砂基培養(yǎng)檉柳對(duì)菲的吸收及分布研究

王 攀，孫愛花，張光耀，郭慶斌，李 格，崔康佳，陳少華，姜理想，謝文軍*

（1.濱州學(xué)院生物與環(huán)境工程學(xué)院，山東 濱州 256603；2.濱州職業(yè)學(xué)院，山東 濱州256600）

近年來，因石油開采由內(nèi)陸向海域轉(zhuǎn)移，國(guó)內(nèi)外濱海區(qū)域遭受石油污染的事件時(shí)有發(fā)生，2010年發(fā)生的Deepwater Horizon石油泄漏事件，造成了約480萬桶原油進(jìn)入墨西哥灣，海岸線污染區(qū)域超過了1600 km，濱海濕地植被及生態(tài)功能受損嚴(yán)重，至今尚未恢復(fù)[1,2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)采油區(qū)周邊土壤總石油烴（TPH）含量已遠(yuǎn)超500 mg/kg的臨界值[3]。檉柳（Tamarix chinensis Lour.）耐鹽、適應(yīng)性強(qiáng)，是濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)植物物種，對(duì)于維護(hù)濱海生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)揮重要作用，但其對(duì)石油污染響應(yīng)的報(bào)道很少。

石油組分復(fù)雜，由脂肪烴、芳香烴、瀝青、膠質(zhì)等成分組成，一般條件下，脂肪烴在土壤中降解較快，而瀝青、膠質(zhì)等組分則較穩(wěn)定，在土壤等介質(zhì)中賦存時(shí)間較長(zhǎng)，芳香烴組分具有揮發(fā)性，易在生物體富集轉(zhuǎn)化，進(jìn)而危害機(jī)體健康，影響環(huán)境質(zhì)量[4]。本文以石油典型芳香烴組分菲為研究對(duì)象，研究濱海濕地優(yōu)勢(shì)植物物種檉柳生長(zhǎng)對(duì)菲污染的響應(yīng)，對(duì)菲的吸收及體內(nèi)分布特征，旨在為分析評(píng)價(jià)石油等污染物對(duì)濱海生態(tài)系統(tǒng)的影響，以及濱海植物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)菲等物質(zhì)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

菲購(gòu)自Aldrich Chemical Co.，純度〉98%。石油醚（60～90℃）、丙酮、正己烷、二氯甲烷、無水硫酸鈉、層析用硅膠（200～300目），均為分析純，海砂為化學(xué)純，經(jīng)高錳酸鉀浸泡，清水洗凈后晾干。主要儀器包括：KQ-300DE數(shù)控超聲波清洗器，RM-3旋轉(zhuǎn)濃縮蒸發(fā)儀，氣相色譜儀（Aligent7890A）。檉柳為1個(gè)月苗齡的實(shí)生苗，培養(yǎng)液為Hoagland半強(qiáng)度營(yíng)養(yǎng)液。

1.2 試驗(yàn)方法

將海砂裝入直徑為20 cm的塑料缽中，植入檉柳苗，每缽3株，清水澆透，置光照培養(yǎng)室中培養(yǎng)2周，期間每天用營(yíng)養(yǎng)液澆灌，待生長(zhǎng)穩(wěn)定后進(jìn)行菲污染處理。設(shè)置3個(gè)菲濃度：0mg/L、5mg/L、10 mg/L，每個(gè)濃度重復(fù)3次，以0 mg/L作為對(duì)照。連續(xù)處理14 d后，將檉柳取出，用清水沖洗干凈，分成地上、地下兩個(gè)部分，稱重后，分別粉碎、冷凍干燥。同時(shí)將試驗(yàn)外砂培種植的檉柳置烘箱中干燥，計(jì)算含水量，依此，分別計(jì)算不同菲污染處理的植株干重。

稱取1～2 g干燥后植株樣品，用 10 mL（V/V=1：1）丙酮和石油醚混合液，超聲提取30 min，重復(fù)3次，將提取液合并后，過無水硫酸鈉，在40℃條件下，濃縮近干，用正己烷溶解，過硅膠株凈化，用二氯甲烷和正己烷（V/V=1：1）洗脫，洗脫體積30 mL，濃縮近干，再用正己烷定容至2 mL，進(jìn)行GC分析。

GC條件：HP-5石英毛細(xì)柱（30m×0.32mm×0.25 μm），進(jìn)樣口溫度為290℃，柱溫箱初始溫度80℃，保持 2min，然后以 10℃ /min速度升至 290℃，保持5min，進(jìn)樣量1μL，不分流，外標(biāo)法定量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

富集系數(shù)（CF）：植株地上部或地下部體內(nèi)污染物含量（Cp）與水溶液中污染物濃度（Cw）的比值，即CF=Cp/Cw[5]；

傳導(dǎo)系數(shù)（TF）：植株地上部富集系數(shù)（SCF）與地下部富集系數(shù)的比值（RCF），即TF=SCF/RCF[6]。

利用Excel及SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 檉柳生物量

不同處理檉柳的生物量見圖1。5mg/L、10 mg/L菲處理2周，檉柳地上部、地下部生物量與對(duì)照相比有所升高，但未達(dá)顯著水平，表明處理濃度的菲對(duì)檉柳生長(zhǎng)沒有顯著的表觀影響。凌婉婷等[7]也發(fā)現(xiàn)，1 mg/L的菲、芘對(duì)黑麥草生長(zhǎng)沒有顯著的表觀毒害效應(yīng)。已有研究表明鹽生植物與甜土植物相比，對(duì)菲等污染物具有更強(qiáng)的耐受性[8]。

