田间条件下小白菜地上部低镉含量的品种筛选研究

郑 龙

（福建省莆田市农业技术推广站，福建莆田 351100）

随着现代工业的发展，环境污染加剧，导致菜地土壤受重金属的污染，进而污染蔬菜，再通过食物链进入人体而给人体健康带来潜在的危害[1-2]。在土壤-植物系统中，重金属污染不但影响植物产量与品质，而且影响大气和水环境质量，并通过食物链危害人类的生命和健康，更严重的是这种污染具有多源性、隐蔽性、长期性、不可逆性、一定程度上的长距离传输性及污染后果严重性等特点[3-7]。土壤作为环境的重要载体，残留在土壤中的重金属会导致土壤质量恶化，严重影响农作物生长及品质安全[5-8]。曾希柏等[9]研究发现，我国约93%的菜地受重金属污染且各省均有分布。与其它重金属元素相比，Cd 具有更强的从土壤向植物迁移的能力，某些植物可以从Cd 含量较低的土壤中吸收大量的Cd[10-13]。Cd 是环境中对植物、动物以及人类毒性最强的重金属元素之一，在环境中具有稳定、积累和不易消除等特点。相比于其他重金属元素，Cd 的生物毒性更强，更易为蔬菜所富集，进而通过食物链威胁人类健康[14-18]。因此开展蔬菜Cd 污染的研究具有重要的现实意义。

小白菜（Brassica campestrisssp.chinensis），为十字花科云薹属蔬菜。小白菜是对Cd 较敏感的蔬菜，较低的Cd含量即可对其造成伤害，降低其产量及食用品质，但不同品种对Cd 胁迫的适应性有明显的差异[19-24]。为减少蔬菜中的Cd 含量，一方面可以采取农艺措施降低现有栽培品种对Cd 的吸收，另一个有效的方法就是选育食用部位Cd 含量低的品种。本实验通过研究近年来在莆田市种植不同小白菜品种的的产量和地上部Cd 含量的变化，以产量和Cd 含量为指标对供试品种进行系统聚类，对供试品种作出全面合理的评价，选出高产低Cd 的小白菜品种，为优质安全小白菜品种的选择提供基础材料。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试品种共20 个，各品种的具体信息见表1（见下页）。

1.2 试验地点

试验地点设在莆田市荔城区镇海街道古山村和新度镇下坂村。古山村（N25°25′56″、E119°2′34″），试验田块耕层土壤碱解氮111 mg/kg，有效磷78.1 mg/kg，速效钾127mg/kg，有机质19.2 mg/kg，pH 6.06，Cd 含量0.25 mg/kg。下坂村（N25°23′5″、E119°2′8″），试验田块耕层土壤碱解氮109 mg/kg，有效磷81.4 mg/kg，速效钾234 mg/kg，有机质17.7 mg/kg，pH 6.32，Cd 含量0.11 mg/kg。试验地属于温暖湿润的南亚热带海洋性季风气候，气候温和、霜期极短、季风明显、雨量充沛，年均气温16～20.2 ℃，年均积温6 300～7 300 ℃，年平均降水量1 300 mm。古山村属城市郊区，下坂村属农区，所在地区是莆田市叶类蔬菜的主产区，2 个地点的Cd 含量未超过《GB 15618—2018 土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》规定的风险筛选值，但均超过福建省土壤重金属Cd 背景值（0.054 mg/kg）[25]。

1.3 试验方法

试验采取随机区组设计，3 次重复，小区面积48.6 m2，畦带沟宽90 cm，沟长27 m，每小区2 畦。小白菜于2019 年10 月8 日播种，采用种子直播，肥料施用参照当地平均水平，采用基肥和追肥相结合的方式，基肥每667 m2施用商品性有机肥150 kg，复合肥（N ∶P2O5∶K2O=15∶15∶15）20 kg。10 月10 日出苗，11 月4 日追施一次肥料，每667 m2用复合肥（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15）5 kg、尿素5 kg，兑水浇施。

