鎘在水芹不同器官中富集特性的研究

華大春，徐文娟，王昕

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，合肥，230036）

鎘（Cadmium，Cd）是目前公認(rèn)的對人體非常有害的重金屬元素，是環(huán)境污染和食品衛(wèi)生分析中必測的毒性元素之一。鎘在體內(nèi)的半衰期長達(dá)10～35 a，為已知的最易在體內(nèi)蓄積的毒物，美國毒物管理委員會（ATSDR）已將其列為第六位危及人類健康的有毒物質(zhì)[1～3]。而水生蔬菜栽培需要大量的灌溉用水，大都在主要水系周邊區(qū)域種植，因此受到隨水系擴(kuò)散的重金屬污染的可能性大于其他種類的農(nóng)作物，研究鎘在水芹產(chǎn)品器官內(nèi)的積累特性，對于水芹衛(wèi)生品質(zhì)安全具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試水芹苗為鄂水芹1號，取材于安徽省合肥市肥東建華水生蔬菜基地。栽培試驗(yàn)在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院試驗(yàn)中心進(jìn)行，鎘含量測定在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科技中心進(jìn)行。

供試土壤取自安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)萃園的菜園土，pH 值 7.32，有機(jī)質(zhì) 27.1 g/kg，全氮 1.8 g/kg，有效磷 50.1 mg/kg，速效鉀 159.8 mg/kg，鎘 0.09 mg/kg（＜0.2 mg/kg，符合國家食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)）[4]。

1.2 試驗(yàn)方法

選取10 cm左右高度的健壯水芹苗，用蒸餾水沖洗數(shù)次后，分別定植到相應(yīng)塑料盆（直徑80 cm，高 15 cm），每盆定植20株（每盆填入15 kg菜園土）。定植前1 d在盆中按濃度加入重金屬鎘，使用化學(xué)純 CdCl2·2.5H2O充分溶解，一次性加入，使土壤含鎘量（以純鎘計算）為 0.2，0.8，1.4，2.0 mg/kg，空白為對照（CK）。每個處理設(shè) 3次重復(fù)，于 2012年 10月11日定植。定植后保持各盆內(nèi)的水位一致，常規(guī)栽培管理，于定植后50 d統(tǒng)一采收所有樣本，并進(jìn)行試驗(yàn)前樣本處理。

1.3 測定方法與儀器條件

①葉片、葉柄（含莖）、根生物量的測定 將水芹從試驗(yàn)盆中取出，根系用水沖洗干凈，再在20 mmol/L乙二胺四乙酸鈉（EDTA-Na2）溶液中交換30 min，以除去根系表面粘附的金屬離子，再用去離子水沖洗干凈，吸水紙吸干表面水分，將葉片、葉柄（含莖）、根分離開，105℃下殺青 2 h，然后再 60℃下烘干至恒重，測定葉片、葉柄（含莖）、根各部分的干物質(zhì)量[5～6]。

②鎘含量的測定 取烘干的各部分樣品，用不銹鋼研磨機(jī)磨細(xì)，各稱取0.5 g，采用國標(biāo)GB/T 5009.15-2003《食品中鎘的測定》中濕式消解法進(jìn)行樣品消解：加 HNO3-HClO4混酸（優(yōu)級純，4∶1）10 mL放置過夜，第二天于電熱板上加熱消解至樣品清亮無色（白色或微黃），冷卻后轉(zhuǎn)移至 50 mL容量瓶，定容。待測液中Cd的含量采用ICP-MS（i-CAP 6000等離子體發(fā)射光譜儀，美國熱電公司）方法測定[7]。

表1 不同濃度鎘處理下水芹不同器官的生物量差異

1.4 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理；SAS 9.0進(jìn)行方差分析。

地上部生物量=葉柄（含莖）生物量+葉片生物量；富集系數(shù)=植物各部分鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)/土壤中鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)；地上部植物中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)=（葉干質(zhì)量×質(zhì)量分?jǐn)?shù)+莖干質(zhì)量×質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/（葉干質(zhì)量+莖干質(zhì)量）；轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=地上部植物中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)/地下部植物中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)；轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)=（地上部植物中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)×地上部生物量）/（地下部植物中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)×地下部生物量）[8～13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度鎘處理水芹不同器官的生物量差異

由表1所知，不同濃度鎘處理下，水芹的各器官生物量隨著濃度的增大，總體呈先增大后減小的趨勢。在鎘濃度為0.2 mg/kg時，葉柄（含莖）、地上部分的生物量均達(dá)到最大，分別為0.572 0 g、0.801 9 g，濃度低于0.8 mg/kg時，各器官的生物量差異不顯著，當(dāng)鎘濃度達(dá)到1.4 mg/kg時，葉柄（含莖）的生物量與0.2 mg/kg處理相比，下降達(dá)到顯著水平；葉片的生物量與對照相比下降呈顯著水平，其余處理間差異不顯著。當(dāng)鎘濃度達(dá)到2.0 mg/kg時，根、葉柄（含莖）的生物量與0.2 mg/kg處理的呈顯著水平，葉片的生物量與對照相比下降呈顯著水平；且與對照相比，根、葉柄（含莖）、葉片、地上部分的生物量分別下降了19.43%、11.49%、33.69%、19.51%。

