不同小白菜品种对铬和硝酸盐积累的差异

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  摘要 [目的] 为筛选适于安全种植于轻度铬(Cr)污染土壤中的小白菜品种。[方法] 采用盆栽土培试验,比较100 mg/kg Cr处理下34个小白菜品种单株鲜重、地上部Cr积累量及硝酸盐含量的差异。[结果]种植于铬污染土壤中的小白菜单株鲜重、地上部Cr积累量和硝酸盐含量品种间差异较大。单株鲜重品种间变化范围为1.30~5.22 g,14个品种鲜重高于3.00 g;地上部Cr含量的变化范围为0.16~3.55 mg/kg,14个品种Cr含量未超过食品中污染物限量国家标准(GB 27622005);硝酸盐含量变化范围为4.01~9.63 mg/g,受试的34个小白菜品种全部超过硝酸盐的限量标准(GBl8406.12001)。[结论] 综合考虑Cr积累量、硝酸盐含量及鲜重,即地上部Cr积累量和硝酸盐含量较低,而鲜重相对较大,推荐“春绿一号甜白菜”、“夏莳青梗”、“福京杂交一代”、“矮脚葵扇黑叶甜白菜”、“特矮白冠”、“新育上海青”、“揭农四号青白菜”、“香港特选奶白菜”、“黄秧白”、“上海鸡毛菜”等10个品种适宜在轻度铬污染土壤或具有潜在受污染风险的区域应用。
  关键词 小白菜;铬;硝酸盐;鲜重;品种差异
  中图分类号 S634.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2015)12-094-04
  Abstract [Objective] This study was to obtain Brassica parichinensis cultivars suitable to be planted in the soil polluted lightly by chromium (Cr).[Method] Pot experiment was conducted to evaluate the shoot fresh weight,Cr accumulation and nitrate content in aboveground parts of 34 Brassica parichinensis cultivars planted in the soil polluted by 100 mg/kg Cr.[Result] There were cultivars differences in shoot fresh weight and the concentrations of Cr and nitrate in plant parts.Thus,shoot fresh weight ranged from 1.30 g to 5.22 g and that of 14 cultivars was more than 300 g.Cr content ranged from 0.16 mg/kg to 3.55 mg/kg with 14 cultivars being lower than national edible standard (GB 27622005).Nitrate content ranged from 4.01 mg/g to 9.63 mg/g with all the test cultivars exceeding the limit of nitrate (GBl8406.12001).[Conclusion] The cultivars of “Chunlvyihaotianbaicai”,“Xiashiqinggeng”,“Fujingzajiaoyidai”,“aijiaokuishaiheiyetianbaicai”,“Teaibaiguan”,“Xinyushanghaiqing”,“Jienongsihaoqingbaicai”,“Xianggangtexuannaibaicai”,“Huangyangbai”,“Shanghaijimaocai” could be planted the lightly Crpolluted soil because of their lower concentrations of Cr and nitrate in aboveground parts with higher shoot fresh weight.
  Key words Brassica parichinensis; Chromium (Cr); Nitrate; Fresh weight; Cultivars difference
