淺析水稻對重金屬離子鎘的吸收及吸收耐性研究

謝紅陽 黃杰

據(jù)悉，能夠直接進(jìn)入人體的鎘的食物來源主要為大米，占比高達(dá)40%，而水稻是非常重要的糧食作物，所以水稻在種植過程中是否受到重金屬離子鎘的污染十分關(guān)鍵。根據(jù)目前的調(diào)查顯示，我國存在鎘污染的農(nóng)田面積將近1333333.33hm2，年產(chǎn)水稻鎘超標(biāo)產(chǎn)品達(dá)到14.7億千克。本文研究分析了水稻對重金屬鎘離子的吸收及耐性機(jī)理。

一、影響水稻對金屬鎘吸收的因素

1.pH。在土壤當(dāng)中，鎘離子的存在形式為多種結(jié)合態(tài)，包括殘?jiān)鼞B(tài)、水溶態(tài)、可交換態(tài)、碳酸鹽態(tài)以及有機(jī)結(jié)合態(tài)等，形態(tài)存在的多少直接對鎘的有效態(tài)含量產(chǎn)生決定效果。在某種pH條件下，這些結(jié)合態(tài)會一直保持動態(tài)平衡。一旦土壤內(nèi)部的pH有所變化，平衡便會偏移，進(jìn)而產(chǎn)生新的平衡，使之前的各形態(tài)鎘離子占比有所改變，鎘離子在土壤中的移動性便會有所改變，同時改變生物有效性，植物吸收鎘離子的過程也變得富有動態(tài)性。當(dāng)pH值為中堿條件，水溶性的鎘離子占據(jù)總體鎘的3%；當(dāng)pH值下降為4.57，水稻土當(dāng)中的水溶態(tài)鎘離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)會提升到48.40%。因此在治理鎘污染的土地時，對pH值進(jìn)行控制，使其不超過6.5，即可減少鎘離子對生物生態(tài)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的危害。植物對于鎘離子的吸收量與土壤的pH值有直接關(guān)系，但在水培情況下結(jié)果卻有所不同。研究顯示，當(dāng)pH值為0.5時，水稻莖部鎘離子積累量最大，根部在pH值有所升高之后，相應(yīng)的積累量也會增高。這是因?yàn)樗嗯c土壤環(huán)境有著很大的差異性，鎘離子的存在形式主要為水溶態(tài)，在植物根表面鎘離子與氫離子會對結(jié)合位點(diǎn)產(chǎn)生競爭吸附效應(yīng)，升高pH值之后，根表面會有相應(yīng)的正離子在結(jié)合位點(diǎn)釋放，使得對鎘離子吸收過程中產(chǎn)生更多的結(jié)合位點(diǎn)，增大鎘離子吸收量。

2.Eh。氧化還原值（Eh）是土壤對生物有效性產(chǎn)生影響的關(guān)鍵因素。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)咎锏腅h值有所增大后，土壤當(dāng)中存在的水溶性鎘離子含量、水稻吸收鎘離子的總量和地上部存在的鎘離子含量都會有相應(yīng)的增加。由于土壤在還原條件下降低了氧化還原反應(yīng)電位，增加了硫還原S2-的量，與土壤中的鎘離子、鐵離子以及汞離子等構(gòu)成硫化物沉淀，使得土壤溶液中重金屬離子含量降低。在土壤為氧化狀態(tài)時，會出現(xiàn)硫化物氧化反應(yīng)，從而釋放出大量的金屬離子。此外，土壤在氧化狀態(tài)中，水稻根表面產(chǎn)生的鐵氧化物膠膜會對土壤當(dāng)中的鎘離子產(chǎn)生吸附作用，使根系表面吸收鎘離子的能力加強(qiáng)。

二、水稻鎘離子吸收耐性及其吸收機(jī)制分析

1.限制根對鎘的吸收。根系表面可以將鎘離子的危害減少，是非常關(guān)鍵的位置，也是植物體內(nèi)抵擋重金屬鎘離子的首道屏障。在鎘離子存在的情況下，植物的根系表面會分泌出氨基酸、有機(jī)酸、多膚和酞胺等物質(zhì)，改變植物生存微環(huán)境，降低鎘離子的有效性，避免植物過多吸收鎘離子，這是植物非常有效的進(jìn)行自我保護(hù)的外部排斥機(jī)制。例如水稻在成長過程中，如果缺鐵便會在表面生成一種由自身分泌的粘膠狀物質(zhì)的根殼，能夠過濾重金屬鎘離子，使根系減少吸收鎘離子的量。

2.將鎘離子貯存在葉表皮及表皮纖維。葉片具備的

光合作用等生物化學(xué)反應(yīng)會借助葉肉細(xì)胞完成，其中起到保護(hù)作用的是表皮細(xì)胞以及表皮纖維。而植物對于鎘離子的吸收也會利用根莖中的木質(zhì)部將其運(yùn)輸?shù)街参锏牡厣喜糠?，在植物的葉表以及表皮纖維中進(jìn)行累積，因此在葉肉細(xì)胞當(dāng)中并沒有鎘離子或者含量并不是很高，使得葉片細(xì)胞結(jié)構(gòu)及生理功能受到的傷害比減小，屬于植物自身產(chǎn)生的自我保護(hù)機(jī)制。

重金屬離子的污染嚴(yán)重威脅到了人體健康，因此對水稻鎘離子污染的研究，即在水稻吸收鎘的影響因素、水稻鎘離子及其產(chǎn)生的抗性機(jī)制方面需要進(jìn)一步加大研究力度，為人們能夠擁有一個安全的食品環(huán)境提供有力的支撐。