面噴施富集在莖葉部 對(duì) Cd 有明顯的拮抗作 用 若是聚集在根部反而會(huì)增加萵筍可食部位 Cd 的累積 OLIVE 等 21 的研究也證明 葉面噴施 ZnSO 4 可降低水稻對(duì) Cd 的吸收 其效果優(yōu)于土壤施 用處理 即葉面噴施 Zn Si 阻控劑具有推廣運(yùn)用于 蔬菜的可行性 各處理設(shè)計(jì)見(jiàn)表 1 圖 2 各時(shí)段不同處理下萵筍 Cd 的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù) Fig 2 Cd translocation factor in lettuce at different periods under different treatments 表 3 葉面噴施萵筍各器官 Cd 含量 轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)及 Zn 含量的相關(guān)性分析 Table 3 Correlation analyses of Cd content transport factor and Zn content of lettuce organs after spraying with Zn 項(xiàng)目 根部 Cd 含量 莖部 Cd 含量 葉部 Cd 含量 根部 Zn 含量 莖部 Zn 含量 葉部 Zn 含量 TF 根 莖 TF 根 葉 TF 莖 葉 根部 Cd 凈吸收量 根部 Cd 含量 0 707 0 673 0 281 0 766 0 865 0 828 0 901 0 608 0 673 莖部 Cd 含量 0 326 0 826 0 675 0 545 0 786 0 978 0 855 0 863 0 946 葉部 Cd 含量 0 410 0 381 0 824 0 668 0 748 0 822 0 922 0 453 0 960 根部 Zn 含量 0 244 0 320 0 601 0 622 0 305 0 808 莖部 Zn 含量 0 891 0 616 0 758 0 369 0 610 葉部 Zn 含量 0 851 0 880 0 647 0 776 TF 根 莖 0 852 0 730 0 055 0 916 0 841 0 921 TF 根 葉 0 375 0 696 0 672 0 678 0 588 0 908 TF 莖 葉 0 585 0 061 0 898 0 391 0 407 0 662 根部 Cd 凈吸收量 0 081 0 808 0 724 0 481 0 815 0 402 表中數(shù)據(jù)為相關(guān)系數(shù) 上三角表示施 Zn 處理 下三角表示施 Si 處理 表示 P 0 05 表示 P 0 01 2 2 葉面噴施對(duì) Cd 在亞細(xì)胞分布的影響 從噴施后 15 d 時(shí)萵筍各亞細(xì)胞組分 Cd 占比 圖 3 來(lái)看 CK 處理下根 葉部 Cd 亞細(xì)胞組分占比 表現(xiàn)為細(xì)胞壁 60 細(xì)胞可溶組分 20 30 細(xì)胞器 15 20 Cd 主要儲(chǔ)存于細(xì)胞壁中 莖 部 Cd 亞細(xì)胞組分占比為細(xì)胞壁 40 68 細(xì)胞可 溶組分 31 64 細(xì)胞器 27 68 Cd 主要儲(chǔ)存 于細(xì)胞壁和細(xì)胞可溶組分中 在萵筍根部 噴施葉 792 生 態(tài) 與 農(nóng) 村 環(huán) 境 學(xué) 報(bào) 第 39 卷 面阻控劑明顯降低了細(xì)胞器組分 Cd 占比 以高濃 度的 EDTA Zn 效果最為突出 細(xì)胞可溶組分 Cd 占 比較 CK 增加 200 09 而細(xì)胞器組分 Cd 占比顯著 降低 32 14 說(shuō)明 Zn 主要通過(guò)將 Cd 隔離在細(xì)胞 可溶部分進(jìn)而加強(qiáng)對(duì) Cd 的束縛 減緩萵筍根部 Cd 向地上部的遷移 與 CK 相比 高濃度和低濃度的 Si 阻控 劑 使 細(xì) 胞 壁 Cd 含 量 分 別 增 加 31 81 和 32 30 細(xì) 胞 器 Cd 含 量 分 別 降 低 25 11 和 14 29 表明施 Si 主要增強(qiáng)了萵筍根部的細(xì)胞壁 沉積作用 而減緩了 Cd 向可食部位的轉(zhuǎn)移和毒害 各處理設(shè)計(jì)見(jiàn)表 1 圖 3 噴施后 15 d 時(shí)萵筍各亞細(xì)胞組分 Cd 含量分布 Fig 3 Proportions of Cd in subcellular fractions of lettuce on the 