喷施不同形态锰肥对叶用油菜镉累积及亚细胞分布的影响

Effectoffoliarapplicationofdifferentmanganesefertilizersoncadmiumaccumulationandsubcellulardistri⁃butioninpakchoiYANXiu-xiu1,2,XUYing-ming1,2,WANGLin1,2*,TAOXue-ying1,2,SUNYue-bing1,2,LIANGXue-feng1,2（1.Agro-EnvironmentalProtectionInstitute,MinistryofAgricultureandRuralAffairs,Tianjin300191,China;2.KeyLaboratoryofOrigi⁃nalAgro-EnvironmentalPollutionPreventionandControl,MinistryofAgricultureandRuralAffairs,Tianjin300191,China）Abstract：Inordertotesttheeffectoffoliarapplicationofmanganese（Mn）fertilizersoncadmium（Cd）accumulationinpakchoi（Brassicachinensis）,threedifferentformsofMn,MnSO4,Mn（CH3COO）2andEDTA·Na2Mn,weresprayedamongtwopakchoicultivars（HuajunandHanlv）inapotexperiment.Weexaminedthebiomass,CdandMnconcentrations,Cduptakeandtransport,andCdandMnsubcellulardistributioninpakchoi.TheresultsshowthatfoliarapplicationofMnhadnosignificanteffectontheshootandrootbiomassesofthelowCd-accumulatingcultivar（Huajun）;however,thefoliarapplicationofhighdosagesofMn（CH3COO）2andEDTA·Na2Mnsignificantlyre⁃ducedshootbiomassinthecommoncultivarofpakchoi（Hanlv）.FoliarapplicationwithMnSO4andMn（CH3COO）2resultedingreateral⁃leviationofshootCdconcentrationsandamorenotableenhancementofshootMnconcentrationsinpakchoithanbysprayingwithEDTA·Na2Mn.ShootCdconcentrationsinHuajunwerethelowestunderfoliarfeedingwith0.4g·L–1Mn（MnSO4）and0.2g·L–1Mn[Mn（CH3COO）2],2019，38（8）:1872-18812019年8月农业环境科学学报JournalofAgro⁃EnvironmentScience闫秀秀，徐应明，王林，等.喷施不同形态锰肥对叶用油菜镉累积及亚细胞分布的影响[J].农业环境科学学报,2019,38（8）：1872-1881.YANXiu-xiu,XUYing-ming,WANGLin,etal.Effectoffoliarapplicationofdifferentmanganesefertilizersoncadmiumaccumulationandsubcellulardis⁃tributioninpakchoi[J].JournalofAgro-EnvironmentScience,2019,38（8）：1872-1881.喷施不同形态锰肥对叶用油菜镉累积及亚细胞分布的影响闫秀秀1，2，徐应明1，2，王林1，2*，陶雪莹1，2，孙约兵1，2，梁学峰1，2（1.农业农村部环境保护科研监测所，天津300191；2.农业农村部产地环境污染防控重点实验室，天津300191）收稿日期：2019-05-24录用日期：2019-07-16作者简介：闫秀秀（1993—），女，山东济宁人，硕士研究生，从事农田重金属污染修复研究。E-mail：[e-mail]*通信作者：王林E-mail：[e-mail]基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFD0800203）；国家自然科学基金项目（41571322）；天津市自然科学基金重点项目（18JCZDJC34000）Projectsupported：TheNationalKeyR&DProgramofChina（2018YFD0800203）；TheNationalNaturalScienceFoundationofChina（41571322）；TheKeyProgramoftheNaturalScienceFoundationofTianjin（18JCZDJC34000）摘要：为探明喷施锰肥对叶用油菜累积镉的调控作用，采用盆栽试验，研究喷施不同浓度的MnSO4、Mn（CH3COO）2和EDTA·Na2Mn对两种叶用油菜（Cd低积累品种华骏和普通品种寒绿）生物量以及Cd和Mn含量的影响，并通过分析Cd在叶用油菜体内的吸收转运规律以及亚细胞分布特征揭示其作用机理。结果表明，喷施3种形态Mn肥对Cd低积累叶用油菜地上部和根部生物量无显著影响，喷施高浓度Mn（CH3COO）2和EDTA·Na2Mn显著降低普通叶用油菜地上部生物量。