土壤-植物系統(tǒng)中硒與鎘交互作用研究進展

楊福林 高菲 程文旭

摘 要：硒作為一種動物體必需的營養(yǎng)元素以及植物體有益的營養(yǎng)元素，已被證實在抗氧化、抗衰老、促進植物生長以及拮抗重金屬等方面具有重要作用。鎘作為一種重金屬，因有較強的環(huán)境毒理性，早在2012年環(huán)保部就將其與汞、鉻、鉛和類金屬砷共同納入《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》，明確需要總量控制。該文分別從土壤環(huán)境和植物體環(huán)境角度，系統(tǒng)綜述了不同濃度和不同形態(tài)的硒與鎘的交互作用，以期為今后土壤-植物系統(tǒng)中硒和鎘的交互作用研究提供參考。

關(guān)鍵詞：土壤-植物系統(tǒng);硒;鎘;交互

中圖分類號 Q948文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）08-0136-03

Abstract： Selenium， as an essential nutrient for animals and beneficial nutrients for plants， has been proven to play an important role in anti-oxidation， anti-aging， promotion of plant growth， and antagonism of heavy metals. As a heavy metal， cadmium， due to its strong environmental susceptibility， was included in the “12th Five-Year Plan for Integrated Prevention and Control of Heavy Metal Pollution” together with mercury， chromium， lead， and metal-like arsenic as early as 2012. There is a clear need for total control. It is necessary to strengthen management and reduce emissions. This article systematically reviews the interaction of selenium and cadmium in different concentrations and different forms from the perspective of soil environment and plant environment， in order to provide basis for future research on the interaction of selenium and cadmium in soil-plant systems.

Key words： Soil-plant system; Selenium; Cadmium; Interaction

2014年4月原國土資源部和原環(huán)境保護部聯(lián)合發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示：鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種重金屬點位超標率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%[1]，其中鎘的點位超標率居首。同時，土壤環(huán)境中的鎘賦存狀態(tài)主要有離子態(tài)和水溶態(tài)2種，很被植物吸收。因此，在土壤環(huán)境治理中，應(yīng)優(yōu)先考慮治理重金屬鎘[2]。

硒能降低植物體內(nèi)過氧化氫含量，清除活性氧自由基，降低膜脂質(zhì)過氧化程度，使過氧化物酶的活性保持相對穩(wěn)定，使活性氧自由基的清除和生成處于相對的低水平平衡狀態(tài)，從而提高幼苗的生理機能，增強抗鎘脅迫能力，表現(xiàn)出一定的防護作用[3-4]。彭玲研究證明，硒通過以下途徑減輕鎘對植物的毒理效應(yīng)：抑制植物對鎘的吸收、減少自由基的生成、與鎘離子形成螯合蛋白等[5]。在土壤-植物系統(tǒng)中，硒拮抗鎘的主要機制之一是含有硒的蛋白質(zhì)和鎘形成絡(luò)合物，這種絡(luò)合物不易被植物體吸收和轉(zhuǎn)運[6-7]。曾宇斌研究表明[8]，土壤中通過添加有機硒，改變土壤中鎘的賦存形態(tài)，鎘取代有機硒里面的硒元素，形成鎘與硒的有機化合物，從而降低鎘的生物有效性，達到拮抗重金屬的效果。

1 硒對土壤鎘積累的影響

在土壤環(huán)境中，硒通常以元素態(tài)硒、有機硒化物、亞硒酸鹽和硒酸鹽4種形態(tài)存在。元素態(tài)硒和有機硒化物一般難溶于水，植物吸收量很少。硒酸鹽是硒的最高價氧化態(tài)化合物，可溶于水，能被植物吸收。但在自然條件下，土壤中的含量很少，植物有效利用量較為有限。而亞硒酸鹽易溶于水，是植物吸收硒的主要形態(tài)[3]。鄭淑華以水稻為研究對象，證明在2種自然富硒土壤中，硒含量較高的土壤中生長的水稻籽粒對鎘的累積顯著低于硒含量較低的土壤[9-10]。

2 硒對植物鎘積累的影響

2.1 硒對不同植物積累鎘的影響 Cary[11]報道：硒能顯著降低小麥和萵苣對鎘的吸收。Shanker等[12]發(fā)現(xiàn)：隨著施硒濃度的升高，菜豆對重金屬鎘的吸收顯著降低，表現(xiàn)出拮抗效應(yīng)。袁知洋[13]以蘿卜為研究對象，證實施硒能顯著降低蘿卜對鎘的吸收，并且表現(xiàn)為地下部分降低量高于地上部分。龐曉辰[14]等從細胞水平加以分析，發(fā)現(xiàn)加硒可改變鎘在水稻根系的亞細胞分布，增加細胞壁組分的鎘分配率，降低細胞可溶物質(zhì)組分和細胞器組分的鎘分配率，從而減少鎘向莖葉的轉(zhuǎn)運。

