赵亚萍 马成仓 韩磊 张永敬 闫仁俊
摘 要
以鄂绿5号、淮绿12号、渝绿2号、白绿10号、JLPX01、韭绿0816号、宛绿2号、142-139、保绿200810-1、品绿2011-06、白绿9号、1009-2-5、品绿2011-12、淮绿11号14个绿豆品种为试验材料，采用Cd、As复合污染土培试验，研究了不同绿豆品种富集镉、砷的差异性。结果表明绿豆品种间镉、砷含量差异明显且各品种绿豆植株各部分间也存在差异（P<0.05）;以绿豆籽粒中重金属的积累和吸收量作为筛选指标，可知14个绿豆品种的Cd含量均大于国家标准（0.2mg/kg），而砷含量均小于国家标准（0.2mg/kg），因此14个绿豆品种可在砷污染地区进行种植，可作为替代种植的备选品种。
关键词
绿豆;鎘、砷积累;品种筛选
中图分类号： X503.231 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 14 . 70
Abstract
Fourteen kinds of mung beans， Elv No.5， Huailv No.12， Yulv No.2， Bailv No.10， JLPX01， Jiulv No.0816， Baolv200810-1， Pinlv2011-06， Bailv No.9， 1009-2-5， Pinlv2011-12， Huailv No.11， The differences of cadmium and arsenic in different mung bean varieties were studied by Cd and As combined pollution soil culture experiments. The results showed that the content of cadmium and arsenic in mung bean varieties was significantly different and there were also differences among different parts of mung bean plants （P<0.05）. The heavy metal accumulation and absorption in mung bean seeds were used as screening indexes， It is known that the Cd content of 14 mung bean varieties is higher than the national standard （0.2mg/kg）， the arsenic content was all less than the national standard （0.2mg/kg）， therefore， 14 mung bean varieties can be planted in arsenic-contaminated areas as alternative varieties.
Key words
Mung bean; Cd and As accumulation; Variety screening
随着我国经济的发展，我国重金属污染越来越严重。镉（Cd）是农田重金属污染中较为常见的元素，土壤中的镉被作物吸收累积，经食物链对人体造成伤害。而砷（As）是分布于大自然中的毒性最大的类金属，对大多数生命体都具有很高的毒性[1]。根据调查发现，镉是污染程度最高的无机污染物，我国土壤镉点位超标率达到7.0%，而砷的点位超标率达到了2.7%（MEP，2014）。镉和砷不仅危害人的身体健康，也影响着自然界中植物的生长，从而也会导致粮食作物的产量下降。一些研究表明砷影响水稻的光合作用，从而降低产量，当土壤砷含量达到60mg/kg及其以上时，水稻不能生长到成熟期[2]。因此，镉、砷污染的修复工作迫在眉睫。本实验以14个绿豆品种为研究对象，采用盆栽实验，研究镉、砷在不同绿豆品种中的富集差异，以期筛选适宜在镉污染土壤中种植的替代作物，并筛选出绿豆中的低积累品种进行推广种植，为以后的品种改良提供一定的理论基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 供试土壤
供试土壤取自广西壮族自治区都安县板岭乡弄六村Cd、As复合污染稻田，取耕层（0～15cm）经晾晒、磨碎、测定其理化性质，见表1。
1.1.2 供试绿豆
供试验绿豆品种有鄂绿5号、淮绿12绿、渝绿12号、白绿10号、JLPX01、韭绿0816号、宛绿2号、142-139、保绿200810-1、品绿9号、白绿9号、1009-2-5、品绿2011-06、淮绿11号。
1.2 试验方法
采用土培试验，对绿豆进行盆栽，花盆直径为20cm，可容土样3.0kg（干土计），总共需要42个花盆进行绿豆的土培试验，14个绿豆品种中每个品种都需要3个重复，每个样品做3个重复是为了减小试验过程中各种因素带来的误差。4月初开始进行绿豆的种植，每个花盆加水浇透，放置一个星期，待土老化后播入植物种子，绿豆生长期间每天都需适量加入自来水，以保持一个适当的土壤湿度，期间要对每个绿豆进行精心照料，一直到7月绿豆成熟后收样。取样分根、茎、叶、籽粒4个部分取样，然后测其Cd、As的含量。参试品种编号见表2。
1.3 Cd、As元素含量的测定方法
将根、茎、叶、籽粒分离，干样称重后磨碎分别转移到消煮管中，用黄豆成分分析标准物质设置为标准品，每个消煮管中加入10ml浓HNO3，在智能电热消解仪上梯度升温消煮样品（ED54，Lab Tech，中国），升温的具体流程为80℃消煮1.5h，120℃消煮1.5h，150℃消煮2h。完成样品的消煮后打开消煮管的盖子在175℃下进行赶酸，待管内液体剩余约1ml时将消煮管从炉上取出冷却，用1%HNO3定容至25ml后，用定量滤纸过滤到防盗瓶中，用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）分别测定根、茎、叶、籽粒各部分的Cd、As含量。
