亞硒酸鈉對矮腳黃白菜農(nóng)藥殘留和重金屬積累的影響

張煥仕，孟美瑤，趙飛，劉暢，朱昌玲

(1.南京野生植物綜合利用研究院，江蘇 南京 211111； 2. 南京師范大學生命科學學院，江蘇 南京 210023)

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)藥和化肥是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的主要依靠。然而，在利益驅(qū)動、害蟲的農(nóng)藥抗性增強、地力持續(xù)下降等多種因素作用下，農(nóng)藥和化肥濫用情況十分嚴重，加上工業(yè)污染、大氣污染等其他因素，導(dǎo)致土壤環(huán)境持續(xù)惡化，部分農(nóng)作物、果品蔬菜及其制品中重金屬和農(nóng)藥殘留嚴重超標[1-3]。重金屬和農(nóng)藥殘留在農(nóng)產(chǎn)品中的積累不僅會顯著影響農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量，更重要的是它將通過食物鏈進入人體，對人體新陳代謝及正常的生理作用產(chǎn)生明顯損害，進而導(dǎo)致各種慢性或急性疾病的發(fā)生[3]。因此，如何解決農(nóng)產(chǎn)品重金屬和農(nóng)藥殘留問題已成為保障人民生命安全、增強消費者信心、促進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵。

硒是一種重要的人體必需微量元素，具有抗氧化、抗癌、提高機體免疫力等多種生物學功能[4-5]。雖然硒不是植物生長的必需元素，但是其可以影響植物的生長發(fā)育、參與調(diào)控植物的光合和呼吸作用、抵御植物體內(nèi)自由基傷害以及提高植物抗逆能力等[6]。近年來越來越多的研究表明，硒能夠與多種重金屬元素產(chǎn)生拮抗效應(yīng)，降低植物對重金屬(如Cr、Hg、Cu、Pb、As等)的吸收[7-8]。同時，在部分農(nóng)藥殘留降解技術(shù)中也應(yīng)用了含硒成分[9-11]，這提示硒可能也參與了農(nóng)藥殘留降解過程，然而目前未見到硒對農(nóng)藥殘留的影響研究。本研究采用盆栽試驗考察了不同濃度和pH的亞硒酸鈉溶液對苗期矮腳黃白菜啶蟲脒殘留和重金屬積累的影響，以期為探索硒在農(nóng)藥殘留降解技術(shù)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

盆栽用土選用淮安市逸源農(nóng)業(yè)有限公司生產(chǎn)的營養(yǎng)土，總養(yǎng)分含量≥2%，有機質(zhì)含量>28%。矮腳黃白菜(BrassicacampestrisL. ssp.chinensisMakino var.communisTsen et Lee cv. Aijiaohuang)種子購自市場，該品種為南京地區(qū)優(yōu)良品種，是系列矮腳黃中選育而成的一個定型品種，生長期40-60 d。

分別配制濃度為0、1、5、10 mg/L的Na2SeO3溶液，并利用稀鹽酸溶液和NaOH溶液調(diào)整各濃度Na2SeO3溶液的pH為6.5、7.0、7.5備用。市購殺蟲農(nóng)藥啶蟲脒并配制濃度為10 mg/L備用。

1.2 試驗設(shè)計

設(shè)置3×4雙因子正交試驗，變量因子為Na2SeO3溶液的濃度和pH，具體設(shè)計見表1，共12個處理，每處理重復(fù)3次，共計36盆，隨機區(qū)組排列。

表1 試驗設(shè)計

1.2 試驗處理

試驗在南京野生植物綜合利用研究院光照培養(yǎng)箱中進行。試驗用盆為15 cm×15 cm×10 cm的塑料盆，每盆裝營養(yǎng)土300 g、CdCl2·2.5H2O 3 mg、 PbCl2600 mg后混合均勻。2017年3月15日在每盆種植五粒矮腳黃白菜種子，澆透水后放入光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，白天溫度28℃-30℃，夜間溫度20℃-22℃，光照12 h/d。10 d后每盆保留長勢一致的3株苗。生長期間每隔5 d每盆施加50 mL自來水。20 d時按照試驗設(shè)計在每株白菜葉面噴施相應(yīng)濃度和pH的Na2SeO3溶液1 mL，25 d后在每株白菜葉面均勻噴施10 mg/L啶蟲脒1 mL。2017年4月28日結(jié)束試驗收獲植株，進行相關(guān)指標測定。

1.3 測定方法

常規(guī)方法測定植物全株鮮重、葉片數(shù)、株高，葉綠素含量采用80%丙酮浸提法[12]。重金屬含量采用ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定。農(nóng)藥含量測定采用下述方法：

