螯合劑對青葙吸收富集土壤中鎘、鉛、鋅和銅的影響

陳偉，廖潔，楊玉霞，蔣文艷，王海軍，李曉妤，莫磊興，王天順

摘要：【目的】探究螯合劑[乙二胺二琥珀酸（EDDS）、氨三乙酸（NTA）和乙二醇二乙醚二胺四乙酸（EGTA）]對青葙鎘（Cd）、鉛（Pb）、鋅（Zn）和銅（Cu）吸收累積的影響，為螯合劑和青葙在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。【方法】采用大棚內(nèi)盆栽種植青葙試驗方法，以不添加螯合劑作對照（CK），研究螯合劑EDDS（1.0、2.0和3.0 mmol/kg）、NTA（1.0、2.0和3.0 mmol/kg）和EGTA（1.0、2.0和3.0 mmol/kg）作用下青葙對土壤Cd、Pb、Zn和Cu的吸收與轉(zhuǎn)運?！窘Y(jié)果】與CK相比，1.0和2.0 mmol/kg EDDS、1.0～3.0 mmol/kg NTA、1.0和2.0 mmol/kg EGTA能顯著促進青葙生長（P<0.05，下同），其中1.0 mmol/kg EGTA促進效果最大，其干重較CK增加37.5%。1.0和2.0 mmol/kg EDDS、2.0和3.0 mmol/kg NTA、1.0和2.0 mmol/kg EGTA能顯著促進青葙對Cd的吸收累積，且2.0 mmol/kg EGTA作用下，青葙中Cd的生物富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運系數(shù)提升最大，分別是CK的1.55和1.61倍;2.0和3.0 mmol/kg EDDS、1.0～3.0 mmol/kg NTA及1.0～3.0 mmol/kg EGTA均能顯著促進青葙對Pb的吸收累積，且Pb在青葙中的生物富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運系數(shù)較CK均有明顯提升，以3.0 mmol/kg EGTA處理的青葙地上部富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)最大，分別是CK的1.63和1.47倍;1.0和2.0 mmol/kg EDDS、2.0 mmol/kg EGTA能顯著促進青葙對Zn的吸收累積，以1.0 mmol/kg EDDS處理的富集系數(shù)最大，是CK的1.18倍，2.0 mmol/kg NTA處理的轉(zhuǎn)移系數(shù)最大，是CK的1.22倍;1.0～3.0 mmol/kg EDDS、1.0～3.0 mmol/kg NTA和1.0～3.0 mmol/kg EGTA均能顯著促進青葙對Cu的吸收累積，以2.0 mmol/kg EDDS處理的青葙地上部富集系數(shù)最大，是CK的2.07倍，3.0 mmol/kg EGTA處理的青葙地上部轉(zhuǎn)移系數(shù)最大，是CK的2.52倍?！窘Y(jié)論】在本研究螯合劑施用劑量范圍內(nèi)，除3.0 mmol/kg EGTA減少青葙吸收累積Cd和3.0 mmol/kg EDDS、3.0 mmol/kg NTA、1.0 mmol/kg EGTA及3.0 mmol/kg EGTA減少青葙吸收累積Zn外，3種螯合劑的其余劑量均可促進青葙對Cd、Pb、Zn和Cu的吸收富集。因此，適當劑量的螯合劑作為誘導(dǎo)活化劑，可強化青葙吸收累積重金屬Cd、Pb、Zn和Cu。

關(guān)鍵詞： 螯合劑;青葙;重金屬;土壤

中圖分類號： S153? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2021）09-2447-10

Effects of chelators on the uptake and accumulation of cadmium，lead，zinc and copper in soil by Celosia argentea L.

CHEN Wei， LIAO Jie， YANG Yu-xia， JIANG Wen-yan， WANG Hai-jun， LI Xiao-yu，

MO Lei-xing， WANG Tian-shun*

（Research Institute of Agro-products Quality Safety and Testing Technology， Guangxi Academy of Agriculture Sciences/Quality Supervision and Testing Center for Sugarcane， Ministry of Agriculture and Rural Affairs，

