鍶在土培辣椒不同器官中的富集與遷移規(guī)律

姜曉燕，劉淑娟，閆 冬，何映雪，丁庫克

(1．中國疾病預(yù)防控制中心輻射防護(hù)與核安全醫(yī)學(xué)所放射生態(tài)學(xué)研究室，北京 100088；2．新疆醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院，新疆烏魯木齊 830011)

目前開展放射生態(tài)學(xué)研究已成為研究的熱點(diǎn)，一方面集中在研究放射性核素在生態(tài)環(huán)境中的富集與遷移特征，尋找超富集植物，對放射性核素污染土壤具有修復(fù)潛力的植物篩選和培育，進(jìn)行生物修復(fù)方面研究；另一方面對可食植物蔬菜等食品進(jìn)行放射性風(fēng)險評估以及研究食用后對機(jī)體健康產(chǎn)生的影響。鍶-90為核試驗(yàn)及核電站事故特征性人工放射性核素，為長壽命核素，物理半衰期29.1年[1]，核試驗(yàn)產(chǎn)生的放射性落下灰通過沉降落在土壤、植物表面，可經(jīng)植物葉片吸附、吸收和根系吸收而進(jìn)入植物體內(nèi)，經(jīng)過植物的代謝及食物鏈之間的各級生物體循環(huán)，對食物鏈內(nèi)各級生物體及人類造成潛在的內(nèi)、外照射危害[2]。鍶-88是放射性核素鍶-90的穩(wěn)定同位素，兩者具有相同的化學(xué)性質(zhì)和環(huán)境行為，本研究利用穩(wěn)定性核素鍶-88替代放射性核素鍶-90。前期已對葉類、莖類蔬菜進(jìn)行此方面研究[3]，但對于以常用果實(shí)類蔬菜辣椒(Capsicum annuum L.)為代表的果類蔬菜研究報道較少，因此，本研究采用土培實(shí)驗(yàn)方式，探討辣椒對鍶的遷移和富集能力。本次實(shí)驗(yàn)研究目的是掌握果實(shí)類蔬菜對鍶的富集特征，為核事故后食品安全風(fēng)險評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)核素

選用鍶的穩(wěn)定核素鍶-88的化合物模擬鍶-90研究，鍶-88的化合物無毒，易溶于水，本實(shí)驗(yàn)采用SrCl2·6H2O提供Sr2+，為優(yōu)級純試劑，由國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

1.2 主要儀器

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES，Spectro Arcos，德國)、Milli-Q純水儀、組織研磨儀、粉碎機(jī)、離心機(jī)、分光光度計、恒溫水浴、分析天平、微波消解儀等。

1.3 實(shí)驗(yàn)蔬菜

選擇國內(nèi)大部分地區(qū)均有栽培的常見食用蔬菜——辣椒作為研究對象。辣椒為十字花科，蘿卜屬，果實(shí)供食用，為果菜類蔬菜。辣椒種子購自中國農(nóng)科院中蔬良種研究開發(fā)中心。

1.4 實(shí)驗(yàn)土壤及理化性質(zhì)測定

供試土壤采自北京市昌平區(qū)興壽鎮(zhèn)農(nóng)田，采樣深度為表層0～20 cm褐土，pH值為7.45，有機(jī)物含量為16.85 g/kg、測定該土壤中的本底總鍶濃度均值為159.33 mg/kg。取3.0 kg的風(fēng)干土壤于聚乙烯塑料花盆中，直徑為25 cm，高為20 cm。鍶以SrCl2·6H2O溶液形式均勻地拌入土壤中，所用去離子水中鍶的濃度為6.0×10-5μg/mL。每個處理濃度設(shè)3個重復(fù)。土壤加鍶處理后，室溫靜置14 d，使其在土壤中鍶濃度達(dá)到平衡狀態(tài)，備用。土壤理化性質(zhì)測定：土壤pH值測定采用玻璃電極法，水土比為2.5∶1(V/m)，水溶液為0.01 mol/L的CaCl2溶液；有機(jī)質(zhì)含量測定采用水合熱重鉻酸鉀氧化-比色法。

1.5 實(shí)驗(yàn)分組

實(shí)驗(yàn)設(shè)置空白對照組1組：以土壤中鍶本底值159.33 mg/kg為對照組，記為CK；土壤污染組為5組：設(shè)置鍶含量為對照組的1.5、2、2.5、3和3.5倍，分別記為Sr1.5、Sr2、Sr2.5、Sr3和Sr3.5。