喷施MnSO4和Mn（CH3COO）2处理降低叶用油菜Cd含量、提高Mn含量的效果明显优于EDTA·Na2Mn处理，其中，0.4g·L-1Mn的MnSO4和0.2g·L-1Mn的Mn（CH3COO）2处理降低Cd低积累叶用油菜地上部Cd含量的效果最佳，可使其分别降低29.2%和31.0%。喷施Mn肥显著降低叶用油菜总Cd累积量，使Cd转运系数显著升高，叶用油菜地上部Cd含量与总Cd累积量呈极显著的相关性（P0.01），而与Cd转运系数则无显著相关性。Cd和Mn在叶用油菜地上部主要分布在细胞可溶组分中，其次为细胞壁。喷施Mn肥后，Cd和Mn在细胞壁组分的分配比例降低，在可溶组分的分配比例升高。总之，喷施0.4g·L-1Mn的MnSO4和0.2g·L-1Mn的Mn（CH3COO）2可以显著降低低积累叶用油菜地上部Cd含量，提高其Mn含量，同时不影响叶用油菜生长，是保障Cd低积累叶用油菜安全优质生产的较好措施。关键词：镉；叶用油菜；锰；喷施；低积累品种；亚细胞分布中图分类号：X171.5文献标志码：A文章编号：1672-2043（2019）08-1872-10doi:10.11654/jaes.2019-0577闫秀秀，等：喷施不同形态锰肥对叶用油菜镉累积及亚细胞分布的影响2019年8月镉（Cd）是对人体健康威胁最大的重金属元素之一，而蔬菜是人体膳食Cd摄入的主要来源之一[1]。近年来的调查显示，我国部分城市郊区蔬菜Cd含量超标率较高，严重影响了农业安全生产[2-3]，因此，有必要采取有效措施切实降低蔬菜Cd累积。近年来，筛选和应用具有低量积累Cd特征的作物品种即Cd低积累品种，已成为安全利用Cd污染土壤的有效方法之一[1，4]。考虑到作物基因型和土壤环境对作物Cd累积均有显著影响[5]，在单独使用低积累品种仍无法满足安全生产要求时，则有必要采取调控措施，进一步减少作物Cd吸收。锰（Mn）是植物必需的微量元素之一，由于植物吸收转运Mn2+和Cd2+会使用相同的载体蛋白如NRAMP和ZIP等，因此二者在植物体内的累积常表现出拮抗作用[6-7]。基于这种拮抗作用，许多研究通过施用Mn肥来降低作物Cd累积。例如，Huang等[8]研究发现，喷施或土施EDTA·Na2Mn均能显著降低两种水稻的稻米Cd含量，其中土施处理降低效果更好，最大降低率可达78.6%；而土施MnSO4对两种水稻籽粒Cd含量有不同影响，其中Jinzao47没有显著变化，而Zhongjiazao32则显著升高。尹晓辉等[9]研究表明，施用螯合锰、碳酸锰以及硫酸锰对水稻糙米Cd含量有不同降低效果，基施和喷施联合措施的抑制效果明显优于单一措施。综合上述研究可知，施用Mn肥调控作物Cd累积的效果与施肥种类、方法以及作物品种等都有密切关系。因此，要使施用Mn肥成为调控Cd低积累品种安全生产的有效方法，有必要根据具体品种开展Mn肥施用方法研究。近年来，本团队通过盆栽和小区试验从35个叶用油菜（BrassicachinenesisL，以下简称油菜）品种中筛选了2个Cd低积累品种，并初步揭示了其低量吸收Cd的机理[10]。在此基础上，本研究选择Cd低积累油菜和普通油菜各1种，通过盆栽试验，研究叶面喷施不同浓度的MnSO4、Mn（CH3COO）2以及EDTA·Na2Mn对油菜生长和Cd、Mn含量的影响，确定降低油菜Cd含量的最佳Mn肥施用方法，同时通过分析Cd在油菜体内吸收转运规律以及亚细胞分布特征来探讨其作用机理，以期为喷施Mn肥降低油菜Cd含量提供技术支持。1材料与方法1.1实验材料供试土壤取自河南济源市某Cd污染农田，土壤类型为潮土，其基本理化性质如下：pH值7.65，阳离子交换量13.38cmol·kg-1，有机质含量7.01g·kg-1，碱解氮含量81.39mg·kg-1，有效磷含量23.65mg·kg-1，速效钾含量93.23mg·kg-1，Cd、Mn总量分别为2.54mg·kg-1和443.42mg·kg-1，Cd、Mn有效态含量（DTPA法浸提）分别为1.36mg·kg-1和15.17mg·kg-1。供试油菜品种为前期研究筛选的Cd低积累品种华骏和普通品种寒绿[10]，油菜种子由天津市农业科学院提供。供试Mn肥包括硫酸锰（MnSO4·H2O）、乙酸锰[Mn（CH3COO）2·4H2O]以及乙二胺四乙酸二钠锰（EDTA·Na2Mn），其中前两者为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司，后者纯度高于95%，购自TCI公司。1.2实验处理与方法本实验采用三因素完全组合设计。第一个因素为油菜品种，设置2种油菜。第二个因素为Mn肥形态，设置3种Mn肥。第三个因素为喷施Mn肥的浓度，每种Mn肥分别设置3个水平，其中，硫酸锰喷施浓度为：0.2、0.4、0.6g·L-1（以Mn计，下同），分别记作：Mn-S1、Mn-S2、Mn-S3；乙酸锰喷施浓度为：0.1、0.2、0.3g·L-1，分别记作：Mn-A1、Mn-A2、Mn-A3；螯合锰（EDTA·Na2Mn）浓度为：0.1、0.2、0.3g·L-1，分别记作：Mn-E1、Mn-E2、Mn-E3；另外设置对照处理whichweredecreasedby29.2%and31.0%,respectively.FoliarMnapplicationreducedthetotalCdaccumulationsignificantlyandin⁃creasedtheCdtransferfactorofpakchoimarkedly.TheshootCdconcentrationofpakchoiwaspositivelycorrelated（P0.01）withtotalCdaccumulation;however,itwasnotsignificantlycorrelatedwiththeCdtransferfactor.Inshootsofpakchoi,themajorityofCdandMnwereassociatedwiththesolublefraction,followedbythecellwallfraction.Afterfolia