七种可可基因型生理特性、镉生物富集及生物量分布研究揭示低镉积累种质资源

本研究系统评估了七种可可基因型在温室条件下的生理特性、土壤参数及镉（Cd）累积差异，发现CCN-51基因型具有最高的Cd吸收与地上部积累能力，而POUND-12、EET-399等基因型表现出较低的Cd转移与积累特性，为选育低Cd富集可可品种及土壤Cd污染治理提供了关键种质资源与理论依据。

　　

引言

镉（Cd）是地壳中天然存在的痕量元素，也是农业土壤中的常见污染物。由于其在水相土壤中易被植物吸收并富集于不同组织，Cd极易通过食物链进入人体，引发心血管疾病、骨骼异常、肾功能障碍乃至DNA损伤与癌症等严重健康问题。欧盟规定可可制品中Cd含量不得超过0.80 mg kg?1，而俄罗斯、澳大利亚等国标准更为严格（≤0.50 mg kg?1）。厄瓜多尔、秘鲁等主要可可产区虽未设定限值，但已发现可可衍生物中Cd含量较高，尤其在El Oro、Manabí等省份土壤Cd浓度高达≥2 mg kg?1，严重威胁巧克力国际贸易与食品安全。

可可植株对Cd具有高亲和性，其土壤-植物转移系数大于1，导致豆粒Cd浓度常超过10 mg kg?1。Cd胁迫会破坏可可的代谢功能、叶片气体交换、叶绿素合成、细胞分裂及光合电子传递效率。研究表明，不同基因型可可对Cd的耐受性存在显著遗传差异，例如CCN-51实生苗在Cd暴露下出现矿物质吸收紊乱、叶绿体损伤及psbA基因表达异常，而BN-34/CCN-51嫁接组合则通过高抗坏血酸过氧化物酶活性表现出较强Cd耐受性。遗传改良与农艺策略（如施用有机/无机改良剂）相结合，可有效降低Cd生物有效性并利用种间变异减少植物吸收。

材料与方法

研究在厄瓜多尔Pichilingue热带实验站（EETP）的温室与实验室内进行。选取七种可可基因型：IMC-67、POUND-12（Iquitos群）、EET-399、EET-400（Curaray群）、EET-103、EET-95（National群）及CCN-51（IMC-67 × ICS-95杂交种）。前四种对镰刀菌病（Ceratocystis cacaofunesta）具有抗性，EET-103与EET-95表现耐受性，CCN-51虽易感病但因其广泛用作砧木而被设为对照。

试验采用随机区组设计，三次重复，每单元4株，共84株。土壤采自El Oro省，质地为粘壤土，初始Cd含量为1.53 mg kg?1，pH 6.2，电导率0.31 dS m?1。种子经去种皮、浸种24小时后播种于含700 g土壤的聚乙烯袋中，温室条件为65%遮光、光强210 ± 30 μmol m?2 s?1、温度23.3–33.5°C、湿度52–82%。依据幼苗营养需求分次施入氮、磷、钾等肥料。

评估指标包括土壤pH与电导率（EC）、叶绿素指数（SPAD值）、叶片气体交换参数（净光合速率A、蒸腾速率E、气孔导度g_s、胞间CO₂浓度C_i及水分利用效率WUE）、地上部与根部干生物量、地上部宏量元素（N、P、K、Ca、Mg、S）浓度、组织Cd含量与提取效率（吸收效率 = 全株Cd含量/根干重；转移效率 = 地上部Cd含量/根部Cd含量）。Cd测定采用原子吸收光谱法（石墨炉，λ=228.8 nm）。

结果

所有基因型种植土壤均呈强酸性（pH≤5.5）且EC值高达6 dS m?1，但基因型间无显著差异。叶绿素浓度在40、55、80天（DAS）时均无基因型间差异，但80 DAS时SPAD值整体下降31.5%。气体交换参数中，仅80 DAS时的蒸腾速率（E）存在显著基因型差异，EET-103最高（0.39 mmol m?2 s?1）。80 DAS时A、E、g_s及WUE分别下降94%、37%、45%和71%，C_i则上升61%。

地上部与根部干生物量无显著基因型差异，但IMC-67地上生物量较CCN-51高5%，而POUND-12、EET-103、EET-399、EET-95、EET-400分别低36%、27%、22%、25%、19%。根部生物量中IMC-67亦较CCN-51高5%，POUND-12与EET-400则低29%。宏量元素中仅N、P、S浓度存在显著差异，CCN-51含N最高（6.1 dag kg?1），EET-399含P最高（0.54 dag kg?1），IMC-67含S最高（0.61 dag kg?1）。

Cd吸收效率在68.7–79.7 μg Cd g?1根干重之间，CCN-51最高，EET-95最低（低26%）。转移效率为5.8–9.5，CCN-51最高，EET-399最低（低39%）。地上部Cd积累量以CCN-51最高，POUND-12较之低49%，EET-399与EET-400分别低39%与32%。根部Cd积累最高为EET-399、IMC-67与CCN-51，最低为POUND-12。整体上，地上部Cd含量为根部的9倍。

讨论

生理特性与生物量分布无基因型差异假说被否定，但Cd吸收、转移与积累存在显著遗传变异，假说2成立。叶绿素与气体交换的后期下降可能与高盐胁迫（EC=6 dS m?1）相关，与Reyes-Pérez等报道一致。EET-103的高蒸腾率未如预期导致高Cd转移，说明生理响应受多因素调控。

生物量积累以IMC-67与CCN-51最高，凸显其环境适应性。Cd积累模式显示，幼株地上部Cd浓度与成龄豆粒含量呈正相关（r=0.61–0.90），表明幼期筛选可预测田间表现。CCN-51的高Cd积累与其高生物量、高营养吸收能力一致，而POUND-12的低积累与低生物量相关。EET-399表现出根部Cd固持特性，转移效率最低，有助于限制Cd向地上部迁移。

结论

基因型间Cd提取与积累能力差异显著，为选育低Cd富集可可提供了遗传资源。EET-103在蒸腾作用中表现突出，但整体气体交换因盐胁迫而受限。CCN-51具有最高Cd吸收与地上部积累能力及叶氮浓度，而EET-95吸收能力最低。POUND-12、EET-399与EET-400因低Cd积累与抗病性，成为理想砧木候选种质，适用于Cd污染土壤中的可可生产与遗传改良计划。本研究局限在于幼苗根容积有限且Cd暴露时间短，后续需开展田间成龄植株验证。