1.6 辣椒種植與管理

種植地點(diǎn)在北京昌平區(qū)興壽鎮(zhèn)一個農(nóng)用大棚內(nèi)，光照周期為10 h。植物生長溫度為20～25℃。首先將辣椒種子播種于平衡好的土壤中，每盆均勻播種6粒，出苗后，減株至每盆保留3棵植株，實(shí)驗(yàn)期間定期按需澆去離子水，維持土壤中持水量在70%左右，各組的實(shí)驗(yàn)條件保持一致。待生長周期結(jié)束后，收取辣椒樣品和土壤樣本進(jìn)行鍶含量的測定。

1.7 樣品處理與測試

1.7.1 土壤樣品處理土壤樣品經(jīng)風(fēng)干研磨，過100目篩，準(zhǔn)確稱取0.10 g，置于微波加熱高壓聚四氟乙烯消解罐中，加入6 mL硝酸與2 mL氫氟酸，放于微波消解儀(Mars，美國)中進(jìn)行消解，冷卻，加入1 mL高氯酸在電熱板上敞口加熱，待酸液揮發(fā)，加入1 mL硝酸微熱，冷卻至常溫，用高純水定容至25 mL，再取1 mL稀釋10倍后檢測。

1.7.2 辣椒樣品處理將每棵辣椒從花盆中完整取出，用去離子水沖洗，瀝干水分。將蔬菜分為根、莖、葉、果實(shí)于80℃烘干至恒重；粉碎后稱取0.200 0 g，置于微波加熱高壓聚四氟乙烯罐中，加入2 mL硝酸和1 mL過氧化氫靜置3 h以上，在165℃下消解4 h，完全消解后定容至10 mL，再取1 mL稀釋10倍后檢測，實(shí)驗(yàn)用水均為經(jīng)Milli-Q過濾后的超純水，消解后液體澄清。

1.7.3 鍶含量測試采用ICP-AES測定鍶元素的濃度。使用土樣標(biāo)準(zhǔn)參考樣GBW07401(GSS-1，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì))作為標(biāo)準(zhǔn)樣品，與采集土壤樣品以同樣方式消解后進(jìn)行測量對比，儀器對鍶元素的檢出限為0.02 μg/L。

1.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計、計算與分析

數(shù)據(jù)以 xˉ±s表示，采用SPSS 16.0進(jìn)行統(tǒng)計分析，對照組和實(shí)驗(yàn)組之間鍶含量、富集系數(shù)和遷移系數(shù)差異采用方差分析，進(jìn)行t檢驗(yàn)，以α=0.05為檢驗(yàn)水準(zhǔn)。富集系數(shù)(concentration coefficient，CR)和遷移系數(shù)(transfer coefficient，TF)計算[4-5]如下所示：

CR=植物器官中的核素含量/土壤中的核素含量

TF=植物地上器官中的核素含量/植物根系中的核素含量

2 結(jié)果

2.1 辣椒各器官的鍶含量

鍶脅迫下辣椒不同器官對鍶吸附能力影響結(jié)果見表1。如表1所示，土壤鍶濃度處理對辣椒不同器官的鍶含量具有顯著影響(P＜0.05)。辣椒不同器官鍶含量在Sr2.5、Sr3和Sr3.5組土壤鍶處理?xiàng)l件下均高于對照組(P＜0.05)，且根部鍶含量隨土壤中鍶濃度增加而增加，辣椒莖、葉和果實(shí)鍶含量在Sr3組達(dá)最高，辣椒莖和葉的鍶含量在Sr3.5組達(dá)最高。辣椒在不同土壤鍶濃度處理下，各器官鍶含量排序?yàn)椋篊根＞C葉＞C莖＞C果實(shí)，即可食用部分——果實(shí)中的鍶含量最低。

表1 辣椒各器官中鍶含量(±s，mg/kg)

表1 辣椒各器官中鍶含量(±s，mg/kg)

與CK組比較，*P＜0.05.

果實(shí)0.33±0.04 5.45±3.67 9.56±3.02 31.36±3.43*42.91±8.32*34.84±10.06*組別CK Sr1.5 Sr2 Sr2.5 Sr3 Sr3.5根莖葉86.13±14.28 370.95±149.6 565.36±392.21 983.69±240.91 2 262.68±208.30*3 205.58±140.13*13.77±0.92 135.57±49.55 229.26±75.92*340.51±82.03*342.87±46.54*530.59±150.07*26.25±3.29 280.32±109.12*477.58±96.41*660.86±117.22*933.18±66.00*1 412.50±208.67*

2.2 辣椒各器官的富集系數(shù)

辣椒各器官對鍶的CR值見表2，辣椒根的CR值隨著鍶濃度水平的升高逐漸增加，在Sr3.5組達(dá)到最大值。莖和葉的CR值變化一致，隨著鍶濃度的升高而增加，在Sr2組達(dá)到第一個高值，在Sr2.5和Sr3組逐漸下降，Sr3.5組時達(dá)到第二個高值。在土壤不同濃度處理下，辣椒各器官的CR值排序?yàn)椋篊R根＞CR葉＞CR莖＞CR果實(shí)。

表2 辣椒各器官的CR值(±s)

表2 辣椒各器官的CR值(±s)

與CK組比較，*P＜0.05.