15th day after spraying 在萵筍莖葉部 幾種提取態(tài)的 Cd 含量占比變 化趨勢(shì)與根部基本一致 與 CK 相比 葉面噴施 Zn 阻控劑使莖 葉細(xì)胞可溶組分 Cd 含量占比分別增 加 24 51 67 40 219 49 268 40 施 Si 使 莖 葉細(xì)胞壁 Cd 含量占比分別增加 21 68 25 8 32 15 15 Zn Si 這 2 種噴施處理使莖部細(xì)胞 器組分 Cd 的分配比例分別降低 36 84 57 89 47 37 52 63 葉部細(xì)胞器組分 Cd 的分配比例 分別降低 43 73 59 29 51 47 63 93 高 濃度的阻控劑抑制 Cd 向細(xì)胞器分布的效果均優(yōu)于 低濃度處理 和根部相比 莖葉部細(xì)胞器的 Cd 含 量占比更低 細(xì)胞器是植物代謝活動(dòng)的主要場(chǎng)所 降低自由態(tài)重金屬在其中的含量可有效降低 Cd 對(duì) 植株的脅迫和毒害 由于 Zn 與 Cd 的拮抗作用 Zn 在細(xì)胞壁與 Cd 競(jìng)爭(zhēng)吸附點(diǎn)位 當(dāng)細(xì)胞壁結(jié)合位點(diǎn) 飽和時(shí) Cd 大量轉(zhuǎn)移到可溶性組分的液泡中 22 23 重金屬與其中的各種蛋白質(zhì) 有機(jī)酸和有機(jī)堿結(jié) 合 而被區(qū)隔在液泡中 24 25 從而降低了 Cd 的活性 和遷移性 施 Si 通過(guò)加強(qiáng)萵筍細(xì)胞壁組分對(duì) Cd 的 沉積作用而增大細(xì)胞壁 Cd 占比 前人認(rèn)為 當(dāng) Si 作用于水稻時(shí) Si 吸附 Cd 2 形成復(fù)合體 共同沉積 在植物細(xì)胞壁上 減少 Cd 向細(xì)胞的凈流入 從而抑 制重金屬 Cd 在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn) 26 27 2 3 葉面噴施對(duì)萵筍 Cd 形態(tài)的影響 噴施后 15 d 時(shí)萵筍各器官提取態(tài) Cd 含量如圖 4 所示 CK 處理中 萵筍根 莖 葉部不同形態(tài) Cd 均以 Cd 與蛋白質(zhì)結(jié)合的 NaCl 提取態(tài)含量最高 分 別占 59 78 64 68 60 10 這是因?yàn)?Cd 與植 物體內(nèi)蛋白質(zhì)及其他有機(jī)化合物中的巰基有較強(qiáng) 的親和力 與 CK 相比 噴施處理萵筍各器官 NaCl 提取態(tài) Cd 含量顯著增加 乙醇提取態(tài)和去離子水 提取態(tài)組成的活性態(tài) Cd 含量顯著降低 與 CK 相 比 葉面噴施 Zn Si 后 各器官 NaCl 提取態(tài) Cd 含量 占比提高至 74 28 83 34 根部活性態(tài) Cd 含量 占 比 分 別 降 低 65 47 75 83 41 55 59 10 莖 部 活 性 態(tài) Cd 含 量 占 比 分 別 降 低 40 61 60 38 33 27 55 49 葉部活性態(tài) Cd 含量占比分別降低 32 63 75 42 44 53 80 03 活性態(tài) Cd 含量占比隨施 Zn 濃度的增加 而降低 不同濃度的 Si 阻控劑對(duì)活性態(tài) Cd 含量影 響無(wú)顯著差異 高濃度的 Zn 阻控劑處理下活性態(tài) Cd 含量占比小于高濃度 Si 阻控劑處理 同一濃度 的 Zn 阻控劑對(duì)活性態(tài) Cd 含量影響無(wú)顯著差異 筆者研究中葉面噴施 Zn 增加了細(xì)胞可溶組分 Cd 占比 使得 Cd 與蛋白質(zhì)等有機(jī)物結(jié)合的形態(tài) NaCl 提取態(tài)增幅較大 促進(jìn)了萵筍體內(nèi) Cd 由活性 態(tài)向非活性態(tài)轉(zhuǎn)化 從而降低了根部 Cd 向地上部 遷移的能力 減少了可食部位自由態(tài) Cd 含量 這與 前人研究結(jié)論 28 29 相似 植株對(duì)重金屬的累積 耐性機(jī)制與重金屬在植 株體內(nèi)的存在形態(tài)密切相關(guān) 研究顯示 乙醇和去 離子水提取態(tài) Cd 占比越高 植株地上部 Cd 累積量 越大 7 該試驗(yàn)中 從不同形態(tài) Cd 占比來(lái)看 施 第 6 期 羅 玲等 葉面噴施鋅 硅對(duì)萵筍鎘累積的影響 793 Zn Si 主要使萵筍根 葉 NaCl 提取態(tài) Cd 含量增大 果膠和蛋白質(zhì)螯合 Cd 其他形態(tài) Cd 含量降低 