汾河植物體灰藜中重金屬元素Cu的分布特征研究

李?yuàn)^強(qiáng)

(太原市城市排水監(jiān)測(cè)站，山西 太原 0300012)

有些重金屬元素是植物生長(zhǎng)過(guò)程中所必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素，也有些重金屬元素是植物生長(zhǎng)過(guò)程中不需要的元素，植物吸收這些重金屬元素過(guò)量后，會(huì)影響植物的生長(zhǎng)甚至導(dǎo)致其萎縮致死。Cu是植物正常生命所必需的微量礦物質(zhì)元素，它所參與的生命活動(dòng)十分廣泛。Cu是細(xì)胞色素氧化酶、多酚氧化酶、抗壞血酸氧化酶、多胺氧化酶等氧化酶和過(guò)氧化物歧化酶的組分，參與呼吸等代謝中的氧化還原反應(yīng)[1-2]。

許多學(xué)者研究表明重金屬元素在植物體內(nèi)不斷循環(huán)[3]。重金屬離子進(jìn)入植物根部后，一部分被貯存，一部分被轉(zhuǎn)運(yùn)到莖葉部分。許多實(shí)驗(yàn)證明重金屬主要分布在植物的根部，但流動(dòng)性較大的重金屬元素可以通過(guò)導(dǎo)管向上遷移到葉片中[4]。植物吸收重金屬的生理過(guò)程可能有兩種方式:一種是重金屬在細(xì)胞壁質(zhì)外空間的吸收;另一種是重金屬透過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜進(jìn)入植物細(xì)胞，植物可通過(guò)根部直接吸收水溶性重金屬。重金屬進(jìn)入根細(xì)胞質(zhì)后，存在游離金屬離子形態(tài)，但當(dāng)細(xì)胞質(zhì)中游離金屬離子過(guò)多時(shí)，對(duì)細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生毒害作用，干擾細(xì)胞的正常代謝。本實(shí)驗(yàn)選取了汾河勝利橋段的植物灰藜作為研究對(duì)象，利用火焰原子吸收分光光度法對(duì)其不同部位重金屬元素Cu的含量進(jìn)行了對(duì)比研究，初步探討了重金屬元素Cu在植物體內(nèi)的分布特征。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及試劑

儀器：TAS-990型原子吸收分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；摩爾Molelement元素型超純水器，上海摩勒生物科技有限公司；電子天平，北京賽多利斯天平有限公司；電熱板，湖北英山無(wú)線電元件廠；電熱恒溫干燥箱，天津市津北真空儀器廠。

試劑：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用的HClO4，優(yōu)級(jí)純，西安化工廠；HNO3，優(yōu)級(jí)純，北京化工廠；重金屬Cu標(biāo)準(zhǔn)溶液，北京有色金屬研究院，質(zhì)量濃度為1 000 μg/mL，使用時(shí)配制所需濃度。實(shí)驗(yàn)均用超純水。

1.2 植物樣品的采集及預(yù)處理

在汾河勝利橋段共選2個(gè)采樣點(diǎn)，主要采集具有代表性的灰藜(藜科)植物，樣品皆為整株采集后放入聚乙烯塑料袋中帶回實(shí)驗(yàn)室，然后將其用自來(lái)水洗凈和用去離子水沖洗后，用剪刀將植物的根(G)、莖(J)、葉(Y)分離、用攪拌粉碎機(jī)粉碎、自然風(fēng)干、備用。

1.3 植物中重金屬Cu的分析方法

把洗好的植物樣品，將根、莖、葉、果實(shí)剪好，并自然風(fēng)干后置于消化瓶中，放入烘箱中，在40 ℃下烘12 h;將烘干后的植物樣品，放入密封袋中保存?zhèn)溆?稱(chēng)取(1.000±0.012)g待測(cè)樣品，在通風(fēng)櫥內(nèi)用(HNO3-HClO4)加熱消解，在電熱板上灼燒，然后定容到50 mL。消解方法如下:已經(jīng)剪好烘干的植物樣品根、莖、葉、果實(shí)，放入干燥器中冷卻待用；從干燥器中取出樣品，用電子天平稱(chēng)取(1.000±0.012)g植物樣品，放入編號(hào)對(duì)應(yīng)的消化瓶中；每個(gè)消化瓶中加入8 mL優(yōu)級(jí)純HNO3，蓋上玻璃蓋，隔夜12 h，第二天加2 mL HClO4；將加好混酸的消化瓶放在電熱板上緩慢加熱消化，開(kāi)始有棕色氣體釋放，在這加熱過(guò)程中來(lái)回移動(dòng)消化瓶，防止消化瓶局部受熱；保持微沸狀態(tài)，直至冒白煙、溶液變清并近干為止。如沒(méi)變清可補(bǔ)加適量的硝酸繼續(xù)煮沸至溶液變清。將消化瓶從電熱板上取下，冷卻，用2% HNO3沖洗消化液，移入50 mL容量瓶中，并用2% HNO3的定容、搖勻、離心、待測(cè)。

樣品采用火焰原子吸收光譜儀(TAS-990，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)進(jìn)行測(cè)定,試驗(yàn)中標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制均為分析純。把所測(cè)得的吸光度數(shù)據(jù)進(jìn)行換算為植物體中的重金屬含量。工作條件如下表1所示。

表1 TAS-990原子吸收分光光度計(jì)工作條件

2 植物體內(nèi)重金屬的分布

利用Originpro軟件繪制重金屬元素的分布特征圖。

植物灰藜根、莖、葉不同部位中重金屬元素Cu含量的分布如圖1所示。

圖1 植物不同部位的Cu含量

銅元素主要以Cu2+的形式被植物吸收，當(dāng)Cu濃度較高時(shí)對(duì)植物有明顯的毒害作用。一般來(lái)說(shuō)，植物體內(nèi)銅元素的正常含量是0.4 mg/kg～45.8 mg/kg。

從圖1中可以看出：

1) 從曲線變化趨勢(shì)來(lái)看，采樣點(diǎn)中的植物體根、莖、葉中Cu元素含量變化趨勢(shì)大致相同，根>莖>葉；

2) Cu含量最高的是灰藜根(勝利橋東)，約22.1 mg/kg左右；含量均在植物體內(nèi)銅元素的正常含量范圍，說(shuō)明各采樣點(diǎn)的植物沒(méi)受到重金屬Cu的污染。

3 結(jié)論

1) 灰藜植物體中重金屬元素Cu在不同部位中的含量分布是根>莖>葉，說(shuō)明植物在吸收和累積重金屬元素時(shí)，其主要在根系。

2) 研究發(fā)現(xiàn)該河段植物體灰藜中重金屬元素Cu在正常值范圍之內(nèi)，說(shuō)明沒(méi)有受到污染。