土壤和产地污染管控与修复岗位
砧木嫁接可减少叶片对镉的吸收，不同砧木吸收镉的能力不同，3309C砧木嫁接的阳光玫瑰葡萄叶片中镉含量最多，5BB次之，SO4砧木嫁接的阳光玫瑰葡萄叶片中镉含量最少。与对照相比，随着土壤镉处理浓度的增加，3种砧木嫁接苗叶片的叶绿素（Chl）含量、净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs），实际光化学效率（ΦPSⅡ）光下最大荧光产量（Fm’）参数均出现上升趋势。可见不同砧木嫁接‘阳光玫瑰’叶片中镉的残留量存在差异，其中3309C砧木嫁接‘阳光玫瑰’叶片中镉含量最多，其次是5BB，SO4最少。低镉条件下葡萄叶片的净光合速率增加，促进了光合作用，3309C砧木表现出更高的光合能力，本研究为调节土壤安全利用提供一种创新方法，对嫁接阳光玫瑰葡萄砧木的选择、提高葡萄的质量和安全性具有重要意义。
1 引言
葡萄是我国重要果树，在我国以鲜食葡萄为主。其中‘阳光玫瑰’葡萄是由日本引进，近几年栽培面积不断扩大，在市场上深受消费者的喜爱。目前‘阳光玫瑰’葡萄普遍采用嫁接栽培，主要的砧木由5BB、3309C、SO4等。
近年来，由于污水灌溉、矿山的开采、废气废渣废水的排放以及过度施用含重金属的有机肥料，我国耕地土壤的重金属污染越来越严重。目前，我国农田土壤pH＜6.5，镉含量标准为0.3 mg·kg-1，农田土壤pH＞7.5，镉含量标准为0.6 mg·kg-1，耕地镉的超标率达到了7%，远高于其他的重金属元素，土壤环境堪忧。高浓度的镉会使作物产量降低，甚至死亡。随着镉浓度的增加，秋茄的净光合作用、气孔导度、蒸腾作用降低，叶绿素浓度降低，光合系统遭到了破坏。高浓度镉处理下，烟草叶片变黄，叶绿素浓度下降，根茎生物量减少。镉对植物不利影响的报道比较多，但也有研究显示镉的毒害作用也受剂量的影响，在高剂量下会产生毒害作用，但在低剂量下会产生刺激作用，这种现象被称为兴奋或兴奋效应。不同的植物剂量反应会不同，有报道显示，Cd浓度为0.5～5 mg·L-1促进了金银花的生长，显著提高了金银花的叶片含水量和光合色素含量；但在Cd浓度为10～25 mg·L-1显著下降，显示出U型剂量相关曲线，产生了典型的剂量兴奋反应。在桑树上的试验表明，8.49 mg·kg-1镉处理下表现为生长刺激；随着镉浓度的不断升高，桑树表现为生长抑制，145 mg·kg-1镉浓度时桑树死亡。耕地土壤重金属污染是影响葡萄的产量和品质的因素之一，葡萄园受到重金属污染，尤其是镉和锌，更容易富集在葡萄叶片，而果实中重金属富集比较弱，但是通过食物链也会对人类的身体健康造成一定的危害。因此，减轻土壤镉污染，明确镉在植物体内的残留和影响，是一个亟待解决的问题。
研究表明，葡萄可采用砧木嫁接以阻止土壤中的镉进入地上部分，不同类型的砧木嫁接‘矢富罗莎’葡萄发现镉的积累存在差异，但嫁接减少了‘矢富罗莎’葡萄对镉的吸收。采用嫁接能够促进土壤镉污染下凤仙花后代的生长,从而提高对镉污染土壤的修复能力。不同类型的砧木嫁接可减少西瓜中镉的含量，使西瓜果实品质得到了提高。‘阳光玫瑰’葡萄对镉的富集性较强，目前对不同砧木嫁接‘阳光玫瑰’葡萄后，镉的残留以及嫁接后‘阳光玫瑰’葡萄叶片的光合作用的影响，尚未见报道，因此本研究利用3种不同类型的砧木，嫁接‘阳光玫瑰’葡萄后，进行不同浓度（0～3.2 mg·kg-1）的镉胁迫，了解镉在植株地上部分的残留特征以及叶片的光合和荧光指标变化，以期明确镉胁迫下不同砧木对‘阳光玫瑰’葡萄光合作用的影响。本研究对于‘阳光玫瑰’葡萄砧木选择以及探究镉在植株体内的分布特征，了解镉对葡萄植株生长的影响，均具有重要意义。
2 材料和方法
2.1 试验材料