水溶性 Cd 無(wú)機(jī)態(tài) Cd 等 這表明 Zn Si 可通過(guò) 降低萵筍各器官中乙醇和去離子水提取態(tài) Cd 占 比 提高 NaCl 提取態(tài) Cd 占比 促進(jìn) Cd 由活性向惰 性轉(zhuǎn)化 降低 Cd 的毒性和遷移能力 各處理設(shè)計(jì)見(jiàn)表 1 圖 4 噴施后 15 d 時(shí)萵筍不同形態(tài) Cd 含量占比 Fig 4 Proportions of different chemical forms of Cd in lettuce on the 15th day after spraying 3 結(jié)論 1 葉面單獨(dú)噴施 Zn Si 均顯著降低了收獲期 萵筍可食部位 Cd 含量 10 51 45 09 噴施不 同濃度的 Zn 阻控劑和 60 mmol L 1 的 Si 阻控劑均 可降低萵筍 Cd 含量至食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值以 下 5 mmol L 1 的 Zn 阻控劑對(duì) Cd 的降低效果優(yōu)于 0 4 mmol L 1 Zn 阻控劑 60 mmol L 1 的 Si 阻控劑 降 Cd 效果優(yōu)于 30 mmol L 1 Si 阻控劑 2 Zn Si 阻控劑分別通過(guò)增強(qiáng)區(qū)隔 Cd 于萵筍 根 莖 葉的細(xì)胞可溶組分和細(xì)胞壁的作用 使莖 葉細(xì)胞器的 Cd 含量占比較 CK 減少 30 以上 從而 降低重金屬 Cd 在萵筍根部的活性 阻控 Cd 在萵筍 可食部位的積累 3 葉面噴施提高了萵筍各器官 NaCl 提取態(tài) Cd 含量 使根 莖 葉乙醇提取態(tài)和去離子水提取態(tài) Cd 含量較 CK 顯著降低 60 38 80 03 促進(jìn) Cd 由活性態(tài)向非活性態(tài)轉(zhuǎn)化 參考文獻(xiàn) 1 張晶 吳建寨 孔繁濤 等 2020 年我國(guó)蔬菜市場(chǎng)運(yùn)行分析與 2021 年展望 J 中國(guó)蔬菜 2021 1 4 10 ZHANG Jing WU Jian zhai KONG Fan tao et al Analysis of China s Vegetable Mar ket in 2020 and Prospect in 2021 J China Vegetables 2021 1 4 10 2 杜小平 康靖全 呂金印 鎘低積累青菜品種篩選及硫?qū)︽k脅 迫下青菜鎘含量和品質(zhì)影響 J 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 2018 37 8 1592 1601 DU Xiao ping KANG Jing quan L Jin yin Selection for Low Cd accumulating Cultivars of Pakchoi Brassica chinensis L Effects of Sulfur on Cd Content and Quality Charac ters under Cd Stress J Journal of Agro Environment Science 2018 37 8 1592 1601 3 MI Bao bin WANG Duan hua ZHANG Zhu qing et al Safety E valuation of Vegetables Growing in Soils Contaminated by Different Levels of Cadmium Cd J Agricultural Science Technology 2019 20 1 15 21 4 SATTA A WANG X K UL ALLAH S et al Foliar Application of Zinc Improves Morpho Physiological and Antioxidant Defense Mechanisms and Agronomic Grain Biofortification of Wheat Triti cum aestivum L under Water Stress J Saudi Journal of Biological Sciences 2022 29 3 1699 1706 5 THIND S HUSSAIN I ASHEED et al Alleviation of Cadmium Stress by Silicon nanoparticles during Different Phenological