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目前,城郊区生态系统中土壤环境严重受到Cd等重金属污染,进而导致农产品尤其是蔬菜重金属Cd含量超标。如何减少蔬菜产品中镉等重金属污染物的含量、控制污染物向食物链迁移、保障农产品质量安全不仅是一个重要的科学命题,也是一个亟待解决的技术难题。在控制、削减农产品污染物含量的诸多措施中,挖掘作物自身潜力,利用不同蔬菜种及品种间吸收积累重金属元素存在基因型差异的原理,筛选和培育弱吸收、低积累镉等重金属的作物种或品种,既可以从品种资源源头上减少重金属进入作物体内,也可以缓解城郊区脆弱生态环境条件下集约化生产对重金属农艺削减与阻控措施的依赖。
菜薹、莴笋、芹菜等茎用蔬菜营养丰富,是广大市民“菜篮子”中骨干蔬菜种类之一。但是有关弱吸收低积累重金属镉的茎菜类蔬菜品种的筛选及利用尚未见报道。因此揭示茎菜类蔬菜积累重金属镉差异的品种间特性,筛选低积累镉的茎菜类蔬菜品种具有普遍意义,对城郊区农产品质量控制与提升也有重要作用。
本实验选取武汉市洪山区磨山村农用菜地作为小区实验用地,结合盆栽实验,对14个红菜薹品种、5个莴苣品种和5个芹菜品种共计24个茎菜进行品种筛选。实验所进行的筛选工作是建立在以作物茎叶部分镉含量、根部镉含量、富集系数、转移系数为主要筛选指标.并以单株生物量、维生素C含量、还原糖含量作为辅助的品质指标的筛选指标体系之上的。其中茎叶部分镉含量作为最高级的筛选指标,而根部镉含量和富集系数作为次级筛选指标.转移系数为低级筛选指标,通过各茎菜品种在各级筛选指标中的分布,从而进行比较,筛选出镉低积累的茎菜品种。主要研究结果如下:
(1)在田间试验条件下,当供试土壤中重金属镉含量为0.43mg/kg时,24个(其中供试品种6号和24号2个品种未获得有效生物量)茎菜类蔬菜品种地上部分Cd含量均未超过国家食品卫生标准《GB2762-2005食品中污染物限量》中对蔬菜产品中重金属镉限量值的规定(茎菜类Cd<0.1mg/kg,芹菜Cd<0.2mg/kg)。这说明,将土壤环境介质中重金属Cd含量控制在国家标准范围内,可以有效地避免环境中重金属Cd向食物链迁移,保障食品卫生安全。
(2)在低镉条件(土壤镉含量=0.43mg/kg)下,尽管供试蔬菜品种的地上部分Cd含量均未超过国家食品卫生标准《GB2762-2005食品中污染物限量》中对蔬菜产品中重金属镉限量值的规定,植株体内Cd含量处于较低水平,但是,其品种间Cd含量不论是种间还是在种内都有显著差异(P<0.05),表明不同基因型茎菜类蔬菜对于重金属镉的积累能力即使在低Cd条件下也存在明显的差异,进一步证实了田间条件下筛选弱吸收低积累重金属Cd基因型的可行性和科学性。
(3)在三大类供试茎菜类蔬菜中,菜薹类蔬菜地上部Cd含量最低,仅为0.0210mg/kg,Cd的富集系数也最低。地上部Cd含量及其富集系数的顺序为:芹菜>莴苣>菜薹。对菜薹类蔬菜品种进一步的聚类分析结果表明,在低镉条件下,1号品种金秋红3号、4号品种钟声红和12号品种九月鲜属于低积累镉类群,其Cd含量变化范围为0.0128-0.0173mg/kg,符合国家食品卫生标准(GB2762-2005),8号品种玫瑰2号和11号品种十月红属于高积累重金属镉的类群;在土壤镉含量为3mg/kg的高镉条件下,1号品种金秋红3号、4号品种钟声红和13号品种二早子属于低积累镉类群,2号品种映山红、8号品种玫瑰2号和11号品种十月红属于高积累重金属镉的类群。由此可见,无论在低Cd还是高Cd水平条件下,1号品种金秋红3号和4号品种钟声红始终表现出低积累Cd特性。更需要说明的一点是,在3mg/kg的高镉条件下,金秋红3号地上部分镉含量在13个菜薹品种中最低,仅为0.1593mg/kg,而紧随其后的4号品种重金属镉含量也仅为0.1885mg/kg,基本达到了国家食品卫生标准的限值。
(4)就所筛选出的低积累重金属镉品种金秋红3号而言,其单株生物量在13个菜薹品种中最高。同时,其地上部维生素C含量亦较高(77.2mg/100g),仅次于12号品种九月鲜(79.1mg/kg)。此外其地上部还原糖含量也达到19.44%。其品质指标优于另一个低积累重金属镉的品种钟声红。
(5)综合比较低镉条件和高镉条件下供试蔬菜品种的Cd积累特性、品质特征以及生物量指标,可以发现,供试品种的各项指标表现趋势具有较强的一致性,尤其是低积累Cd1号品种金秋红3号,各项指标在该品种上具有很好的配合度。这说明,在本实验Cd浓度范围内,集合茎菜类蔬菜植株地上部分镉含量、富集系数、转移系数以及Vc含量、还原糖含量等5项指标,并将之应用于筛选弱吸收低积累Cd茎菜类蔬菜品种是可行的。