圖1 不同處理檉柳生物量

2.2 檉柳對(duì)菲的吸收

植物對(duì)非極性有機(jī)污染物的吸收，可以看作是污染物在水-根、根-莖葉之間的連續(xù)分配過程[9]。由表1可知，檉柳地下部菲的含量顯著高于地上部，地上部、地下部對(duì)菲的吸收隨著菲濃度的增加顯著增加（p〈0.05）。植物根系對(duì)有機(jī)非極性污染物的吸收與其脂肪含量有關(guān)[9]，透過細(xì)胞壁后，穿越細(xì)胞膜進(jìn)入根系內(nèi)部。

表1 不同處理檉柳體內(nèi)菲含量及分布

富集系數(shù)可以反映植物對(duì)環(huán)境中污染物的富集能力，檉柳地下部富集系數(shù)大幅高于地上部，這可能因?yàn)榈叵虏扛抵苯咏佑|污染物，且根系中脂肪含量高所致。隨著菲濃度增加，檉柳地下部菲富集系數(shù)顯著降低（p〈0.05）。根系對(duì)有機(jī)污染物富集主要集中在根表皮中，難以向上遷移[10]，本研究發(fā)現(xiàn)檉柳地上部菲含量達(dá)1.0～2.0 mg/kg，表明進(jìn)入根內(nèi)的菲隨著蒸騰拉力向地上部莖葉運(yùn)輸，但富集系數(shù)較地下部降低達(dá)10倍以上。與地下部相似，隨菲濃度升高，富集系數(shù)顯著降低。黑麥草、秋茄吸收轉(zhuǎn)運(yùn)菲也有相近的報(bào)道[7,11]。對(duì)照處理檉柳地上部有菲檢出，表明檉柳莖葉能夠吸收少量揮發(fā)于空氣中的菲，但與污染處理相比，所占比例僅為2.0%左右，因而不是菲在檉柳地上部富集的主要途徑。對(duì)照處理中地下部沒有菲檢出，表明通過莖葉吸收的菲，難以沿著韌皮部向地下遷移。

2.3 菲在檉柳中的傳導(dǎo)

傳導(dǎo)系數(shù)可以用來反映污染物在植物體內(nèi)由地下部向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)能力，TF值越大表明污染物由植物根部向莖葉轉(zhuǎn)移的能力越強(qiáng)。理論上TF值小于1，本研究?jī)蓚€(gè)污染處理的TF值較小，在0.08左右（表1），表明菲在檉柳體內(nèi)由地下根系向地上莖葉轉(zhuǎn)運(yùn)有限。有機(jī)污染物在植物體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)主要取決于其辛醇-水分配系數(shù)（Kow），LogKow為1.0～2.0時(shí)，較易在植物體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，大于4.0時(shí)，在植物體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)較難，菲的LogKow約為4.55左右[12]，因而，菲在檉柳中TF較小。在兩個(gè)菲濃度下，TF值相差不大，表明檉柳體內(nèi)的菲沒有隨地下部濃度的升高而顯著增加。通過熒光觀察的方法發(fā)現(xiàn)，莖葉中的菲主要分布在葉脈的維管束內(nèi)，以及附近的海綿組織中，最終到達(dá)葉肉進(jìn)行貯存，并在其中進(jìn)行降解轉(zhuǎn)化[11]。

對(duì)于疏水性強(qiáng)的有機(jī)污染物在植物體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)一直存在爭(zhēng)議，莖葉中的污染物是來自地上部的直接吸收還是由地下部轉(zhuǎn)運(yùn)而來?已有多個(gè)報(bào)道證實(shí)植物地上部的莖葉能夠直接吸收周圍環(huán)境中的有機(jī)污染物[13]，本研究表明檉柳地上部直接吸收菲僅占其含量的2.0%左右，因而，盡管菲脂溶性強(qiáng)，在檉柳體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)較弱，但其地上部菲富集還是主要來自于地下部運(yùn)轉(zhuǎn)傳導(dǎo)。通過同位素示蹤結(jié)合色譜分析技術(shù)證明，菲及其代謝物能夠通過燈芯草根向莖葉傳導(dǎo)[14]，Wild等采用 TPEM（Two-photon excitation microscopy）技術(shù)直接觀察了菲的母體化合物在玉米、小麥根中的傳導(dǎo)過程[15]。這與本研究發(fā)現(xiàn)菲能夠在檉柳體內(nèi)進(jìn)行傳導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)是一致的。

3 結(jié)論

（1）5 mg/L、10 mg/L菲連續(xù)處理14 d對(duì)檉柳生長(zhǎng)無顯著抑制作用。

（2）檉柳地上部菲富集能力顯著低于地下部，富集系數(shù)較地下部低10倍以上；菲在檉柳體內(nèi)傳導(dǎo)系數(shù)約為0.08左右，在5 mg/L、10 mg/L菲污染條件下，地上部莖葉菲富集主要來自地下部的轉(zhuǎn)運(yùn)傳導(dǎo)。