  六价重金属铬(Cr)具有化学活性强、生物毒性强且持久、易被植物吸收等特点,对包括人在内的各级生物安全造成极大的威胁[1]。近年来,土壤铬污染、农产品铬超标及其安全生产等问题已受到国内外学者的广泛关注,并且提出多种治理铬污染的办法[2-4]。但是,这些治理技术还不很成熟,修复效果不够理想。在大量轻度、中度污染的土地上,种植具有Cr耐性和食用器官Cr积累低的作物种类或品种,是保证农产品安全生产的有效措施。事实上,作物种间和种内不同基因型间对Cr的耐性及吸收积累能力确实存在显著差异。邓波儿等[5]研究发现,水稻、小麦和萝卜等耐铬性较强,小白菜、黄瓜等对Cr毒害较敏感。杨和连等[6-7]报道,不同豇豆、菜豆品种对Cr的敏感性亦不同。
  目前,蔬菜已成为重金属进入人体的重要途径之一。与根茎类、瓜果类蔬菜相比,叶菜类蔬菜对重金属更为敏感[8]。叶菜类蔬菜小白菜是我国南方地区人们最主要的食用蔬菜之一。小白菜虽属于易积累重金属的蔬菜品种。仍有报道指出,不同品种间重金属积累能力亦有不同[9-10]。但是,目前对小白菜吸收积累Cr的品种间差异比较未有研究。其次,蔬菜是一种易富集硝酸盐的植物。人类摄入的硝酸盐有81.2%来自于蔬菜[11]。过量硝酸盐摄入可引起人体慢性中毒,并且可诱发食管癌、胃癌等疾病。目前国内外许多学者已开展了大量有关蔬菜硝酸盐的研究,并且发现蔬菜中以叶类蔬菜的硝酸盐含量最高,尤以叶片中含量最高,根菜类次之[12-14]。王翠红等[15]研究表明,叶菜类蔬菜中以小白菜硝酸盐含量最高。   笔者以前期收集到的 34 份小白菜品种为试验材料,土壤中添加重金属Cr,采用温室盆栽方法筛选出Cr含量和耐铬性差异显著的基因型,并且考虑产量和食用部分硝酸盐含量,为轻度铬污染土壤选择栽培小白菜品种,实现蔬菜安全生产提供材料。
  1 材料与方法
  1.1 试验时间、地点及小白菜品种
  该试验于2013年在绍兴文理学院实验基地进行。试验所用小白菜品种是从各地多个蔬菜种子公司购买而来。34个小白菜品种的名称、编号见表1。
  1.2 小白菜培养及Cr处理
  采用盆栽土培试验方法。取清洁土壤(pH 6.1,有机质含量为1.09%,全铬含量为20.36 mg/kg),经室温风干后过 5 mm 筛。重金属铬以分析纯Na2CrO4 的形式加入,每千克土中加入100 mg,相当于纯 Cr 40 mg,搅拌均匀后室温平衡1个月装盆。在土壤装盆前施入底肥,即每千克干土施尿素0.35 kg、磷酸二氢钾 1.5 kg、硫酸钾0.18 kg,7 d后播种。
  挑选籽粒饱满的种子,浓度0.1% HgCl2 消毒10 min,自来水中浸泡6~8 h后,播种于花盆中。每盆装土4 kg,播种20粒,每个品种播种5盆,待幼苗具4片真叶时间苗至10株。在生长期内正常管理,30 d后收获。
  1.3 样品采集与处理
  将小白菜地上部分污物用自来水冲净,再用蒸馏水冲洗,用于测定单株鲜重、Cr含量和硝酸盐含量等指标。
  1.4 测定项目及方法
  1.4.1 Cr含量的测定。取1 g左右小白菜样品于瓷坩埚中,加入2 ml纯硝酸,浸泡2 h后将坩埚置于电炉上,小心蒸干,碳化至不冒烟为止,转移至高温马弗炉中,550 ℃ 恒温2 h,取出冷却后向坩埚内加入10滴浓硝酸,再转入550 ℃ 高温炉中,继续灰化2 h,到试样呈白灰状,从高温炉中取出放冷却后,用硝酸(体积分数为1%)溶解试样,将溶液定量移入10 ml容量瓶中,定容后充分混匀,即为试液。同时,做样品空白和标准曲线。
  1.4.2 单株鲜重的测定。取有代表性的小白菜植株,测定其鲜重,5次重复,取平均值。
  1.4.3 硝酸盐含量的测定。称取5 g新鲜小白菜样品,加50 ml蒸馏水,匀浆。取25 g浆液于试管中,加饱和硼砂溶液25 ml,摇匀,沸水浴15 min,取出,冷却至室温后加亚铁氰化钾溶液5 ml、乙酸锌溶液5 ml,用蒸馏水定容,摇匀。用流动注射分析仪测定过滤所得清液。
  1.5 数据处理与统计分析
  用唐启义等[16]开发的 DPS 软件对试验数据进行统计分析。
  2 结果与分析
  2.1 Cr处理下不同小白菜品种单株鲜重
  由表1可知,100 mg/kg Cr处理下34个小白菜品种单株鲜重差异较大,其变化范围为1.30~5.22 g,均值为2.92 g。鲜重超过3.00 g 的有3、10、17、18、20、21、22、24、25、27、28、31、32、33等14个品种,31号品种甚至达到5.22 g;鲜重低于2.00 g 的有1、4、6、26等4个品种,1号品种仅为1.30 g;其余16个品种鲜重在200~3.00 g之间。这表明只要选择合适的品种,种植于轻度铬污染土壤中的小白菜就依然可以保持高产。
  2.2 Cr处理下不同小白菜品种地上部 Cr 含量
  由表1可知,100 mg/kg Cr处理下34个小白菜品种间地上部Cr含量差异较大,其变化范围为0.16~3.55 mg/kg,均值为0.65 mg/kg。依据食品中污染物限量国家标准(GB 27622005),34个受试小白菜品种中20个Cr含量超标,综合超标率为58.8%,表明小白菜较易受到铬污染。
