8個不同品種小麥汞吸收和分布的差異

謝鈞宇，楊 峰，劉娟娟，梁東麗，郭 璐

(1 西北農(nóng)林科技大學 資源環(huán)境學院,陜西 楊凌 712100；2 陜西楊凌示范區(qū)環(huán)保局，陜西 楊凌 712100)

近年來，由于化肥和農(nóng)藥過量施用、含重金屬污水的灌溉、污泥的農(nóng)業(yè)利用、礦區(qū)飄粉塵的沉降及合金冶煉過程產(chǎn)生大量廢物的不合理堆棄，世界范圍內(nèi)重金屬污染日趨嚴重[1]。我國大約1/5(2×107hm2)的耕地不同程度地受到Cd、As、Pb、Hg和Zn污染，每年有超過1.2×107t谷物受到重金屬污染[2]。此外我國是全球大氣污染最嚴重的地區(qū)之一，大氣中汞的年均含量為70 μg/m2，沉降量為5～22 t/年[3]，所以汞的面源污染問題不容忽視。

不同農(nóng)作物對重金屬的吸收能力存在差異[4]，且同一作物不同品種對重金屬的吸收也存在差異[5]。小麥是我國僅次于水稻的第二大糧食作物，也是北方地區(qū)的主食，因此小麥的品質和安全問題越來越受到關注。張國平等[6]研究了甘谷534和鄂81513 2個品種小麥對Cd吸收和積累的差異，發(fā)現(xiàn)低Cd水平(<0.1 mg/kg)下甘谷534的地上部分和根系中Cd含量較高，而高Cd水平(>0.3 mg/kg)下則以鄂81513的Cd含量較高。馬建明等[7]通過大田試驗研究發(fā)現(xiàn)，云麥29籽粒對Cd、Cu、Pb、Fe和Zn 5種重金屬的富集量均為非污染區(qū)高于以鉛鋅礦為主的重金屬污染區(qū)，說明云麥29對重金屬的侵入具有較強的抵抗力。Stolt等[8]認為，硬質小麥籽粒中Cd的含量高于普通小麥。

現(xiàn)有的有關汞污染土壤對小麥影響的研究結果不盡相同。張丙春等[9]研究表明，Hg脅迫下，龍麥26吸收的Hg大部分積累在根部，僅極少部分轉移至葉和莖，且未發(fā)現(xiàn)汞轉移至籽粒中。但楊軍等[10]卻發(fā)現(xiàn)，長期污灌的北京涼鳳灌區(qū)小麥籽粒中Hg含量呈顯著增加趨勢。黃銀曉等[11]研究了HgS、HgO、CH3HgCl、HgCl2和C8H8O2Hg對水稻、小麥生長發(fā)育的影響及作物對汞的吸收、積累情況，結果表明，小麥積累的汞大部分富集在根部，地上部(莖、葉)中的含汞量顯著低于水稻。

選取重金屬積累量低的小麥品種是降低重金屬在食物鏈中流通，保障人體健康的一種有效措施。但有關不同品種小麥不同部位Hg含量、分布與轉運特性差異的研究尚未見報道。為此，本研究采用外源Hg污染土壤栽培試驗，研究了Hg脅迫下全國主推的8個小麥品種對Hg吸收及分布的差異，以期為小麥的安全生產(chǎn)提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤采自西北農(nóng)林科技大學南校區(qū)試驗田(0～20 cm)，土壤類型為土婁土，土壤經(jīng)自然風干、研磨后過孔徑5 mm的篩備用。土壤的基本理化性質為：pH 7.75，陽離子交換量(CEC)23.34 cmol/kg，黏粒含量39.50%，碳酸鈣含量55.00 g/kg，有機質含量16.33 g/kg，全氮含量1.11 g/kg，土壤全汞含量0.149 mg/kg。

供試小麥為全國主栽品種，包括徐麥30、陜麥979、小偃22、濟麥22、皖麥52、鄭麥9023、石新618和衡麥5229，其中徐麥30由江蘇省農(nóng)科院提供，陜麥979和小偃22由西北農(nóng)林科技大學農(nóng)學院提供，濟麥22和石新618由山東省農(nóng)科院提供，皖麥52由安徽省農(nóng)科院提供，鄭麥9023由河南省農(nóng)科院提供，衡麥5229由河北省農(nóng)科院提供。

供試汞為分析純級氯化汞試劑，由天津化學試劑公司生產(chǎn)。

1.2 試驗設計

本研究每個小麥品種設2個汞處理，每個處理重復3次，其中一個為無汞處理對照(CK)，即施入土壤Hg含量為0 mg/kg；另一個是汞污染處理，按照國家土壤環(huán)境質量標準中Hg含量二級標準(1 mg/kg)的2倍設置汞污染含量，施入土壤Hg含量為2 mg/kg。具體方法是：每盆裝已經(jīng)篩好的土壤10.0 kg，將HgCl2以溶液均勻噴入土壤，使得汞含量達到2 mg/kg，而對照(CK)土壤中噴入蒸餾水，保持土壤含水量為田間持水量的70%，平衡100 d，其間用稱質量的方法保持土壤含水量恒定。播種前，將氮(N 3.26 g/kg)、磷、鉀(KH2PO42.88 g/kg)肥以基肥方式施入土壤，將其與土壤混合均勻。2010-10-27種植，均勻播種20粒，7 d后間苗至10株，2011-05-30收獲。

