黃凱豐 江解增

（1.揚(yáng)州大學(xué)水生蔬菜研究室，江蘇揚(yáng)州，225009；2.貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物遺傳育種研究所）

茭白對鎘、鉛吸收分配的差異研究

黃凱豐1，2江解增1

（1.揚(yáng)州大學(xué)水生蔬菜研究室，江蘇揚(yáng)州，225009；2.貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物遺傳育種研究所）

以單季茭白品種蔣墅茭和雙季茭白品種葑紅早為試材，采用土壤為栽培介質(zhì)，對Cd2+，Pb2+的單一及其復(fù)合脅迫，進(jìn)行有機(jī)肥和無機(jī)肥處理，測定了茭白根、短縮莖、葉及產(chǎn)品器官中Cd2+，Pb2+的積累量。研究結(jié)果表明，Cd2+，Pb2+的積累量在茭白不同器官間表現(xiàn)為根＞短縮莖＞葉＞肉質(zhì)莖；兩品種中復(fù)合脅迫時(shí)的Cd2+，Pb2+積累量均明顯高于單一脅迫；不同肥料間以有機(jī)肥處理下茭白各器官中Cd2+，Pb2+的積累量同比均顯著低于無機(jī)肥處理。品種間存在明顯差異，蔣墅茭對Pb2+的積累能力強(qiáng)于葑紅早，對Cd2+的積累能力則低于葑紅早。茭白根系對Cd2+，Pb2+的富集系數(shù)表現(xiàn)為無機(jī)肥處理和復(fù)合脅迫處理時(shí)分別顯著大于有機(jī)肥處理和單一脅迫。

茭白 鎘 鉛 殘留量 肥料

農(nóng)作物對有害元素的富集能力是評價(jià)有害元素對人體健康及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的重要依據(jù)，也是選擇合適的栽培品種以降低污染元素對農(nóng)產(chǎn)品污染風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵依據(jù)[1]。隨著工業(yè)的發(fā)展和人口數(shù)量的增加，環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，而重金屬是最具為害的一種污染，它對人類的健康構(gòu)成威脅[2]。重金屬進(jìn)入人體主要是通過食物鏈[3～4]，因此重金屬在植物中的積累受到越來越多的關(guān)注[5]。黃亮等[6]認(rèn)為，水生植物對重金屬具有較強(qiáng)的吸收積累能力。茭白 （Zizania latifoliaTurcz.）是原產(chǎn)我國的特色水生蔬菜，多在湖泊沼澤等多濕環(huán)境中生長，因此受隨水系擴(kuò)散的重金屬污染的可能性要大于其他農(nóng)作物，其對重金屬離子的積累能力如何，鮮有報(bào)道。為比較茭白各器官中Cd2+，Pb2+的積累量在不同肥料處理下的差異，本試驗(yàn)以茭白為試驗(yàn)材料，對 Cd2+，Pb2+脅迫下茭白各器官中Cd2+，Pb2+的積累量進(jìn)行了研究，以期為茭白的安全生產(chǎn)提供參考依據(jù)，同時(shí)也為重金屬污染下，茭白食用器官的安全性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試重金屬為：Cd2+（CdCl2·2.5H2O），Pb2+[Pb(NO3)2]為分析純。

供試茭白品種：單季茭品種蔣墅茭（Jiangshu）、雙季茭品種葑紅早（Fenghongzao）。

1.2 種植管理

試驗(yàn)在揚(yáng)州大學(xué)水生蔬菜試驗(yàn)水池中進(jìn)行。2007年4月24日，將取自揚(yáng)州大學(xué)水生蔬菜試驗(yàn)田的土壤 （Cd2+含量0.16 mg/kg；Pb2+含量0.17 mg/kg，pH值7.54）按20 cm的厚度，鋪設(shè)到每個(gè)水泥池中，每個(gè)水池長1.5 m、寬1 m、深0.5 m，在各池中分別施有機(jī)肥（菜籽餅1500 kg/hm2）和無機(jī)肥（與菜籽餅N，P，K含量相當(dāng)?shù)娜獜?fù)合肥750 kg/hm2）作基肥，灌水至30 cm，并在試驗(yàn)過程中通過不斷的灌自來水來保持該水位。5月13日，選擇大田中上年種植的、具有典型種性的茭墩分墩移栽，每墩帶有3～5支新生分蘗并有少量老墩，均勻栽植于水池中，間距為30 cm×35 cm，每池中均栽兩品種茭白各6墩，品種間用濾網(wǎng)分隔。