組別CK Sr1.5 Sr2 Sr2.5 Sr3 Sr3.5根莖葉0.45±0.12 1.33±0.33 2.30±0.09 2.62±0.36 4.49±1.28*5.51±1.83*0.07±0.01 0.52±0.25 0.89±0.45*0.86±0.23*0.68±0.09*0.97±0.07*0.14±0.03 1.07±0.53*1.78±0.44*1.68±0.45*1.85±0.21*2.46±0.40*果實(shí)0.01±0.00 0.02±0.01 0.03±0.00*0.08±0.03*0.08±0.01*0.06±0.01*

2.3 辣椒各器官的遷移系數(shù)

辣椒不同器官對鍶的TF值見表3，結(jié)果顯示，辣椒總的TF值較低，葉TF值相對較高、莖部TF值次之、果實(shí)TF值最低。TF作為植物將某物質(zhì)從根系部分向地上部分轉(zhuǎn)移能力大小的評價指標(biāo)，其值越大，表明植物根系向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)某物質(zhì)的能力越強(qiáng)。

表3 辣椒各器官的TF值(±s)

表3 辣椒各器官的TF值(±s)

與CK組比較，*P＜0.05.

組別CK Sr1.5 Sr2 Sr2.5 Sr3 Sr3.5莖葉0.16±0.03 0.43±0.24 0.43±0.26 0.35±0.08 0.16±0.07 0.19±0.11 0.31±0.04 0.83±0.40 0.99±0.11*0.69±0.15 0.44±0.15 0.46±0.10果實(shí)0.00±0.00 0.01±0.00 0.03±0.02*0.03±0.01*0.02±0.01 0.01±0.00

3 討論

研究中采用的指標(biāo)有遷移系數(shù)(TF)和富集系數(shù)(CR)。CR表示植物從土壤中吸收鍶元素的能力。不同植物的CR值具有一定的差異性。對于可食用植物來說，某種有害物質(zhì)在植物可食用部分的CR越小，說明食物越安全；對于篩選污染土壤的植物修復(fù)來說，CR值越大，其植物修復(fù)的可行性也越大。TF值作為植物將某物質(zhì)從根系部分向地上部分遷移能力大小的評價指標(biāo)，其值越大，表明植物根系向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)某物質(zhì)的能力越強(qiáng)。在植物修復(fù)技術(shù)中，希望篩選出TF較大的植物，這樣便于對地上部分植物的收獲，有利于除去土壤中的污染物，TF值在不同品種作物之間存在差異性[6]?？墒秤檬卟擞凶鳛橛行迯?fù)鍶污染土壤的可能性物種之一，用于鍶污染的區(qū)域或土壤。有研究表明[7]，可食用植物表現(xiàn)為抗高濃度鍶脅迫能力從高到低分別為：芝麻＞向日葵＞菊苣＞西葫蘆＞黃秋葵＞高粱＞木耳菜＞四季豆，綜合植物對鍶的抗性及富集能力，可利用菊苣、西葫蘆、黃秋葵及木耳菜對較高濃度鍶污染土壤進(jìn)行植物修復(fù)。本研究中辣椒果實(shí)在各器官對鍶的富集系數(shù)中最低，CR值也最小，TF值最低，且辣椒果實(shí)的吸收和富集特征比其余組織小；同樣在前期對3種不同類型蔬菜研究中，蘿卜作為可食用塊根類蔬菜，食用部分根部鍶的富集情況也相對較少[3]，可以考慮辣椒和蘿卜作為食品級蔬菜作物種植在鍶輕度污染的地區(qū)。若食用部分的鍶含量達(dá)到相關(guān)食品安全標(biāo)準(zhǔn)，且鍶核素又較多的被植物吸收并轉(zhuǎn)運(yùn)到非食用部分，通過收獲不同組織，達(dá)到既避免資源浪費(fèi)又清除污染的目的。綜上，本研究的結(jié)果表明，辣椒可食用部分——果實(shí)的鍶含量最低，從食品安全角度考慮，辣椒果實(shí)相對安全；辣椒根、葉具有較強(qiáng)富集能力；辣椒葉、莖具有較強(qiáng)遷移能力，即非食用部分可考慮作為植物修復(fù)備選植物。