小麥成熟后，將整個植株從盆缽中取出，使植株與土壤脫離，用不銹鋼剪刀將根系和地上部分分開，稱鮮質量后直接裝入網(wǎng)袋帶回實驗室。樣品用自來水洗干凈后用蒸餾水沖洗3次，將小麥按照莖、葉、穗分開裝入紙袋中，90 ℃殺青，55 ℃烘至恒質量，稱量干質量。人工將穗上的籽粒脫離并稱重，記作籽粒產(chǎn)量，并稱量穎殼的質量。分別將小麥莖稈、葉片、穎殼和籽粒粉碎，測定其中的汞含量。

1.3 測定項目及方法

植株樣品用硝酸-高氯酸(V(硝酸)∶V(高氯酸)=4∶1)消煮后，采用原子熒光儀測定汞含量。為了保證樣品消煮和測定過程的準確性，以空白試劑和小麥標準物質與試驗樣品進行同步消煮和測定。小麥標準物質Hg含量為(0.20±0.03) mg/kg，實測值為(0.18±0.21) mg/kg。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

汞分配比例=植物各部位汞含量/整個植株汞含量×100%。

數(shù)據(jù)用“平均值±標準誤”表示。采用DPS統(tǒng)計軟件和Microsoft Excel 2003進行數(shù)據(jù)處理；采用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 汞對不同品種小麥產(chǎn)量及其構成因子的影響

2.1.1 小麥生物量及籽粒產(chǎn)量 生物量是籽粒產(chǎn)量的基礎。由表1可知，對照處理中，小麥生物量最高的品種為濟麥22，最低的品種為鄭麥9023；與此不同，汞污染處理小麥生物量最高的品種為衡麥5229，最低的品種仍為鄭麥9023。由此可見，不同品種小麥的生物量對汞污染的響應程度不同。在本試驗條件下，汞污染處理小麥(陜麥979除外)的生物量均高于對照處理，表明汞污染處理對陜麥979以外的小麥品種的生長有促進作用。

表1 汞對不同品種小麥生物量及籽粒產(chǎn)量的影響

從表1還可知，無論是對照還是Hg污染處理，8個小麥品種中籽粒產(chǎn)量最高的為濟麥22，最低的為鄭麥9023。汞污染處理中，除陜麥979籽粒產(chǎn)量較對照下降了0.61%外，其余小麥品種的籽粒產(chǎn)量均高于對照，其中濟麥22籽粒產(chǎn)量較對照增加的比例最高，為16.20%。

2.1.2 小麥產(chǎn)量構成要素 小麥產(chǎn)量由穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質量3個要素決定。汞對8個品種小麥產(chǎn)量構成因子的影響結果見表2。

表2 汞對8個品種小麥產(chǎn)量構成因子的影響

由表2可知，外源Hg對不同品種小麥產(chǎn)量構成要素的影響程度不同。對照處理中，8個小麥品種的穗粒數(shù)無顯著差異，汞污染處理小麥品種間差異顯著。與對照相比，汞污染處理所有品種小麥的穗粒數(shù)均下降，其中以皖麥52受影響最小(穗粒數(shù)較對照下降了4.77%)，陜麥979受影響最大(穗粒數(shù)較對照下降了45.79%)。

對照處理以衡麥5229的穗數(shù)最多；與對照相比，汞污染處理所有品種小麥的穗數(shù)均呈增加趨勢，其中以陜麥979的穗數(shù)最多；2個處理中均以石新618的穗數(shù)最少。

對照處理中，8個小麥品種的千粒質量無顯著差異；汞污染處理對千粒質量影響最大的是濟麥22，其千粒質量較對照下降了8.59%，徐麥30和小偃22次之，而陜麥979增加了9.21%。

2.2 汞對小麥不同部位汞含量的影響

從圖1可以看出，汞污染處理的小麥各部位Hg含量均顯著高于對照處理。汞污染處理后，小偃22莖稈中的Hg含量顯著高于除衡麥5229外的其他品種(圖1-A)，說明其莖稈對汞的吸收能力較強；葉片中，皖麥52和石新618汞污染處理的汞含量顯著高于其他品種，其他品種之間差異不顯著(圖1-B)，說明皖麥52和石新618葉片對汞的吸收能力較其他品種強；穎殼中，衡麥5229汞污染處理的汞含量明顯高于其他品種，但與其他品種總體差異不顯著(圖1-C)；籽粒中，除了石新618和衡麥5229外，其他品種汞污染處理的Hg含量均較高(圖1-D)。Hg污染處理8個小麥品種籽粒中的汞含量為30～60 μg/kg，平均為40 μg/kg，明顯高于對照處理(平均為10 μg/kg)。