  将34个小白菜品种地上部Cr含量进行系统聚类分析。由图1可知,将供试的34个小白菜品种分为四大类,即17、20、24、1、23等5个品种为Ⅰ类,Cr含量最高,含量范围为1.20~3.55 mg/kg,均值为1.98 mg/kg,属于铬高积累品种类群;4、7、25等3个品种为Ⅱ类,Cr含量次之,均值为0.80 mg/kg,属于Cr易积累品种类群;5、8、11、12、22、15、26、13、18、19、28、34等12个品种为Ⅲ类,其Cr含量略超过食品安全国家标准的阈值(GB 2762-2005),含量范围为0.51~0.61 mg/kg,均值为0.54 mg/kg;6、9、21、16、2、14、27、31、33、32、30、3、29、10等14个品种为Ⅳ类,Cr含量未超过国家标准,其含量范围为0.16~0.43 mg/kg,均值为0.26 mg/kg,这些品种可安全种植于轻度铬污染的土壤中。
  2.3 Cr处理下不同小白菜品种地上部硝酸盐含量
  由表1可知,100 mg/kg 铬污染的土壤中栽培的34个小白菜品种地上部硝酸盐含量品种间差异亦较大,变化范围为4.01~9.63 mg/g,均值为6.16 mg/g。根据无公害蔬菜安全要求(GB18406.1-2001)中蔬菜硝酸盐的限量标准,受试的34个小白菜品种地上部硝酸盐含量全部超标,如“奶白菜”超标3.21倍,“常丰四季小白菜”超标1.34倍。这表明小白菜极易积累硝酸盐。
  将34个小白菜品种地上部硝酸盐含量进行系统聚类分析。由图2可知,将供试的34个小白菜品种分为四大类:19号品种为Ⅰ类,地上部硝酸盐含量最高,达9.63 mg/g;4、5、10、25、12、13、28、30、14、34等10个品种为Ⅱ类,硝酸盐含量次之,但仍属于高硝酸盐含量品种类群,硝酸盐含量范围为6.70~8.30 mg/g,均值为7.41 mg/g;1、31、32、3、26、6、23、27、15、29、7、24、9、21、20、2、33、16、17、18、22、8等22个品种为Ⅲ类,地上部硝酸盐含量较低,含量范围为4.58~6.24 mg/g,均值5.54 mg/g;11号品种硝酸盐含量最低,为4.01 mg/g。   3 讨论
  城郊蔬菜地由于特殊的地理位置、栽培方式等原因更易受到重金属污染。小白菜属于重金属易积累蔬菜。其地上部重金属积累量不仅降低其产量,而且会直接影响其品质,进而影响食用人群的身体健康。因此,在轻度铬污染蔬菜地中,选择栽培适宜的小白菜品种显得十分重要。
  小白菜单株鲜重与其最终产量密切相关。蔬菜地选择种植鲜重较大的小白菜品种可以保证其高产,也会受到菜农的欢迎。试验中,在100 mg/kg Cr6+ 处理下培养30 d的34个小白菜品种中,有14个品种单株鲜重超过3.00 g以上,“香港特选奶白菜”甚至达5.22 g,但部分品种单株鲜重低于200 g,如“黑叶矮蒲头”只有1.30 g。这表明种植于轻度铬污染土壤的小白菜品种间产量差异很大。只要选择合适的品种,轻度铬污染土壤中的小白菜就依然可以保持高产。
  选择栽培铬积累量相对较低的小白菜品种对蔬菜安全生产十分必要。在100 mg/kg Cr6+ 处理下,研究中的34个小白菜品种间Cr含量差异较大,最高相差22.2倍。34个品种中有14个品种地上部Cr含量未超过食品安全国家标准的阈值(GB 2762-2005),其余20个品种均超标,最高超过标准的7.1倍,综合超标率为58.8%。这表明在铬污染土壤中种植小白菜安全性较低,但仍有部分品种可安全种植于轻度铬污染地区。
  现已证明,重金属胁迫下小白菜体内硝酸盐含量会随着污染程度的加重而增加[17]。因此,只有选择种植低积累硝酸盐含量的小白菜品种,才能保证轻度重金属污染菜地蔬菜品质。试验中,Cr处理下34个小白菜品种地上部硝酸盐含量全部超标(GB18406.12001),但品种间硝酸盐含量差异较大,变异系数达121.4%,最高相差2.40倍。这表明种植于轻度铬污染土壤的小白菜品种更易积累硝酸盐。
  综合考虑Cr积累量、硝酸盐含量及鲜重,即地上部Cr积累量和硝酸盐含量较低,而鲜重相对较大,推荐“春绿一号甜白菜”、“夏莳青梗”、“福京杂交一代”、“矮脚葵扇黑叶甜白菜”、“特矮白冠”、“新育上海青”、“揭农四号青白菜”、“香港特选奶白菜”、“黄秧白”、“上海鸡毛菜”等10个品种适宜在轻度铬污染土壤或具有潜在受污染风险的区域应用。“四季速生小白菜”、“雅美大头青江白菜”、“四月慢”、“五月慢”、“四季全能白菜”、“奶白菜”、“新春甜白菜”、“矮脚大头青”、“福冠杂交一代”、“上海矮箕苏州青”、“高梗白”、“上海矮抗青”等12个品种在铬胁迫下地上部分铬积累量较高,其鲜重较小,地上部硝酸盐含量也较高或地上部Cr含量特别高,故不建议栽培,尤其是在土壤受到铬污染的区域应用。
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