11 月21 日进行一次性收获，采收小白菜地上部（根茎部往上0.5 cm），统一测定每个小区的产量，折算成每667 m2的产量。

1.4 Cd 含量测定

小区采用“Z”字型五点取样法，每点取10 株，用吸水纸吸干小白菜地上部表面的水分，用食品加工机打成匀浆，置于洁净的塑料瓶中，并标明标记，于-18～-16℃冰箱中保存备用，按照《GB/T 5009.15—2014 食品中镉的测定》中的方法测定Cd 含量，即采用湿式消解法进行样品前处理，用安捷伦280Z AA 石墨炉原子吸收光谱仪测定。

1.5 数据处理

数据采用DPS 7.05 数据处理软件、Excel 2003 软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 不同品种小白菜产量和镉含量的表型值分析

2.1.1 不同品种小白菜产量的表型值分析

整理分析得不同品种、不同地点小白菜的产量，见表2。两个地点小白菜平均值，‘黑旋风青梗菜’最高，为4 140.57 kg/667 m2；‘矮脚大头清江白’和‘华冠青梗菜’较高，分别为3 739.11 kg/667 m2、3 695.56 kg/667 m2。‘黑美人青梗菜’最低，为1 511.78 kg/667 m2；‘谊禾夏宝’‘翠英252’次之，分别为1783.94kg/667m2、2226.53kg/667m2。

两个村不同品种小白菜的产量相近。古山村产量为1 473.32～3 883.74 kg/667 m2，均值为2 886.43 kg/667 m2。其中，产量在1 550～2 000 kg/667 m2区间的品种有2 个，2 000～2 500 kg/667 m2区间4 个，2 500～3 000 kg/667 m2区间5 个，3 000～3 500 kg/667 m2区间6 个，3 500 kg/667 m2以上3 个。下坂村产量为1 550.24～4 397.40 kg/667 m2，均值为2783.94kg/667m2，其中，产量在1550～2000kg/667m2的品种区间2 个，2 000～2 500 kg/667 m2区间6 个，2 500～3000 kg/667 m2区间5 个，3 000～3 500 kg/667 m2区间3 个，3 500 kg/667 m2以上4 个。

2.1.2 不同品种小白菜地上部镉含量表型值分析

表3 显示了不同小白菜品种在不同种植地的Cd 含量。由表知，镉含量平均值，‘上海青’最高，为0.071 2 mg/kg；‘翠英252’‘利群青梗菜’较高，分别为0.066 4 mg/kg、0.062 4 mg/kg；‘冬春秀二号’最低，为0.030 6 mg/kg；‘矮脚大头清江白’‘绿领矮将军’较低，分别为0.033 5 mg/kg、0.035 0 mg/kg。

总体上古山村种植的小白菜Cd 含量比下坂村的高。由表3 知，古山村Cd 含量平均值为0.051 5 mg/kg，分布在0.023 0～0.115 7 mg/kg，其中，＜0.035 0 mg/kg 区间的品种有4 个，0.035 0～0.040 0 mg/kg 区间1 个，0.040 0～0.050 0 mg/kg 区间9 个，0.050 0～0.060 0 mg/kg 区间2个，＞0.060 0 mg/kg 区间4 个。下坂村Cd 含量平均值为0.039 5 mg/kg，分布在0.017 1～0.039 5 mg/kg，其中，＜0.035 0 mg/kg 的品种有6 个，0.035 0～0.040 0 mg/kg 区间2 个，0.040 0～0.050 0 mg/kg 区间11 个，0.050 0～0.060 0 mg/kg 区间1 个，所有品种的Cd 含量均在0.060 0 mg/kg 以下。同一品种小白菜Cd 含量在两个地点的表现有差异，‘翠英252’在古山村Cd 含量最高、在下坂村含量却最低，两者相差5.78 倍；‘冬春秀二号’‘华美青梗菜’‘绿领矮将军’在两个地点的Cd 含量相对较低；‘绿领矮将军’在两个地点的Cd 含量相对较高；‘黑旋风青梗菜’在下坂村较高，在古山村却较低；‘黑美人青梗菜’‘利群青梗菜’在古山村较高，在下坂村却较低。可能是Cd 含量存在较大的基因型和环境互作效应，导致不同小白菜品种种植在不同地点差异较大。可见不同地点种植不同品种小白菜给人类健康带来的风险不同。