2.2 不同濃度硒對植物鎘積累的影響 研究表明，硒對植物生長以及與重金屬的交互作用存在劑量效應(yīng)：適量硒可刺激植物生長，并拮抗重金屬，而過量硒則對植物生長有毒害作用[2，15]。王立新[16]以豌豆幼苗為對象，得出低濃度的硒能緩解一定濃度的鎘脅迫效應(yīng)，增強豌豆的抗性;高濃度的硒表現(xiàn)為鎘協(xié)同作用，豌豆脅迫作用增強。陳晞研究表明[17]：當施硒濃度提高至5mg·L-1時，樣品中各項重金屬指標反而比不施加硒元素更高，同時樣品中硒元素含量也大幅增加。說明隨著硒元素濃度増大，增進了元素間的富集作用，反而提高了蔬菜中重金屬含量，并加大了重金屬污染對植物生長的危害。當施硒濃度達到10mg·L-1時，各重金屬元素和硒元素的含量更是大幅度提高[18-20]。劉燕研究了油菜在不同硒濃度下和鎘交互作用的反應(yīng)，結(jié)果表明：低濃度硒（低于15mg·L-1）能促進鎘脅迫下油菜的生長和各種生理活性的提高，說明低濃度硒條件下，硒和鎘表現(xiàn)為拮抗作用;高濃度硒（高于15mg·L-1）加劇了油菜重金屬毒害癥狀，表明在高濃度硒條件下，硒和鎘表現(xiàn)為協(xié)同作用[21-22]。

2.3 不同形態(tài)硒對植物鎘積累的影響 決定元素硒的生物有效性不僅僅是硒的含量，更重要的是硒的形態(tài)。硒在植物體內(nèi)的遷移和轉(zhuǎn)運也與硒的形態(tài)有關(guān)。有研究表明：硒酸鹽的轉(zhuǎn)運速率最大，亞硒酸鹽的轉(zhuǎn)運速率最低，有機硒的轉(zhuǎn)運速率介于上述兩者之間[9，23]。不同形態(tài)硒對植物積累鎘也存在不同的影響[24]。低鎘水平下，亞硒酸鹽對白蘑（Pleurotus ostreatus）中鎘含量的降低效果優(yōu)于硒酸鹽，這與對水稻的研究基本一致;西蘭花的研究也發(fā)現(xiàn)，硒酸鹽在減少可食部位的鎘含量的同時，增加了根系的鎘含量[25]。Shanker等[9，26]對玉米（Zea mays）、蕓豆（Phaseolus mungo）的研究表明，硒酸鹽和亞硒酸鹽的添加均可降低植物的鎘含量，且亞硒酸鹽更有效。郝苗[27]用Se（IV）、Se（VI）和Se（O）處理油菜時：各形態(tài)硒處理均能緩解鎘對植物生長的抑制作用，且Se（O）的緩解作用最強。

3 鎘對植物吸收硒的影響

鎘對植物的生長、生理活動及其形態(tài)的影響具有濃度劑量效應(yīng)，多數(shù)呈現(xiàn)“低促高抑”現(xiàn)象[28-29]。還有研究發(fā)現(xiàn)，在低濃度鎘條件下（0.5mg/kg），施硒能顯著降低土壤交換態(tài)鎘含量，因此鎘的生物有效性降低;而當鎘濃度較高時，土壤鎘各形態(tài)分布較穩(wěn)定，這種抑制現(xiàn)象并不明顯[30-31]。

李榮林[32]在研究小油菜時發(fā)現(xiàn)：在土壤鎘濃度相對較低時（4mg·kg-1和8mg·kg-1），施硒抑制油菜根系對鎘的吸收;在鎘濃度相對較高時（12mg·kg-1），施硒反而促進根系對鎘的吸收和積累。

黃太慶[33]研究了水稻田噴施不同配方的硒肥，結(jié)果表明，在中低度鎘污染的水稻田，4種配方含硒葉面肥均能顯著降低鎘在水稻精米中的積累;而在富硒高鎘污染的水稻田施用均無降鎘作用，甚至其精米中鎘含量還有升高趨勢。國外在對水稻的研究發(fā)現(xiàn)：在鎘暴露濃度≤50μmol·L-1時，添加10μmol·L-1以下的亞硒酸鹽，降低了水稻根系和地上部的鎘含量;而在鎘濃度≥89μmol·L-1時，添加硒反而增加了根系的鎘含量[34-35]。

4 展望

目前，關(guān)于硒與鎘互作及其影響因素的研究已取得一定的進展，為利用硒元素、降低作物鎘污染的安全性提供了依據(jù)，是實現(xiàn)土壤鎘污染治理和開發(fā)富硒農(nóng)產(chǎn)品雙贏的一條思路。但值得注意的是，硒具有二重性，適量硒具有一定的生態(tài)效益，但過量的硒則會產(chǎn)生毒性。因此，今后還需要開展大量的田間試驗加以驗證。

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（責編：張宏民）