重金屬在玉米體內(nèi)的積累與遷移

王笑波

（太原生態(tài)工程學(xué)校，山西太原 030025）

由于重金屬容易被土壤和作物吸收，通過植物根系進入植物體會積累造成污染[1-4]。通過研究重金屬在植株體內(nèi)不同時間的不同分布表現(xiàn)，總結(jié)重金屬的積累與遷移規(guī)律，從而反映出植株對不同重金屬的吸收強度和轉(zhuǎn)移方向，對研究重金屬對植株的脅迫作用具有現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

“浚單22”玉米種子，該玉米種子在生長過程中從未受過任何重金屬污染，由山西省農(nóng)科院提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 材料培養(yǎng)和重金屬處理

選取大小均勻、籽粒飽滿的種子，用5%的NaClO消毒30 min，用去離子水反復(fù)沖洗干凈，在30℃溫水中浸種4 h后，于恒溫（28℃）培養(yǎng)箱中避光發(fā)芽，萌芽后每盆10粒種植于塑料培養(yǎng)盆（20 cm口徑） 中。分別以10，50，100，200 mg/L的Cd2+，Cu2+，Pb2+溶 液 （CdCl2，CuCl2和 PbCl2用1/2Hoagland營養(yǎng)液配制，以純金屬離子計濃度）處理10～30 d，用1/2Hoagland營養(yǎng)液處理對照。所有處理均以晝夜溫度（25/20℃） 在光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每12 h加1次處理液。每個樣品做3次重復(fù)。

1.2.2 測定方法

玉米幼苗培養(yǎng)至10，20，30 d時取樣，分別切離各處理組幼苗的根、莖、葉，用去離子水沖洗數(shù)次O4（4∶1） 濕法消化，定容，然后用SHMADZU（AA-6300型） 原子吸收分光光度計測定Cd2+，Pb2+，Cu2+。自然晾干后，置于70℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量，研磨成粉，稱取0.5 g，加入HNO3-HCL含量[4]，重金屬含量以mg/kg計。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量濃度Cd2+，Cu2+，Pb2+在玉米幼苗體內(nèi)不同部位的積累情況

重金屬處理10～30 d后玉米根中重金屬含量見圖1，重金屬處理10～30 d后玉米莖中重金屬含量見圖2。

由圖1可知，隨著處理質(zhì)量濃度的增高，3種重金屬含量也升高，這可能是由于生長初期代謝旺盛，吸收作用大于排出作用，使大量重金屬進入幼苗根部；10～30 d內(nèi)Cu2+，Pb2+脅迫下玉米根內(nèi)重金屬含量隨著處理時間的延長而持續(xù)升高，而Cd2+脅迫下玉米根內(nèi)重金屬含量在20 d內(nèi)持續(xù)升高，20 d后又有所下降；3種重金屬在根內(nèi)的含量在處理20 d內(nèi)Pb2+＞Cd2+＞Cu2+，處理 30 d 時 Pb2+＞Cu2+＞Cd2+。

與根部重金屬積累相似，莖部重金屬積累量表現(xiàn)為隨著處理質(zhì)量濃度的升高而持續(xù)升高，只在200 mg/L質(zhì)量濃度處理20～30 d時，玉米莖內(nèi)Cu2+的含量有略微下降。由圖2可知，整個處理期間Cd2+＞Cu2+＞Pb2+，只在 200 mg/L 質(zhì)量濃度處理 20～30 d 時Cu2+和Pb2+含量位置發(fā)生互換。可以得出，玉米幼苗各部位積累的重金屬含量受重金屬的種類和處理時間的長短這2個因素的影響。

重金屬處理10～30 d后玉米葉中重金屬含量見圖3。

圖1 重金屬處理10～30 d后玉米根中重金屬含量

圖2 重金屬處理10～30 d后玉米莖中重金屬含量

圖3 重金屬處理10～30 d后玉米葉中重金屬含量

由圖3可知，玉米葉內(nèi)Pb2+的含量隨著處理質(zhì)量濃度的增高而升高，Cu2+的含量隨著處理質(zhì)量濃度的增高呈先升高后下降的趨勢，而Cd2+的含量先降低后趨于平穩(wěn)；隨著處理時間的延長，3種重金屬在葉內(nèi)的含量均表現(xiàn)為先升高后降低；整個處理期間葉內(nèi)重金屬含量Cu2+＞Cd2+＞Pb2+，只在處理20 d時最低和最高質(zhì)量濃度下Cd2+的含量表現(xiàn)為最高和最低。

2.2 不同質(zhì)量濃度Cd2+，Cu2+，Pb2+在玉米幼苗體內(nèi)的遷移情況

重金屬處理不同時間在玉米幼苗體內(nèi)的遷移情況見圖4。

由圖4可知，3種重金屬處理10 d后，大量重金屬離子已經(jīng)出現(xiàn)在玉米幼苗莖葉中，這表明部分重金屬已經(jīng)開始從根部轉(zhuǎn)移向莖葉中；重金屬Cd2+和Cu2+在玉米幼苗體內(nèi)的遷移率于10～30 d內(nèi)隨著處理質(zhì)量濃度的增高而呈現(xiàn)降低的趨勢，Pb2+的遷移率變化不大；