镉胁迫土配制：将葡萄园行间土（土壤基础镉含量为0.2～0.4 mg·kg-1）过筛放到塑料花盆里，每盆装30 kg。配制0、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2 mg·kg-1浓度的CdCl2溶液。将500 ml 0.2 mg·kg-1浓度的CdCl2溶液混入2 kg土中，加入2 kg过筛土混匀；将此4 kg土再混入4 kg过筛土混匀为8 kg，以此类推，直到将CdCl2溶液均匀地混入30 kg土中（8 kg到16 kg，16 kg到30 kg）。每个浓度设置9个重复，共计54盆土。装土后浇透水，以便均衡和固定镉的分布。
试验于2021年4月在鲁东大学农林工程研究院实验温室内进行。试验开展前一年，选用SO4、5BB、3309C三种砧木嫁接‘阳光玫瑰’葡萄（分别用SM/SO4、SM/3309C、SM/5BB表示），种植在含有不同镉浓度的花盆中，分别设置3个生物学重复，以0 mg·kg-1为对照组，共计54盆。试验过程中采用避雨栽培，每周定期浇灌霍格兰特营养液。
2.2 试验方法
将嫁接好的‘阳光玫瑰’葡萄在定植28 d后，即长出6～8片成熟的葡萄叶时，在上午8:00—10:00统一收集两片长势一致、节位相同、比较完整的成熟叶片，并立即用液氮保存，进行后续葡萄茎叶中镉含量测定以及叶片叶绿素（Chl）含量分析。镉含量测定采用原子吸收光谱法，参照邵小杰的方法[17]。将采集的样品放入烘箱烘干水分，称取0.2 g样品于坩埚中，加入8 mL浓硝酸和2 mL高氯酸，放置过夜，消煮至剩余1 mL液体后，用蒸馏水洗涤坩埚，定容至25 mL，贮存，待测。叶绿素含量测定采用95%乙醇研磨-过滤法。
在5月中上旬，选择晴天，每种处理选择长势一致，比较完整新梢3～5节的叶片，使用Licor-6800光合测定仪选择8:00—11:00、14:00—17:00，每隔1.5 h测定净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Gs）等光合指标和实际光化学效率（Φ PSⅡ）、光化学猝灭系数（qP）、非光化学猝灭系数（NPQ）、光下最大荧光产量（Fm'）等荧光指标。叶室红蓝光源强度设定为1000 μmol·m-2·s-1，CO2浓度设定为784 mg·m-3。连续测定5天，取平均值进行分析。
2.3 数据统计分析
采用Excel 2020、SPSS 26.0软件进行数据整理和统计分析，绘图软件为Excel 2020，重复5次，取平均值，用邓肯新复极差法进行差异显著性分析，P＜0.05表示差异显著。
3.结果与分析
3.1 镉胁迫下不同嫁接苗叶片中Cd含量变化
由图1结果可知，SM/SO4、SM/3309C、SM/5BB砧木嫁接苗叶片中Cd的含量基本随镉处理浓度升高而升高。并且SM/SO4砧木嫁接苗叶片中Cd含量最低，而SM/3309C砧木嫁接苗叶片镉含量最高，说明砧木能阻断Cd向地上部的运输，SO4砧木阻断Cd向地上部的能力最强，3309C砧木阻断能力最差。
3.2 镉胁迫不同嫁接苗叶绿素含量变化
不同浓度Cd胁迫后，不同葡萄砧木嫁接‘阳光玫瑰’葡萄叶片中叶绿素含量变化情况如图2所示，SO4、5BB砧木嫁接后‘阳光玫瑰’葡萄叶片中叶绿素的含量在0.2 mg·kg-1和0.4 mg·kg-1镉处理下增加，在0.8 mg·kg-1镉处理下减少，又在1.6 mg·kg-1和3.2 mg·kg-1镉处理下增加，而3309砧木嫁接后‘阳光玫瑰’葡萄叶片中叶绿素的含量基本在随镉浓度的增加而增加。结合图1发现，SM/3309C砧木嫁接苗叶片虽然镉含量最多，但其叶绿素含量最多，SM/SO4砧木嫁接苗叶片中镉含量最少，叶绿素含量也最少，这些都表明了镉在一定范围内可能促进了叶绿素的合成。
3.3 镉胁迫不同砧木嫁接苗Pn的变化
Cd胁迫后，不同类型葡萄砧木嫁接‘阳光玫瑰’葡萄叶片净光合速率变化情况如图3所示，‘阳光玫瑰’嫁接苗叶片中净光合速率基本随镉浓度梯度的升高而升高。并且受Cd胁迫，不同砧木对‘阳光玫瑰’葡萄产生的净光合速率也有所不同。结合图1，SM/3309C砧木嫁接苗叶片中的镉含量与其它两种砧木相比是最多的，但是从图3中可以看出，在镉浓度低于1.6 mg·kg-1的处理中，SM/3309C砧木嫁接苗净光合速率最高，SM/SO4砧木嫁接苗最低。