表3 不同小白菜品种在不同地点的Cd 含量Table 3 Cd contents of different pakchoi varieties planted in different sites

2.2 不同品种小白菜产量和地上部Cd 含量的方差分析

2.2.1 不同品种小白菜产量的方差分析

数据利用DPS 7.05 软件，按一年多点品种试验、完全随机区组模型设计进行分析，方差分析结果见表4（见下页），由表可以看出小白菜产量在不同试验地点间差异达到极显著水平，其效应平方和占总平方和的比例为0.57%。不同品种间差异也极显著水平，其效应平方和占总平方和的比例为92.70%。品种与地点间的互作也达到极显著水平，其效应平方和占总平方和的比例为2.60%。可见，品种效应占主导，因此为提高产量，选择合适的品种较关键。

表4 不同品种小白菜产量和地上部Cd 含量的方差分析表Table 4 Analysis of variance table of the yield and Cd contents in shoots of different pakchoi varieties

2.2.2 不同品种小白菜地上部Cd 含量的方差分析

从表4 可以看出，小白菜地上部Cd 含量在不同试验地点间差异达到极显著水平，其效应平方和占总平方和的比例为10.57%。在不同品种间差异也达到极显著水平，其效应平方和占总平方和的比例为30.16%。品种与地点间的互作也达到极显著水平，其效应平方和占总平方和的比例为56.03%。对两个地点20 个品种小白菜的地上部Cd 含量和产量进行了相关分析，结果显示地上部Cd 含量和产量无显著相关。

2.3 不同品种小白菜Cd 含量和产量系统聚类分析

利用DPS 7.05 软件，数据中心化转换后采用绝对距离、可变类平均法对不同品种小白菜在2 个地点的产量和小白菜地上部Cd 含量进行系统聚类（见表5）。

表5 不同品种小白菜地上部Cd 含量和产量的系统聚类表Table 5 Results of hierarchical clustering based on Cd content and yield of different pakchoi varieties

第Ⅰ类包括‘华冠青梗菜’‘矮脚大头清江白’‘黑旋风青梗菜’，产量高。‘黑旋风青梗菜’‘矮脚大头清江白’‘华冠青梗菜’在古山村产量分列第1 位、第2 位、第3位，在下坂分列第1 位、第3 位、第2 位。‘矮脚大头清江白’产量高，Cd 含量在古山村最低、在下坂村中等，Cd 含量较低。

第Ⅱ类包括‘谊禾夏宝’‘黑美人青梗菜’，小白菜产量低、Cd 累积量中等。‘谊禾夏宝’‘黑美人青梗菜’在古山村产量居第19 位、第20 位，在下坂村居第19 位、第20 位。

第Ⅲ类包括‘冬春秀二号‘早生华京’‘夏妃699 青梗菜’‘华王青梗菜’‘皇冠青梗菜’‘绿领矮将军’‘华美青梗菜’‘台湾清江白’，产量较高，Cd 含量表现不均。‘冬春秀二号’在古山村、下坂村Cd 含量分别为第19 位、第16位，含量较低，在古山村、下坂村产量表现中等，分别为第9 位、第7 位。‘绿领矮将军’在古山村、下坂村Cd 含量分别为第15 位、第18 位，含量较低，在古山村、下坂村产量表现中等，分别为第8 位、第10 位。‘早生华京’在古山村、下坂村产量较高，分别为第4 位、第3 位，在古山村、下坂村Cd 含量分别为第7 位、第13 位，可作为高产小白菜生产备选品种。

