重慶段長江水處理下蠶豆根尖細胞重金屬含量分析

張燕，劉前英

（長江師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，重慶涪陵，408100）

重慶段長江水處理下蠶豆根尖細胞重金屬含量分析

張燕，劉前英

（長江師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，重慶涪陵，408100）

為了檢測重慶段長江水重金屬污染的程度，采集長江水重慶段4個不同位點的水樣培養(yǎng)蠶豆，取蠶豆根尖用濕式灰化法進行處理，并用原子吸收光度計PS-900測定其中的Pb、Zn、Cu、Cd、Hg含量。測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同一取樣點的長江水處理下，蠶豆根尖內(nèi)重金屬的含量與培養(yǎng)時間呈正相關(guān)；不同取樣點的長江水處理下，蠶豆根尖中重金屬含量表現(xiàn)為Zn＞Cu＞Pb＞Cd＞Hg；其中取自巫山九碼頭的水樣培養(yǎng)的蠶豆根尖中重金屬Pb的含量最高，已經(jīng)超過了國家標準的限量；取自李渡長江大橋的水樣處理的蠶豆根尖中Cd和Hg含量較其他水點多，表明重慶段長江水已經(jīng)受到一定程度的污染，應(yīng)予注意。

重慶段長江水；蠶豆根尖；重金屬含量；污染程度

近年來，我國水體受到嚴重污染，尤其是重金屬污染。2000年，我國環(huán)境情況公報顯示，我國七大水系中的長江水域已遭到不同程度的重金屬污染。據(jù)統(tǒng)計，21個沿江城市中重慶、上海、武漢等城市的重金屬污染率已達到65%［1，3］。重金屬具有富集性、難降解性、持久性等特點，水體中重金屬含量過高會嚴重影響生物體的生存和健康，如隨廢水排入的汞（Hg）、銅（Cu）、鉻（Cr）等會在藻類和底泥中積累，在魚類與貝類體內(nèi)累積，通過食物鏈進入人體，對人體健康造成危害［4］。金屬開采、冶煉導(dǎo)致Pb、Zn、Cd在環(huán)境介質(zhì)中大量累積。目前，Zn主要來自紡織工業(yè)，Cd、Hg來自塑料工業(yè)及Cu來自微電子企業(yè)。當重金屬含量累積到一定程度，會對生物體造成危害，使生物體生理受阻、發(fā)育停滯甚至死亡，導(dǎo)致整個生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能崩潰［5］。

重慶是重工業(yè)城市，隨著大型企業(yè)和工廠向重慶周邊搬遷，污染面積逐漸擴大。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)越來越發(fā)達，水資源中的重金屬大量累積，造成水體嚴重污染。分析水體中的重金屬含量，可為水體環(huán)境重金屬污染的修復(fù)提供重要科學(xué)依據(jù)。目前有關(guān)水體中的重金屬種類及其含量分析已有廣泛研究，但大都集中在河流或湖泊中的沉積物或河底的重金屬含量的研究，也有學(xué)者選一些有代表性的動植物和一些具特殊生理特點的物種進行研究［6～11］。盡管有學(xué)者對長江流域的水體重金屬進行了相關(guān)研究，但對重慶段長江水域的重金屬研究甚少。為此，選取具代表性的位于重慶繁華地帶或工業(yè)區(qū)的巫山九碼頭、李渡長江大橋、萬州、李家沱作為取樣點，采集其中的水樣培養(yǎng)蠶豆，測定蠶豆根尖中的重金屬含量，從而分析該段長江水重金屬污染情況。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

重慶市涪陵區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所購買的臨蠶5號蠶豆種子。

1.2 藥品與儀器用具

濃硝酸、高氯酸、去離子水、次氯化鈉、無水酒精等。恒溫箱、原子吸收光度計PS-900（重慶西南大學(xué)）等。

1.3 試驗方法

①取水樣 分別選取巫山九碼頭（C1）、萬州（C2）、李渡長江大橋（C3）、李家沱（C4）4個采集點作為取樣點，獲取長江水。具體采樣點如圖1所示。取樣點周圍的環(huán)境見表1。