前處理：將3.0 g剪碎后樣品放入10 mL離心管中。在離心管中加入20 mL分析純乙腈，放在渦旋震蕩儀上渦旋3 min后，再超聲10 min，加1 g NaCl和2 g無水MgSO4，放在渦旋震蕩儀上渦旋1 min后，放入低速離心機在4000 r/min的條件下低速離心5 min。用10 mL移液管吸取10 mL有機相(上清液)通過放有棉花和無水Na2SO4的漏斗過濾后，使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀旋干。在旋蒸球中加入2 mL色譜純正己烷定容，定容后的液體過濾膜除雜后，注入棕色小瓶中，用封口膜封口后貼上標簽放入4℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

制作標準品：將10 mg啶蟲脒標準品溶解于丙酮∶正己烷=1∶1，定容于10 mL容量瓶中，并超聲2 h。將配置好的濃度為1000 mg/L的標準品使用色譜純正己烷稀釋到濃度為1 mg/L，進氣相色譜柱進行分析，得到啶蟲脒標準品出峰時間在9.9 min處。

色譜條件(Agilent GC 7890A)：色譜柱：DB-17毛細管柱，30 m × 0.25 mm × 0.25 μm；檢測器：電子捕獲檢測器(ECD)；進樣口溫度：260℃；檢測器溫度：300℃；載氣(N2)：2.0 mL/min；進樣模式：部分進樣；進樣量：1.0 μL；柱溫：初始溫度150℃，40℃/min升至280℃，保持8.5 min；尾吹氣(N2)：40 mL/min。

將前處理好的試驗樣品分別進柱檢測，記錄試驗數(shù)據(jù)。農(nóng)藥殘留量計算公式(1-1)計算農(nóng)藥殘留量。

(1-1)

式中：R—農(nóng)藥殘留濃度(mg/kg)；

Q—標準品濃度(mg/kg)；

S1—實驗樣品的峰面積；

V—樣品定容體積(mL)；

S—標準品的峰面積；

W—樣品鮮重(g)。

1.4 測定方法

數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件One-Way ANOVA程序進行統(tǒng)計和分析，利用鄧肯(Duncan)新復(fù)極差法進行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對矮腳黃白菜生長的影響

由表2可知，土壤中的重金屬顯著抑制了矮腳黃白菜的生長，而噴施不同濃度和pH的Na2SeO3溶液對于白菜具有普遍的促生效果，其中T2處理的株高最高，T5處理的植株鮮重最高，T2和T5葉片數(shù)最高都達到了8片。

表2 不同處理對矮腳黃白菜生長的影響

注：*P< 0.05表示差異顯著，**P< 0.01表示差異非常顯著，下同。

Note:*significant difference atP< 0.05;** significant difference atP< 0.01.

2.2 不同處理對矮腳黃白菜葉綠素含量的影響

由表3可知，在噴施不同濃度及pH的Na2SeO3溶液后，T1和T9的葉綠素a顯著高于對照和其它處理，T2至T7的葉綠素b與對照相比出現(xiàn)下降趨勢；除了CK1外，T1和T9的葉綠素總量顯著高于其他處理。總體而言，T1處理提高葉綠素含量的效果最好。

表3 不同處理對矮腳黃白菜葉綠素含量的影響

2.3 不同處理對矮腳黃白菜啶蟲脒含量的影響

由表4可見，在噴施不同濃度及pH的Na2SeO3溶液后，與對照相比，各處理的啶蟲脒含量顯著下降。其中，T4的啶蟲脒消解率最高達到79.88%，消解率最低的T3處理為17.40%?？傮w而言，5 mg/L的Na2SeO3溶液降解啶蟲脒效果優(yōu)于其他處理，平均消解率達到61.76%，其中pH 6.5時的效果最好。

表4 不同處理對矮腳黃白菜啶蟲脒含量的影響

2.4 不同處理對矮腳黃白菜重金屬含量的影響

由于樣品數(shù)量有限，相同濃度不同pH的Na2SeO3溶液處理的樣品合并到一組進行重金屬含量檢測。由表5可知，在噴施不同濃度及pH的Na2SeO3溶液后，除10 mg/L處理外，低、中濃度的Na2SeO3溶液可以非常顯著地降低Cd和Pb兩種重金屬的積累。與對照相比，1 mg/L Na2SeO3溶液處理的Cd最高降低34.68%，5 mg/L Na2SeO3溶液處理的Pb最高降低34.08%?？傮w而言，施用濃度為5 mg/LNa2SeO3溶液處理對于降低Cd和Pb兩種重金屬的積累綜合效果最好。