Stages of Ujala Wheat Variety J Arabian Journal of Geosciences 2021 14 11 1028 6 KOHATSU M Y LANGE C N PELEG INO M T et al Foliar Spraying of Biogenic CuO Nanoparticles Protects the Defence System and Photosynthetic Pigments of Lettuce Lactuca sativa J Journal of Cleaner Production 2021 324 129264 7 ZHANG S LIN H C DENG L J et al Cadmium Tolerance and Accumulation Characteristics of Siegesbeckia orientalis L J Eco logical Engineering 2013 51 133 139 8 ELSHOKY H A YOTSOVA E FA GHALI M A et al Impact of Foliar Spray of Zinc Oxide Nanoparticles on the Photosynthesis of Pisum sativum L under Salt Stress J Plant Physiology and Bio chemistry 2021 167 607 618 9 BHATIA N P WALSH K B BAKE A J M Detection and Quanti fication of Ligands Involved in Nickel Detoxification in a Herbaceous Ni Hyperaccumulator Stackhousia tryonii Bailey J Journal of Experimental Botany 2005 56 415 1343 1349 10 張?chǎng)?硫硒交互對(duì)水稻幼苗鎘累積和毒害的影響機(jī)制研究 D 上海 華東理工大學(xué) 2014 ZHANG Wen Influence Mech anism of Sulfur and Selenium Interaction on Cadmium 794 生 態(tài) 與 農(nóng) 村 環(huán) 境 學(xué) 報(bào) 第 39 卷 Accumulation and Toxicity in ice Seedling D Shanghai East China University of Science and Technology 2014 11 王明新 陳亞慧 白雪 等 孔雀草對(duì)鎘脅迫的響應(yīng)及其積累與 分布特征 J 環(huán)境化學(xué) 2014 33 11 1878 1884 WANG Ming xin CHEN Ya hui BAI Xue et al Cd Stress Accumulation and Distribution Characteristics in Tagetes patula L J Environ mental Chemistry 2014 33 11 1878 1884 12 李桃 李軍 韓穎 等 磷對(duì)水稻鎘的亞細(xì)胞分布及化學(xué)形態(tài)的 影響 J 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 2017 36 9 1712 1718 LI Tao LI Jun HAN Ying et al Effects of Phosphorus on Subcellular Distribution and Chemical Speciation of Cadmium in ice J Journal of Agro environment Science 2017 36 9 1712 1718 13 賴(lài)金龍 楊壘滟 付倩 等 Sr 2 在印度芥菜幼苗中的富集 亞細(xì) 胞分布及貯存形態(tài)研究 J 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 2015 34 11 2055 2062 LAI Jin long YANG Lei yan FU Qian et al Bioaccumulation Subcellular Distribution and Chemical Forms of Strontium in Brassica juncea L J Journal of Agro Environment