由上述分析可知，隨著土壤中鎘濃度的增高，葉柄（含莖）和葉片先表現(xiàn)出癥狀，隨后是根；且在低濃度時，對水芹的生物量有一定的促進(jìn)增長作用，但差異不顯著。

2.2 不同鎘處理下水芹不同器官的鎘含量差異

由表2可知，水芹的各器官鎘含量以根最高、葉柄（含莖）次之、葉片中最低。顯然水芹根的富集作用最強(qiáng)，在最大濃度 2.0 mg/kg時，根中鎘含量達(dá)到最大 12.74 mg/kg，且葉柄（含莖）和葉片也達(dá)到最大，分別為2.87 mg/kg、0.82 mg/kg，此時根中鎘含量是葉片中鎘含量的15.54倍，葉柄（含莖）中鎘含量是葉片中鎘含量的2.87倍。隨著鎘濃度的增大，水芹各器官中的鎘含量均逐漸增大，呈正相關(guān)性，其中根鎘含量與處理濃度呈顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為 0.900，P＜0.05）。除 0.8 mg/kg與 1.4 mg/kg處理葉片中隔含量差異顯著外，其余各部分的處理間差異均達(dá)到極顯著。

2.3 水芹的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)特性

富集系數(shù)被用來反映土壤-植物體系中元素遷移的難易程度 ，這是植物將重金屬吸收轉(zhuǎn)移到體內(nèi)能力大小的評價指標(biāo)。根據(jù)表3可以得知，隨著鎘濃度的增大，水芹各部分的富集系數(shù)總體逐漸減小，富集能力在減弱。在隔濃度為0.2 mg/kg時，根的富集系數(shù)最大，達(dá)到19.65；但濃度升到2.0 mg/kg時，葉片的富集系數(shù)最小為0.41。根的平均富集系數(shù)＞葉柄（含莖）的平均富集系數(shù)＞葉片的平均富集系數(shù)。

轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)是地上部某元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與地下部某元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比，用來評價植物將重金屬從地下部向地上部的運(yùn)輸和富集能力。由表3可知，隨著鎘濃度的增大，水芹的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)總體呈逐漸減小的趨勢，平均轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為0.23，最大為對照組的0.4，最小為0.2 mg/kg處理組的0.13。 轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)在0.2 mg/kg處理出現(xiàn)最小，可能是由于在低濃度時，水芹的生長狀況最好，根部富集能力最強(qiáng)，其在根部富集了較多的鎘元素，而向葉柄（含莖）、葉片中的轉(zhuǎn)運(yùn)量增幅不大，造成0.2 mg/kg處理的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)小。

表2 不同鎘處理下水芹不同器官的鎘含量差異

表3 水芹不同器官的富集系數(shù)、轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)

轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)能夠較好地反映植物生長量和吸收量在地上和地下器官分布的規(guī)律。由表3可知，在0.2 mg/kg處理時轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)最小為0.23，驗(yàn)證了上述轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)在0.2 mg/kg處理出現(xiàn)最小的問題。轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)總體也呈隨鎘濃度增大而減小的趨勢，本試驗(yàn)中水芹的平均轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)為0.38，對照組的轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)最大，為0.73。說明土壤中鎘濃度越高，鎘在水芹地下器官的分布越多。

3 結(jié)論

不同濃度鎘處理下，水芹的各器官生物量隨著濃度的增大，總體呈先增大后減小的趨勢。隨著鎘濃度的增高，葉柄（含莖）和葉片先表現(xiàn)出癥狀，隨后是根；且在低濃度時，對水芹的生物量有一定的促進(jìn)增長作用，但差異不顯著。

隨著鎘濃度的增大，水芹各器官中的鎘含量均逐漸增大，呈正相關(guān)性，其中根中鎘含量與處理濃度呈顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為0.900，P＜0.05）。在同一水平的鎘處理中，根中鎘含量＞葉柄（含莖）中鎘含量＞葉片中鎘含量。

水芹各器官的富集系數(shù)隨著鎘濃度的增大總體逐漸減小，富集能力在減弱，根的平均富集系數(shù)＞葉柄（含莖）的平均富集系數(shù)＞葉片的平均富集系數(shù)；水芹的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)隨著鎘濃度的增大總體呈逐漸減小的趨勢，轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)隨鎘濃度增大總體也呈減小的趨勢。

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