②選種、浸種 選擇大而飽滿的蠶豆，經(jīng)0.5% NaClO2表面消毒，蒸餾水洗凈。

③培養(yǎng)蠶豆 在37℃的恒溫箱中培養(yǎng)，挑出長勢良好的蠶豆種子，置于鋪有3層紗布的培養(yǎng)皿中，用C0（蒸餾水，對照）、C1、C2、C3、C4水樣培養(yǎng)，培養(yǎng)24、48、72、96 h后剪根測定。

圖1 采樣點分布示意圖

④干燥、磨粉 切好的根尖放到60℃的烘箱中干燥12 h，然后磨成粉末，稱量，再干燥12 h以上，稱取1 g樣品于100 mL的錐形瓶中。

⑤用濕式灰化法［12］處理蠶豆根尖粉末 在裝有1 g樣品的錐形瓶中加入8 mL濃硝酸置于電爐上加熱，至溶液剩下2～3 mL時，取下，冷卻后再加5 mL高氯酸，加熱至白煙冒盡，冷卻后取下加入1 mL濃硝酸和5 mL去離子水，加熱溶解，冷卻定容在25 mL的容量瓶中。

⑥樣品檢測 用原子吸收光度計PS-900檢測樣品中重金屬鉛、鋅、汞、銅和鎘的含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2007和DPS 6.55軟件對蠶豆根尖重金屬含量進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同取樣點長江水處理下蠶豆根尖內(nèi)重金屬Pb含量比較

由表2可知，不同取樣點長江水處理下蠶豆根尖內(nèi)Pb的含量不同。培養(yǎng)96 h，C1處理Pb含量最高，且顯著高于其他處理（C4除外），各處理下蠶豆根尖Pb的吸收含量大小為C1＞C4＞C2＞C3。說明C1處水樣重金屬Pb含量最高，這是因為C1處江面船只較多，周圍有一些飯店和旅館，排放的生活垃圾較多；而其他取樣點位于下游，可能受到許多分支河流匯入的影響，因此Pb含量較低。處理48～72 h是Pb積累量增加最快的時間段。由此說明，隨著培養(yǎng)時間的增加，蠶豆根尖中的Pb含量增加，二者一定程度上呈正相關(guān)。這與Pb具有富集性有關(guān)。

表1 重慶段長江水樣取樣點及周圍環(huán)境

2.2 不同取樣點長江水處理下蠶豆根尖內(nèi)重金屬Zn含量比較

由表3所示，同一取樣點長江水不同時間段培養(yǎng)的蠶豆根尖中重金屬Zn的含量與培養(yǎng)時間呈正相關(guān)；不同取樣點培養(yǎng)的蠶豆根尖重金屬Zn的含量也有差異。其中，C4水樣處理的蠶豆根尖Zn含量最高，其次是C3、C2，C1最低。

從表3可以看出，培養(yǎng)時間越長，蠶豆根尖中重金屬Zn累積越多，這是因為Zn在蠶豆根尖內(nèi)不能降解，隨著時間的增加，就會累積得越多。Zn是蠶豆根尖的必需元素，缺少Zn，蠶豆根尖生長會受到影響，低含量Zn會促進根尖生長，反之會產(chǎn)生毒害作用。各水樣采集點所處環(huán)境不同，因此污染程度不同，重金屬含量存在差異。C4處有混凝土公司、港灣儲運公司以及九渡口戰(zhàn)備碼頭，會產(chǎn)生工業(yè)廢水，因此該取樣點水體重金屬含量較其他點高。