第Ⅳ类包括‘耐热绿秀王子’‘田园青冠’‘全能矮脚王’‘香菇菜’‘翠英252’‘利群青梗菜’‘上海青’，产量较低，Cd 含量表现不一。‘翠英252’产量在古山村、下坂村分别为第18 位、第17 位，Cd 含量在古山村最高、在下坂村含量却最低，生产上不建议使用。

3 结论与讨论

不同小白菜品种地上部Cd 含量的品种差异可以带来明显不同的健康风险效应，大规模种植同一品种时可能对食物的重金属摄取构成明显健康风险[19-21]。在品种选育、推广时应充分考虑小白菜重金属的累积特性，尤其在土壤重金属污染较为严重的地区种植时，更需密切注意避免高累积品种的大规模种植，从而尽可能减少小白菜重金属累积所带来的健康风险和市场风险[22-24]。

本研究表明，小白菜地上部Cd 含量在不同试验地点间差异达极显著水平，在不同品种间差异达极显著水平，不同品种与地点间的互作也达到极显著水平，小白菜地上部Cd 含量和产量相关不显著。这与王玉琴等[21]、代成成[22]、孙光闻[23]的结论一致。前人研究得出，在Cd 胁迫下，小白菜易受到Cd 污染，不同品种小白菜地上部Cd含量差异达极显著水平[21]。代成成[22]在土壤Cd 含量为0.97 mg/kg 的试验地，田间种植34 个小白菜品种，通过试验得出地上部鲜样Cd 含量的变化范围为0.978～2.416 mg/kg，均值为1.318 mg/kg，不同品种小白菜地上部Cd 含量差异达极显著，相差2.5 倍；在0.5 mg/L 镉水培条件下，46 个小白菜品种地上部鲜重Cd 含量的变化范围为1.408～3.506 mg/kg，均值为2.569 mg/kg，变异系数为19.07%。另外，小白菜盆栽试验研究表明：中度（3 mg/kg）、重度（6 mg/kg）Cd 污染土壤不影响或刺激小白菜植株生长，小白菜Cd 积累量与小白菜生长并无相关性，但4 个小白菜品种地上部Cd 含量随着土壤中Cd 浓度增加而显著增加，基因型间存在显著差异[23]。冯英梅等[24]研究也表明不同品种小白菜在不同Cd 处理浓度下受到的影响有所区别。不同小白菜品种受重金属Pb、Cd 影响的程度不同[25-26]。不同浓度Cd 处理下，不同品种小白菜的生物量及Cd 积累能力存在明显差异[27]。这可能是因为不同品种小白菜在重金属胁迫下对重金属的耐受性不同，所以生物量受到的影响也不同[28]。

在轻、中度重金属污染的土壤上，能否继续进行作物安全生产已得到普遍关注。筛选和培育出抗性强、吸收少、产量高、品质好的小白菜品种，以保证重金属污染条件下的小白菜安全生产，减少重金属向人畜的迁移与危害，有望成为在有毒重金属污染土壤上有效地生产安全小白菜，减少小白菜重金属吸收和积累的有效途径。本研究结果表明，小白菜Cd 含量的品种效应极显著（P＜0.01），这说明在现有的品种中，通过选择种植适当品种从而降低重金属累积量是可行的。但是地点效应及品种与地点互作均对Cd 含量有极显著影响，其效应平方和占总平方和的比例分别为30.16%和56.03%，这给筛选和选育低Cd 品种增加了难度，从改善环境条件、采取适当技术措施，采用地区控制和品种搭配相结合的策略以减少小白菜Cd 吸收的途径更为有效。根据对不同品种小白菜产量、地上部Cd 含量的表型值分析和系统聚类，‘矮脚大头清江白’可作为高产低镉的小白菜品种在生产上应用；在仅考虑低镉含量栽培时可选择‘冬春秀二号’‘绿领矮将军’小白菜品种。