待茭白植株返青成活、長出新葉后，于5月25日，按土壤和水的總體積為準(zhǔn)設(shè)置重金屬濃度，Cd2+：100 mg/L（以Cd 100表示）；Pb2+：1000 mg/L（以Pb 1000表示）、Cd2+-Pb2+復(fù)合污染 （Cd2+100 mg/L，Pb2+1000 mg/L，以Cd-Pb表示），向池中均勻投放高濃度的CdCl2·2.5H2O，Pb（NO3）2母液，并攪拌均勻，設(shè)空白對照，3次重復(fù)。茭白生長過程中，分別在返青、分蘗期、孕茭期，按225 kg/hm2用量施三元復(fù)合肥在無機(jī)肥處理的水池中；按450 kg/hm2的用量施菜籽餅在有機(jī)肥處理的水池中。管理過程中所有枯葉均放入水池中漚爛，以盡量避免重金屬的損失。保持水池中的水位，水池上方2.5～3.5 m覆蓋塑料薄膜，以防止降雨。

表1 茭白各器官中Cd2+的殘留量

表2 茭白各器官中Pb2+的殘留量

1.3 樣品處理及測定

2007年秋季采收盛期（蔣墅茭為9月30日，葑紅早為10月16日），在各處理及重復(fù)群體中隨機(jī)選取正常露白的肉質(zhì)莖。并取該植株茭白的白色根系、短縮莖、倒三片（以頂葉起）功能葉。將上述樣品先用自來水沖洗干凈，再用蒸餾水反復(fù)沖洗，最后用去離子水反復(fù)沖洗，洗凈后用吸水紙吸干，分別測定其鮮質(zhì)量，置105℃烘箱中殺青30 min，后在70℃烘箱中烘至恒重，稱取干質(zhì)量，計(jì)算干物質(zhì)量，粉碎機(jī)粉碎后100目（孔徑0.147 mm）篩網(wǎng)過篩，于干燥器中保存，測定前仍在75℃下烘至恒重。

重金屬含量的測定：稱取試樣2.00 g經(jīng)HN03加H2O2（2∶3）消化后，按GB18406.1-2001的規(guī)定，用美國Thermo Elemental公司的 “SOLAAR S4”型原子吸收光譜儀測定各處理及重復(fù)的茭白各器官中Cd2+和Pb2+含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 茭白各器官中Cd2+，Pb2+的殘留量

由表1，2可以看出Cd2+，Pb2+脅迫能顯著增加茭白各器官中Cd2+，Pb2+的積累量。茭白各器官間Cd2+，Pb2+的積累量以根中顯著高于短縮莖、葉和肉質(zhì)莖，是短縮莖的數(shù)倍，是葉的數(shù)十倍，是肉質(zhì)莖的數(shù)千倍，說明根是茭白富集Cd2+，Pb2+的主要部位，且根中積累的Cd2+，Pb2+不易向地上部轉(zhuǎn)移。復(fù)合脅迫處理時(shí)茭白各器官中Cd2+，Pb2+積累量增加的幅度顯著大于單一脅迫處理。無機(jī)肥處理時(shí)茭白各器官中Cd2+，Pb2+的積累量同比顯著高于有機(jī)肥處理。品種間以葑紅早對Cd2+的積累能力強(qiáng)于蔣墅茭，而對Pb2+的積累能力則低于蔣墅茭。由表1，2還可以看出，兩茭白品種產(chǎn)品器官肉質(zhì)莖中Cd2+殘留量，在有機(jī)肥處理時(shí)，只有復(fù)合脅迫處理下葑紅早產(chǎn)品器官肉質(zhì)莖中Cd2+的殘留量超過無公害蔬菜產(chǎn)品國家標(biāo)準(zhǔn)（GB18406.1-2001）的限量值（50 μg/kg），而無機(jī)肥處理時(shí)兩茭白品種產(chǎn)品器官肉質(zhì)莖中Cd2+殘留量則均超過該標(biāo)準(zhǔn)。兩茭白品種產(chǎn)品器官肉質(zhì)莖中Pb2+殘留量，只有無機(jī)肥處理下的復(fù)合脅迫處理時(shí)，才超過無公害蔬菜產(chǎn)品國家標(biāo)準(zhǔn)（GB18406.1-2001）的限量值（200 μg/kg）。這一方面說明茭白產(chǎn)品器官肉質(zhì)莖中Cd2+，Pb2+的殘留能力較強(qiáng)，同時(shí)也說明無機(jī)肥及復(fù)合脅迫處理均能增加Cd2+，Pb2+在茭白產(chǎn)品器官中的殘留。

2.2 茭白根系對Cd2+，Pb2+的富集系數(shù)

富集系數(shù)（吸收系數(shù)，BCF）是衡量植物對重金屬積累能力大小的一個(gè)重要指標(biāo)，它是指植物體內(nèi)某種重金屬含量與土壤中該種重金屬含量的比值，富集系數(shù)越大，說明富集能力越強(qiáng)[7]。表3反映出茭白的根系對Cd2+，Pb2+的富集系數(shù)，可以看出在無機(jī)肥處理和復(fù)合脅迫處理時(shí)，茭白根系對Cd2+，Pb2+的富集系數(shù)分別顯著大于有機(jī)肥處理和單一脅迫，一方面說明，有機(jī)肥處理能有效的減低茭白根系對Cd2+，Pb2+的富集，同時(shí)也說明，Cd2+與Pb2+之間存在一定的協(xié)同吸收作用。品種間以葑紅早對Cd2+的富集系數(shù)同比高于蔣墅茭，而對Pb2+的富集則低于蔣墅茭。