2.3 不同取樣點長江水處理下蠶豆根尖內(nèi)重金屬Cu含量比較

表4表明，蠶豆根尖培養(yǎng)24 h，C1水樣培養(yǎng)的蠶豆根尖內(nèi)重金屬Cu的積累量最多，與C3的差異顯著，而C1與C2、C4差異不顯著；培養(yǎng)48 h，C4水樣處理的蠶豆根尖內(nèi)Cu的積累含量最多，與C3的差異顯著，而C1與C2間差異不顯著；培養(yǎng)72 h，C2水樣處理的蠶豆根尖內(nèi)Cu積累量最多，與C3的差異顯著；培養(yǎng)96 h，C1水樣處理的蠶豆根尖內(nèi)Cu積累量最多?？偟膩碚f，在相同培養(yǎng)時間下，萬州采集點的水樣培養(yǎng)的蠶豆根尖內(nèi)Cu含量最多，這是因為這一采集點周圍有紅溪溝滾裝碼頭，船只多，排放的尾氣多，加上周圍居民稠密，城市生活垃圾多。銅是生物生長所必需的微量營養(yǎng)元素，過高會抑制植物對其他營養(yǎng)元素（氮、磷、鉀等）的吸收，且對植物生理和形態(tài)造成嚴重危害。

2.4 不同取樣點長江水處理下蠶豆根尖內(nèi)重金屬Cd含量比較

由表5可見，同一時間段內(nèi)，不同采集點的長江水處理下蠶豆根尖內(nèi)Cd含量不同，C3處水樣培養(yǎng)的蠶豆根尖Cd吸收量最多，其次是C1和C4。同一取樣點不同時間段培養(yǎng)的蠶豆根尖內(nèi)Cd的累積量隨著培養(yǎng)時間的延長而增加，但培養(yǎng)72～96 h時Cd的累積量卻隨著培養(yǎng)時間的增加而減少，但仍大于其他處理時間。這是因為Cd2+比其他重金屬離子更易由根向其他部位轉(zhuǎn)運。植物體吸收Cd的過程是一個不需要結(jié)合部位的選擇性過程，而細胞壁中存在各種大小不一的網(wǎng)孔，是保護細胞原生質(zhì)體不受重金屬毒害的第一道屏障。在較小的網(wǎng)孔處，帶正電的Cd離子被細胞壁中帶負電的親Cd物質(zhì)吸附；果膠質(zhì)中多聚半乳糖醛酸中的羧基基團起著離子交換的作用，能吸收和固定經(jīng)過的Cd2+產(chǎn)生［13］。

表2 不同取樣點的長江水培養(yǎng)的蠶豆根尖內(nèi)重金屬Pb含量比較

表3 不同取樣點的長江水培養(yǎng)的蠶豆根尖內(nèi)重金屬Zn含量比較

表4 不同取樣點的長江水對蠶豆根尖重金屬Cu的吸收含量分析

表5 不同取樣點的長江水對蠶豆根尖重金屬Cd的吸收含量分析

表6 不同取樣點的長江水對蠶豆根尖重金屬Hg的吸收含量分析

2.5 不同取樣點長江水處理下蠶豆根尖內(nèi)重金屬Hg含量比較

表6表明，不同取樣點比較，C3處理的蠶豆根尖中Hg的吸收量大于其他3個取樣點，并且這4個取樣點的Hg含量均與蒸餾水對照差異顯著。不同時間段下蠶豆根尖內(nèi)Hg的吸收量不同。從時間效應(yīng)來看，隨著培養(yǎng)時間的增加，同一取樣點培養(yǎng)的蠶豆根尖內(nèi)Hg的積累量越大，其中最明顯的是48～72 h時間段?？偟膩碚f，在一定時間段內(nèi)，隨著培養(yǎng)時間的增加，蠶豆根尖Hg的累積量增加。Hg是劇毒非必需元素，對蠶豆根系生長的抑制作用阻礙了其對水分的吸收，致使植物生長緩慢、生長量降低。