1.4 数据处理与统计分析
本试验数据采用wps表格，Origin作图软件和SPSS18.0软件进行数据处理及相关统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同品种绿豆各部位富集Cd的差异
如图1所示，绿豆相同品种不同部位间Cd含量存在显著差异，且呈现为茎>叶>根>籽粒，籽粒Cd含量最低。所有供试绿豆品种籽粒Cd含量均大于0.2mg/kg的国家标准要求，且不同品种间存在显著差异，籽粒Cd含量最低的品种L2为0.27mg/kg，14个绿豆品种中籽粒Cd含量最高的是L7，含量为0.60mg/kg，是L2的2.19倍。根中品种L14的Cd含量最低，Cd含量为0.926mg/kg，品种L5的Cd含量最高，达到了2.867mg/kg，为品种L14的3.09倍。14个品种茎Cd含量最低的是品种是L2，含量为1.941mg/kg，茎含Cd量最高的是品种L12，Cd含量达到了7.08mg/kg，为品种L2的3.65倍。叶Cd含量中品种L7的Cd含量最高，Cd含量为3.91mg/kg，Cd含量最少的是品种L2，Cd含量为1.16mg/kg，相差3.39倍。
2.2 不同品種绿豆各部位富集As的差异
如图2所示，绿豆相同品种不同部位间As含量存在显著差异，且呈现为根>叶>茎>籽粒的趋势，籽粒中的As含量最低。所有供试绿豆品种籽粒As含量均小于0.2mg/kg的国家标准要求，不同品种间存在显著差异，籽粒中As含量最低的为品种品种L13，为0.021mg/kg，As含量最高的为品种L1，为0.16mg/kg，最高和最低之间相差7.81倍。根中As含量最高的为品种L2，为15.79mg/kg，含量最低的为品种L14，为0.74mg/kg，相差21.39倍。茎中As含量范围为0.14～0.43mg/kg，含量最高的为品种L2，最低的为品种L3，相差2.99倍。叶中As含量最低的为品种L13，为1.35mg/kg，最高的为品种L2，为6.41mg/kg，是品种L13的4.78倍。
3 讨论
近年来，中、低程度重金属污染土壤的农产品安全生产问题引起了越来越多的关注[3]。重金属排异作物或作物品种的筛选和培育的途径比较有效和合理[4]。有一些资料中讲到，作物的品种之间和基因型之间对重金属的富集是不同的，本次研究也表明14个绿豆品种在相同土壤环境下对镉、砷的富集量差异显著，这也表明了筛选镉、砷低积累品种的现实可行性。本实验中，14个绿豆品种籽粒Cd含量均大于国家标准（0.2mg/kg），As含量均小于国家标准（0.2mg/kg），因此，14个绿豆品种可作为砷污染地区的替代备选品种。
本研究中，14个绿豆品种对镉、砷的吸收存在着显著的品种差异，这个研究结果与Zhu等[5]的结果相类似，他通过盆栽和大田试验研究了24个长豇豆品种对镉的吸收能力，他的两个试验结果均表明品种不同会使其对重金属的吸收能力不同，其吸收能力主要由于其不同品种的基因差异。其他研究也发现，自然界中的植物吸收和累积重金属存在明显的植物物种间的差异，种内差异也存在[6]。
一些研究表明，植株根、茎、叶中Cd含量随处理中Cd含量增加而增加，表现为根>茎>叶的趋势[4-8]，这是由于Cd2+是通过根部进入植物体的，再由根部位置向其他的部位转移，所以根是第一个接触的部位，受到的毒害也最重[9]。本研究主要是对14个品种中镉、砷低积累的绿豆品种进行筛选。14个品种各部分镉含量范围为：根（0.926～2.867mg/kg）、茎（1.941～7.075mg/kg）、叶（1.161～3.912mg/kg）、籽粒（0.274～0.601mg/kg）;砷含量范围为：根（0.738～15.789mg/kg）、茎（0.143～0.428mg/kg）、叶（1.345～6.411mg/kg）、籽粒（0.021～0.164mg/kg），由此可以看出绿豆各部分镉含量表现为叶>茎>根>籽粒，砷含量表现为根>叶>茎>籽粒。与前人结果稍有差异，可能因为植物品种，环境以及管理方式不同所导致。由此可看出镉、砷含量在绿豆不同部位的含量差异明显，数值存在明显波动，这种情况有可能涉及重金属在植物中的转运问题，还有可能受环境因素影响，本研究仅对可食用籽粒部分的重金属含量进行分析，基因型和环境因素的相互作用及其机理仍需进一步研究。
4 结论
（1）14个品种各部位镉含量范围为：根（0.926～2.867mg/kg）、茎（1.941～7.075mg/kg）、叶（1.161～3.912mg/kg）、籽粒（0.274～0.601mg/kg）;砷含量范围为：根（0.738～15.789mg/kg）、茎（0.143～0.428mg/kg）、叶（1.345～6.411mg/kg）、籽粒（0.021～0.164mg/kg），得出绿豆各部位镉含量表现为叶>茎>根>籽粒，砷含量表现为根>叶>茎>籽粒，且镉、砷含量在绿豆不同部位的含量差异明显。
（2）绿豆的可食用部分是籽粒，以绿豆籽粒中重金属的积累作为指标，筛选出籽粒中重金属低积累的绿豆品种对食品安全有重大意义。本研究表明，在相同土壤环境下，不同绿豆品种富集镉、砷的量存在差异，14个绿豆品种的Cd含量均大于国家标准（0.2mg/kg），而砷含量均小于国家标准（0.2mg/kg），因此14个绿豆品种可在砷污染地区进行种植，可作为替代备选品种;具体情况应根据土壤污染实际情况来定。
参考文献
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