表3 茭白根對Cd2+和Pb2+的富集系數(shù)

3 小結(jié)與討論

Cd2+和Pb2+是重要的污染物，其在植物體內(nèi)的積累，嚴(yán)重為害人類的健康，因此受到越來越多的關(guān)注[8]。杜應(yīng)瓊等[9]通過對Cd2+，Pb2+在葉類蔬菜中累積的研究發(fā)現(xiàn)，Cd2+在蔬菜體內(nèi)轉(zhuǎn)移的遷移累積率大于Pb2+。本試驗(yàn)得出相似的結(jié)果：在Pb2+處理濃度高于Cd2+一個(gè)數(shù)量級的情況下，茭白各器官對Pb2+的富集系數(shù)仍明顯低于Cd2+，說明Cd2+在茭白體內(nèi)比Pb2+更易遷移，這可能與兩種重金屬離子在植物體內(nèi)不同的運(yùn)輸方式有關(guān)，Cd2+主要是以共質(zhì)體方式在植物體內(nèi)運(yùn)輸，而Pb2+則主要是以非共質(zhì)體的方式運(yùn)輸[10]。

植物受重金屬離子傷害的程度，與植物所處環(huán)境中重金屬離子的濃度、植物的種類、所處生長環(huán)境的性質(zhì)有關(guān)[11]。張亞麗等[12]通過培養(yǎng)與盆栽試驗(yàn)，研究了有機(jī)肥料對污染土壤中Cd2+的有效性、各形態(tài)及其生物活性的影響，結(jié)果表明，有機(jī)肥料的施用明顯降低了土壤中有效Cd2+的含量，其中豬糞效果優(yōu)于秸稈類；有機(jī)肥料的施用促使交換態(tài)Cd2+向松結(jié)合有機(jī)態(tài)、錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd2+轉(zhuǎn)化。相關(guān)分析表明，土壤交換態(tài)Cd2+和松結(jié)合有機(jī)態(tài)Cd2+與土壤中有效態(tài)Cd2+、水稻地下部含Cd2+成顯著或極顯著正相關(guān)。本試驗(yàn)的研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥處理下茭白植株受到的脅迫傷害要小于無機(jī)肥處理，與上述研究結(jié)果是一致的。有機(jī)肥處理可以減輕重金屬離子對茭白的傷害，這可能與本試驗(yàn)所使用的有機(jī)肥——菜籽餅，其含有大量的有機(jī)質(zhì)（一般有機(jī)質(zhì)含量為75%～85%）、剩余油脂等物質(zhì)[13]，對重金屬離子存在較大的吸收作用有關(guān)。前期研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，葦末基質(zhì)栽培處理時(shí)，茭白受重金屬離子脅迫的傷害程度要小于土壤栽培[14]，說明，通過改良植物的生長環(huán)境，可以達(dá)到緩解重金屬離子對植物生長發(fā)育脅迫傷害的目的。至于如何通過改良植物所處環(huán)境的性質(zhì)，來降低植物根系對重金屬的吸收，從而減少其在植物各器官中的富集，則有待于進(jìn)一步的研究。

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Study on Accumulation and Partition of Cd2+and Pb2+inZizania latifolia

HUANG Kaifeng1,2,JIANG Jiezeng1
(1．Institute of Aquatic Vegetable Research,Yangzhou University,Yangzhou 225009; 2．Institute of Plant Genetics and Breeding,School of Life Sciences,Guizhou Normal University)

Change of the Cd2+and Pb2+accumulation in leaves,culms,roots and galls ofZizania latifoliawere studied on single-harvested cultivar Jiangshujiao and double-harvested cultivar Fenghongzao which cultured in soil with Cd2+100 mg/L,Pb2+1000 mg/L and their combined stress．The accumulative coefficient of rootsZizania latifoliaof were also determined．The results showed that,the Cd2+and Pb2+accumulation in different tissues ofZizania latifoliawere in the order of root＞culm＞leaf＞gall．Accumulation of Cd2+and Pb2+in different tissues ofZizania latifoliawas lower when treated with organic fertilizer than with inorganic fertilizer．Treated with single stress,it was also lower than with combined stress．The Cd2+accumulation in Fenghongzao tissues was higher than those in Jiangshu,but the Pb2+accumulation was lower．The accumulative coefficient of Cd2+and Pb2+in root ofZizania latifoliawas lower when treated with organic fertilizer than with inorganic fertilizer．Treated with single stress,it was also lower than with combined stress．

Zizania latifolia;Cd2+;Pb2+;Accumulation;Fertilizer

10.3865/j.issn.1001-3547.2009.14.016

國土資源部與江蘇省政府合作項(xiàng)目[(2003)019-O1]

黃凱豐（1979-），男，博士，研究方向?yàn)槲廴旧鷳B(tài)，電話：0851-6780646，13608585660。

江解增，通信作者

2009-03-12