3 討論與結(jié)論

重金屬具有富集性、難降解性、持久性等特點。隨著各種工業(yè)廢水排入水體，重金屬含量過高會通過食物鏈嚴重影響生物體的生存和健康，因此國內(nèi)外很多研究者進行了這方面的研究，但大都集中在河流或湖泊中的沉積物或河底的重金屬含量。本試驗采集不同地段的長江水培養(yǎng)蠶豆，通過研究蠶豆對重金屬的吸收量，檢測重慶段長江水重金屬的污染情況。結(jié)果表明，在同一培養(yǎng)時間下，蠶豆根尖內(nèi)重金屬的累積量因地而異，與采集點周圍居民的居住密度、過往船只以及周圍工廠的數(shù)量有關(guān)。

同一采集點不同時間段，蠶豆根尖對水樣內(nèi)重金屬的吸收量也不同，總體而言表現(xiàn)為隨著培養(yǎng)時間的增加而增加，說明重金屬Pb、Zn、Cu、Cd、Hg能夠在蠶豆中富集。但當重金屬在植物體內(nèi)的積累超過一定閾值后，會嚴重干擾植物體內(nèi)已存在的細胞及整株水平上的水分及離子穩(wěn)態(tài)，造成植物細胞分子損傷［14］，影響植物的新陳代謝。

根據(jù)GB 2762-2012國家標準食品中污染無限量中對豆類蔬菜重金屬限量指標的規(guī)定，Pb為0.2 mg/kg、Cd為0.1 mg/kg、Hg為0.01 mg/kg。由此看出，用重慶段長江水培養(yǎng)的蠶豆中重金屬Pb的含量超過了國家規(guī)定的限量，雖然Cd與Hg沒有超過國家規(guī)定限量，但蠶豆根尖也受到不同程度污染，表明重慶段長江水已受到一定程度的重金屬污染。鑒于此，相關(guān)部門應(yīng)該高度重視，對各種污染源排放進行濃度和總量控制；對農(nóng)業(yè)用水進行經(jīng)常性監(jiān)測、監(jiān)督，使之符合農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準；引導(dǎo)種植者合理施用化肥、農(nóng)藥，慎重使用地下水、污泥、河泥、塘泥，利用城市污水灌溉時必須進行凈化處理。

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Analysis on Absorption Contents of Heavy Metals of Broad Bean Root Tip Cells under Chongqing Section of Yangtze River Water

ZHANG Yan，LIU Qianying
（College of Life Science and Technology，Yangtze Normal University，F(xiàn)uling，Chongqing 408100）

To detect the pollution degree of heavy metals in Chongqing section of Yangtze River water，we collected water samples at four points in Chongqing section of Yangtze River to cultivate broad bean，by using wet cinefaction method and adopting atomic absorption photometer PS-900 to determine contents of Pb，Zn，Cu，Cd，Hg in the root tip of broad bean. At the same water point，the contents of heavy metals were positively correlated with cultivation time in the root tip of broad bean cultivated under Yangtze River，while at different water points，the contents of heavy metals appeared as Zn＞Cu＞Pb＞Cd＞Hg.In the root tip of broad bean cultivated in water sample collected from Wushan Jiumatou，Pb content was highest which had exceeded the highest limit of national standard，as for the root tip of broad bean cultivated in water sample collected from Lidu Yangtze River bridge，the contents of Cd and Hg were higher than those of other points，which indicated that Chongqing section of Yangtze River water had been polluted to some extent，which should be noted.

Chongqing section of Yangtze River water；Root tip of broad bean；Contents of heavy metals；Pollution degree

X820.4

A

1001-3547（2015）24-0044-04

10.3865/j.issn.1001-3547.2015.24.018

重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項目：利用蠶豆根尖細胞微核技術(shù)監(jiān)測重慶段長江和烏江水質(zhì)［KJ121319］

張燕（1977-），女，碩士，講師，主要從事細胞與分子生物學(xué)研究，電話：18716890293，E-mail：28789155@qq.com

2015-09-01