3.4 镉胁迫不同砧木嫁接苗蒸腾速率的变化
如图4所示，SM/SO4、SM/5BB、SM/3309C砧木嫁接苗蒸腾速率均高于对照，并且随镉处理浓度梯度的升高而升高，因此可以断定，低浓度的镉在一定程度上可以促进嫁接后‘阳光玫瑰’葡萄的蒸腾速率。从图4中发现，在未胁迫状态下，SM/5BB砧木嫁接苗蒸腾作用最强，其次是SM/3309C，最后是SM/SO4。在Cd胁迫下，不同砧木嫁接的‘阳光玫瑰’葡萄蒸腾速率也有所不同。但是从图4中可以看出，在不同浓度镉胁迫下，SM/3309C砧木嫁接苗的蒸腾速率均表现最高，其次是SM/5BB，而SM/SO4最低。
3.5 Cd胁迫不同嫁接苗胞间CO2浓度的变化
如图5所示，Cd胁迫后，这3种砧木嫁接的‘阳光玫瑰’葡萄叶片胞间CO2浓度均较对照低，并且基本随镉处理浓度梯度的升高而降低。从图5中看出，在镉浓度为0 mg·kg-1时，SM/SO4砧木嫁接苗叶片胞间CO2浓度最高，其次是SM/5BB砧木嫁接苗。并且受镉的胁迫，不同类型砧木嫁接后对‘阳光玫瑰’葡萄产生的胞间CO2浓度也有所不同。在镉浓度为0.4 mg·kg-1时，SM/SO4砧木嫁接苗叶片的胞间CO2浓度是最高的；其他镉浓度的SM/SO4砧木嫁接苗最高。
3.6 Cd胁迫不同嫁接苗Gs的变化
图6所示，Cd胁迫后，3种葡萄砧木嫁接的‘阳光玫瑰’葡萄叶片中气孔导度都比镉浓度为0 mg·kg-1时高，并且基本随镉处理浓度梯度的升高而升高。从图6中发现，受Cd的胁迫，不同类型砧木嫁接的‘阳光玫瑰’葡萄气孔导度也有所不同，均以SM/3309C最高。但在镉浓度为1.6 mg·kg-1时，SM/5BB嫁接苗最低。在其他镉浓度时，SM/SO4嫁接苗最低。
3.7 Cd胁迫不同嫁接苗实际光化学效率（ΦPSⅡ）变化
图7所示，Cd胁迫后，3种葡萄砧木嫁接苗的叶片中实际光化学效率基本随镉处理浓度的升高而升高。并且从图7中可以看出，受不同浓度Cd胁迫后，SM/3309C砧木嫁接苗的实际光化学效率是最高的，其次是SM/5BB砧木嫁接苗，SM/SO4砧木嫁接苗实际光化学效率最低。
3.8 Cd胁迫不同砧木嫁接苗光化学猝灭系数（qP）变化
图8所示，Cd胁迫后，3种葡萄砧木嫁接的‘阳光玫瑰’葡萄叶片中光化学猝灭基本随镉处理浓度的升高而升高。并且从图8中可以看出，受不同浓度Cd胁迫后，SM/3309C砧木嫁接苗光化学猝灭系数是最高的，其次是SM/5BB砧木嫁接苗，SM/SO4砧木嫁接苗光化学猝灭系数最低。
3.9 Cd胁迫不同砧木嫁接苗光下最大荧光产量（Fm’）变化
图9所示，Cd胁迫后，3种砧木嫁接苗光下最大荧光产量基本随镉处理浓度的升高而升高。并且从图9可以看出，受不同浓度Cd胁迫后，SM/3309C砧木嫁接苗光下最大荧光产量是最高的，其次是SM/5BB砧木嫁接苗，SM/SO4砧木嫁接苗光下最大荧光产量最低。
3.10 Cd胁迫不同砧木嫁接苗非光化学猝灭系数（NPQ）变化
如图10所示，Cd胁迫后，SM/SO4和SM/5BB砧木嫁接苗的非光化学猝灭系数并没有随镉处理浓度的升高而变化。从图10中可以看出，在镉浓度在1.6 mg·kg-1以下时，3种葡萄砧木嫁接的‘阳光玫瑰’葡萄叶片非光化学猝灭系数无显著的变化。在镉浓度为3.2 mg·kg-1时，SM/3309C砧木嫁接苗叶片的非光化学猝灭系数比SM/5BB砧木嫁接苗叶片的非光化学猝灭系数显著增高。说明这个浓度的镉胁迫，对SM/3309C砧木嫁接苗的光合能力产生了较大影响，能量不能用来进行正常电子传递，产生ATP，而是增加了热能的耗散。
4 结论
综上所述，低浓度Cd胁迫后，通过3309C、SO4、5BB砧木嫁接的‘阳光玫瑰’葡萄叶片叶绿素含量、光合参数和叶绿素荧光参数的影响，可以看出，砧木嫁接可阻止镉进入地上部分，低浓度的Cd胁迫可提高砧木嫁接的‘阳光玫瑰’葡萄叶片光合作用。在三种砧木嫁接‘阳光玫瑰’葡萄后，3309C砧木嫁接‘阳光玫瑰’葡萄在低浓度Cd胁迫下表现出更高的光合能力。