3種重金屬的轉(zhuǎn)移率存在差異，在整個處理時期內(nèi)，Cd2+由根部向莖葉部的轉(zhuǎn)移率為25.2%～93.5%，Cu2+的遷移率為12.7%～52.0%，Pb2+的遷移率為6.2%～22.9%，可見在試驗范圍內(nèi)3種重金屬對玉米根向莖葉的轉(zhuǎn)移率的影響表現(xiàn)為Cd2+最高，其次是Cu2+，而Pb2+最低，3種重金屬的這種表現(xiàn)差異與圖1～圖3中在玉米幼苗根莖葉中的含量變化相對應(yīng)。

圖4 重金屬處理不同時間在玉米幼苗體內(nèi)的遷移情況

3 結(jié)論

3種重金屬處理后，對重金屬的吸收和積累在玉米幼苗不同部位表現(xiàn)有所不同，在根部滯留大部分重金屬，只有少量向地上部分遷移。在玉米幼苗不同部位的3種重金屬含量分布均為根＞莖＞葉。

隨著處理質(zhì)量濃度的增高，玉米幼苗根內(nèi)3種重金屬的含量持續(xù)上升，這是由于幼苗體內(nèi)代謝旺盛，吸收作用大于排出作用，使得根部進入大量重金屬。試驗范圍內(nèi)，根對重金屬的吸收基本上表現(xiàn)為Pb2+＞Cu2+＞Cd2+，說明玉米根對Pb2+的吸收作用最強。隨著處理時間的延長，Cu2+，Pb2+處理后玉米根內(nèi)重金屬含量持續(xù)升高，而Cd2+處理后玉米根內(nèi)重金屬含量在20 d內(nèi)持續(xù)升高，20 d后又有所下降。說明20 d時Cd2+處理后玉米幼苗根部代謝和吸收機能已經(jīng)受到抑制[5-7]，進入根部的重金屬轉(zhuǎn)而向根上部分遷移[8-9]，隨著處理時間的延長，根部從土壤中吸收的重金屬量下降，而根部的生物量不斷增加，根部積累的重金屬含量也就越來越少。直到處理30 d時，Cu2+，Pb2+在這方面的影響還未顯現(xiàn)出來，表明3種重金屬中Cd2+對根的刺激作用最大。

莖部重金屬積累量表現(xiàn)為隨著處理質(zhì)量濃度的升高而持續(xù)升高。試驗質(zhì)量濃度范圍和時間內(nèi)，Cd2+和Pb2+處理后，玉米莖內(nèi)重金屬含量持續(xù)升高。Cu2+處理后，低質(zhì)量濃度范圍內(nèi)（0～100 mg/L） 玉米莖內(nèi)重金屬含量持續(xù)升高，高質(zhì)量濃度條件下（200 mg/L）表現(xiàn)為20 d內(nèi)升高，20 d后降低。莖部重金屬積累量順序為 Cd2+＞Cu2+＞Pb2+。

隨著處理質(zhì)量濃度的增高，玉米葉內(nèi)Pb2+的含量持續(xù)升高，Cu2+的含量隨著處理質(zhì)量濃度的增高表現(xiàn)出低濃度范圍內(nèi)（10～100 mg/L） 先升高，高濃度條件下（200 mg/L） 下降的趨勢，而Cd2+的含量先降低后趨于平穩(wěn)；隨著處理時間的延長，3種重金屬在葉內(nèi)的含量均表現(xiàn)為先升高后降低。葉部重金屬積累量順序為 Cu2+＞Cd2+＞Pb2+。

從3種重金屬在玉米體內(nèi)的積累量可以得出，玉米對金屬Cd2+和Cu2+的吸收能力比較弱，而對Pb2+的吸收能力較強。

在10～30 d內(nèi)，隨著處理質(zhì)量濃度的增高，重金屬Cd2+和Cu2+在玉米幼苗體內(nèi)的遷移率呈現(xiàn)降低的趨勢，而Pb2+的遷移率變化不大，這表明重金屬在玉米體內(nèi)的遷移率受重金屬濃度的影響。在試驗的整個處理期間，3種重金屬由玉米幼苗根部向莖葉的轉(zhuǎn)移率始終是Cd2+高于Cu2+，Pb2+。

由于重金屬離子本身的性質(zhì)、在土壤中的存在形態(tài)、土壤的性質(zhì)、與其他離子產(chǎn)生的協(xié)同或拮抗作用等諸多因素均有可能影響到重金屬向玉米地上部分的遷移[10]，重金屬在玉米植株中的分布規(guī)律的差異性原因還有待于進一步研究。