表5 不同處理對矮腳黃白菜重金屬含量的影響

3 討論

大量研究已證明，葉面適度施硒可以促進植物生長發(fā)育，而高濃度硒對植物有毒害作用。邵志慧等[13]研究表明，亞硒酸鈉溶液濃度低于0.5 mg/L時浸種可以促進苗期小麥生長，而濃度高于5 mg/L時有毒害作用。董石峰等[14]研究表明，與對照相比，噴施低、中濃度亞硒酸鈉可顯著提高小麥各器官干物質(zhì)積累量及千粒重，以低濃度效果最佳，而高濃度則作用相反。在本研究中，土壤中添加重金屬抑制了矮腳黃白菜的生長，而噴施低、中濃度的Na2SeO3溶液對于植物具有促生效果，而高濃度噴施則會減少葉片數(shù)。這可能是因為硒可以增加植物葉綠素含量、修復(fù)受損的葉綠體，提高植物光合效率，在一定程度上緩解重金屬對植物的脅迫作用[15]。也有學者認為硒可以清除在植物體內(nèi)由重金屬脅迫產(chǎn)生的有害氧化性物質(zhì)，維持機體氧化還原物質(zhì)正常含量，保護膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性，從而提高植物對重金屬脅迫的抗性[16-17]。薛竟一等[18]研究表明，葉面噴施亞硒酸鈉可有效提高葡萄葉片葉綠素含量，從而增加葉片光合量并進一步延緩葉片衰老。鐘松臻等[19]研究表明，水稻葉面噴施硒肥可以有效地緩解葉片衰老，提高葉片葉綠素含量從而增加葉片光合量。本研究中噴施Na2SeO3溶液對植物葉綠素含量有提高效果，但也出現(xiàn)了不升反降的現(xiàn)象，這可能由溶液pH不同所致。

目前還沒有硒在農(nóng)藥殘留降解中的應(yīng)用研究，但在部分發(fā)明專利中使用了含硒成分。在“一種含硒農(nóng)藥殘留清除劑”中應(yīng)用了亞硒酸鉀或亞硒酸鈉[9]，在“一種緩釋可降解殘留農(nóng)藥、降低重金屬含量的土壤硒肥及其制備方法”中使用了亞硒酸鉀[10]，在“一種能促進果蔬生長降解殘留農(nóng)藥的生物肥料”中應(yīng)用了亞硒酸鉀[11]。這表明亞硒酸鈉或亞硒酸鉀可能作為主要或重要成分參與了農(nóng)藥殘留降解過程。本研究結(jié)果表明，葉面噴施不同濃度及pH的Na2SeO3溶液促使各處理的啶蟲脒含量顯著下降。這可能是因為硒被葉面吸收后可以刺激植物細胞內(nèi)某些生物酶產(chǎn)生特殊的生理活性，加速農(nóng)藥殘留中高分子碳氫化合物分子鏈的老化、斷裂，使農(nóng)藥大分子化合物因改變結(jié)構(gòu)而失去毒性，減少了植物體內(nèi)的農(nóng)藥殘留[9-10]。然而，硒是否參與農(nóng)藥殘留降解過程及其降解機理仍需要大量試驗進行驗證和深入研究。

Farga?ová等[7]研究表明，加硒能夠顯著降低Cd、Zn、Cu和Pb在芥菜(SinapisalbaL.)地上部分的積累；He等[8]的大田試驗表明，給Pb和Cd脅迫的萵苣(LactucasativaL.)施用亞硒酸鹽，顯著降低了這兩種重金屬在植物地上部的含量。戚霄晨等[20]研究表明，甜櫻桃(PrunusaviumL.)果實和葉片中的硒含量隨施硒濃度的增加而遞增，重金屬Cd和Pb的含量均有不同程度的降低。本研究結(jié)果也表明，低、中濃度的Na2SeO3溶液可以非常顯著地降低Cd和Pb兩種重金屬在矮腳黃白菜葉片中的積累，而高濃度噴施則效果不明顯。這可能因為硒可以和重金屬形成Se-重金屬復(fù)合物，從而減少植物對重金屬的吸收[21]。還有學者[22-23]認為硒可以激活植物螯合肽(Phytochelatin，PC)合成酶及增加PC的合成前體GSH，使植物有條件產(chǎn)生更多的PC，配合更多的重金屬離子形成重金屬-PC 螯合物，從而使重金屬離子失去活性，最終達到緩解植物重金屬脅迫和累積的作用。

4 結(jié)論

葉面噴施不同濃度和pH的亞硒酸鈉溶液對于矮腳黃白菜具有一定的促生效果，其中以濃度為1 mg/L且pH 7.0時的促生效果最好，葉綠素含量最高；在5 mg/L且pH 6.5時，可以顯著降低葉片中農(nóng)藥啶蟲脒和重金屬Cd、Pb含量；濃度為10 mg/L時對降低重金屬含量的效果不明顯。本研究表明，亞硒酸鈉在降低植物農(nóng)藥殘留和重金屬積累方面具有一定的應(yīng)用潛力。