圖1 汞對小麥各部位汞含量的影響

2.3 汞對不同品種小麥汞分布比例的影響

由圖2可以看出，與對照相比，汞污染處理小麥莖稈中汞的分布比例明顯增加，尤其是鄭麥9023和濟麥22這2個品種增加幅度較大，分別增加了41.50%和39.40%。汞污染處理小麥由于莖稈中分布了較多的汞，所以其他3個部位的汞分布比例都有所減小。汞污染處理中，石新618葉片中汞的分配比例明顯高于其他品種，說明其葉片對汞向籽粒中的運輸起著重要的限制作用。小偃22和石新618 2個品種籽粒中的汞分配比例較對照幾乎無差異，但徐麥30籽粒中汞的分配比例依然高達5.71%；不論汞污染與否，徐麥30籽粒中汞的分配比例都較高，說明其較其他7個品種對汞的耐受性弱。

圖2 汞對8個小麥品種各部位汞分布比例的影響

3 討 論

盡管Hg是毒害元素，但已有研究表明，低濃度Hg2+對小麥有增產(chǎn)效益[12]。本研究發(fā)現(xiàn)，在一定含量范圍內(nèi)，汞處理8個小麥品種中，除了陜麥979對汞敏感，其籽粒產(chǎn)量和生物量均明顯下降外，其余品種小麥的生物量和籽粒產(chǎn)量較對照均有所增加。

本研究中，Hg污染條件下8個品種小麥籽粒中Hg含量均超過中國《糧食衛(wèi)生標準》(Hg≤0.02 mg/kg)，與已有的研究結果相一致。張麥生等[13]發(fā)現(xiàn)，用污水(其中汞質量濃度為0.087 mg/L)灌溉小麥，小麥籽粒中鎳、鉛、鎘含量遠小于國家規(guī)定標準(鉻≤1.0 mg/kg，鉛≤0.4 mg/kg，鎳≤0.5 mg/kg)，而汞含量遠大于國家規(guī)定標準(汞≤0.02 mg/kg)。徐友寧等[14]也證實，潼關金礦區(qū)農(nóng)田小麥重金屬Hg、Pb、Cd累積明顯，分別超過國家食品衛(wèi)生標準的86.67%，60%和33.33%，嚴重危及糧食安全和人體健康。由此可見，汞是一種易于被小麥籽粒富集的重金屬。

研究表明，土壤汞是植物汞的主要來源之一，且土壤性質的差異會明顯影響植物對汞的吸收[15]。植物對汞的吸收過程并不是簡單地從土壤中吸收有效態(tài)汞的過程，而是一個較為復雜的空氣-土壤-植物-微生物相互作用過程，空氣和土壤中汞的質量分數(shù)、土壤理化性質、植物的生長及遺傳特性、微生物的種類及活性等均對此過程有一定影響。本研究對照處理中，徐麥30和衡麥5229 2個小麥品種籽粒的汞含量接近我國《糧食衛(wèi)生標準》，這首先是因為小麥吸收了土壤中的汞，其次是因為汞易在這2個品種籽粒中積累；汞處理8個小麥品種籽粒中的汞含量均超標。

本研究發(fā)現(xiàn)，汞污染條件下，不同品種小麥對Hg的吸收能力有很大差異，其中徐麥30對Hg的耐受性最弱，表現(xiàn)為籽粒中Hg含量最高且生物量較低，而衡麥5229的生物量最高，且籽粒中Hg含量最低，說明衡麥5229對汞的耐受性相對較強。

本研究中，與對照相比，汞污染處理8個品種小麥莖稈中Hg的分布比例增大，說明外源汞易于累積在小麥莖稈中。劉文霞等[16]研究表明，小麥莖稈和葉片中的汞濃度從苗期到收獲期不斷升高，這是因為小麥從土壤中吸收重金屬汞，并逐漸向植株上部遷移，然而從根部向莖稈、葉片、穎殼和籽粒中的遷移能力越來越弱，所以莖稈部位的汞濃度顯著增加。

4 結 論

1)Hg污染條件下，除陜麥979的生物量和籽粒產(chǎn)量分別下降了1.99%和0.61%外，其余7個供試品種的總生物量和籽粒產(chǎn)量均呈增加趨勢。

2)不同品種小麥對汞的耐受能力不同，對汞的吸收能力存在差異，小麥莖稈累積汞能力最強的是小偃22，葉片累積汞最多的是石新618，穎殼累積汞能力最強的是衡麥5229，籽粒累積汞能力最強的是徐麥30。

3)從不同品種小麥汞的分布來看，汞污染處理小麥莖稈中汞的分布比例與對照相比明顯增加，籽粒及葉片中汞的分布比例有所減少。

4)基于一年盆栽試驗結果表明，從小麥產(chǎn)量和食品安全角度綜合考慮，小偃22是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中較理想的抗汞污染品種。

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