Nanning? 530007， China）

Abstract：【Objective】The experimental objective was to investigate the effects of chelators[ethylene diamine disuccinate（EDDS）， nitrilotriacetic acid（NTA） and glycol-bis-（2-aminoethylether）-N，N，N′，N′-tetraacetic acid （EGTA）] on the uptake and accumulation of cadmium（Cd），lead（Pb），zinc（Zn） and copper（Cu） with Celosia argentea L.，and to provide data support for the application of chelators and C. argentea L. in environmental repairation. 【Method】The application effects of EDDS （1.0，2.0 and 3.0 mmol/kg）， NTA（1.0， 2.0 and 3.0 mmol/kg） and EGTA（1.0， 2.0 and 3.0 mmol/kg） were evaluated on the uptake and transportation of heavy metals（Cd，Pb，Zn and Cu） from soil with C. argentea L. by pot experiment in greenhouse，and without the addition of chelating agent as contrast（CK）. 【Result】The results indicated that 1.0-2.0 mmol/kg EDDS，1.0-3.0 mmol/kg NTA，1.0-2.0 mmol/kg EGTA promoted significantly the growth of C. argentea L. （P<0.05，the same below） compared with CK，and among them，1.0 mmol/kg EGTA had the best effect，the dry weight increased by 37.5% than that of CK. 1.0-2.0 mmol/kg EDDS，2.0-3.0 mmol/kg NTA，1.0-2.0 mmol/kg EGTA significantly promoted the absorption and accumulation of Cd in C. argentea L.，and the highest bioconcentration factors and translocation factor were respectively 1.55 and 1.61 times as those of CK with applying 2.0 mmol/kg EGTA. 2.0-3.0 mmol/kg EDDS，1.0-3.0 mmol/kg NTA and 1.0-3.0 mmol/kg EGTA could significantly promote the absorption and accumulation of Pb in C. argentea L.，and the bioconcentration factors and translocation factor of Pb in C. argentea L. were improved compared with CK，and the highest bioconcentration factors and translocation factor were respectively 1.63 and 1.47 times as those of CK with applying 3.0 mmol/kg EGTA. 1.0 and 2.0 mmol/kg EDDS and 2.0 mmol/kg EGTA could significantly promote the absorption and accumulation of Zn in C. argentea L.，and the highest bioconcentration factor was as 1.18 times as that of CK when applying 1.0 mmol/kg EDDS. With applying 2.0 mmol/kg NTA，and the highest translocation factor was as 1.22 times as that of CK. With applying 1.0-3.0 mmol/kg EDDS，1.0-3.0 mmol/kg NTA and 1.0-3.0 mmol/kg EGTA could significantly promote the absorption and accumulation of Cu in C. argentea L.，and the highest bioconcentration factor was as 2.07 times as that of CK with applying 2.0 mmol/kg EDDS，and the highest translocation factor was as 2.52 times as that of CK with applying 3.0 mmol/kg EGTA. 【Conclusion】In this study，three chelators EDDS，NTAE and EGTA in a suitable dose can promote the absorption and accumulation of Cd，Pb，Zn and Cu in C. argentea L.（except 3.0 mmol/kg EGTA reduces the absorption and accumulation of Cd，and except 3.0 mmol/kg EDDS，3.0 mmol/kg NTA，1.0 mmol/kg EGTA and 3.0 mmol/kg EGTA reduces the absorption and accumulation of Zn）. Therefore，the suitable dose of the three chelators as inductive activators can enhance absorption and accumulation of heavy metals Cd，Pb，Zn and Cu in C. argentea L.

Key words： chelator; Celosia argentea L.; heavy metals; soil

Foundation item： General Project of Guangxi Natural Science Foundation（2020GXNSFAA259051）; Basic Scientific Research Project of Guangxi Academy of Agricultural Sciences（Guinongke 2021YT137）; Science and Technology Pioneer Team Special Project of Guangxi Academy of Agricultural Sciences（Guinongke JZ202020）

0 引言

【研究意義】青葙作為一種繁殖迅速的一年生草本莧科植物，分布廣泛遍及全國，喜長于石灰性土壤和肥沃砂壤土，常見于平原、山坡及旱田。其莖高30～100 cm，全體無毛;莖直立，有分枝，綠色或紅色，具明顯條紋，喜溫暖耐熱，抗病蟲害強，生長適溫25～30 ℃。青葙在廣西生長周期長，地上部生物量大，重金屬鎘（Cd）、鉛（Pb）、鋅（Zn）和銅（Cu）在其地上部有一定的吸收累積能力（周雪玲等，2013），可利用青葙這一修復(fù)潛能對重金屬污染土壤進行修復(fù)治理調(diào)控。由于植物啟動自我保護機制，在吸收重金屬后將大量重金屬區(qū)隔固定在根部，從而限制重金屬向地上部莖葉轉(zhuǎn)運，一定程度上影響植物提取修復(fù)重金屬污染土壤的效果。采取技術(shù)措施增強重金屬在植物體內(nèi)的吸收累積轉(zhuǎn)運，是拓展和提高植物修復(fù)提取重金屬應(yīng)用的核心關(guān)鍵?？衫矛F(xiàn)有科學(xué)知識結(jié)合生物技術(shù)、農(nóng)藝、化學(xué)螯合和施肥等技術(shù)手段來促進植物對重金屬的吸收轉(zhuǎn)運，近年來螯合誘導(dǎo)強化技術(shù)在植物提取修復(fù)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用（黃益宗等，2013;Demir and Koleli，2017），在修復(fù)治理調(diào)控土壤重金屬污染過程中具有一定優(yōu)勢。因此，研究螯合劑作用下青葙對土壤重金屬吸收提取能力的影響，對強化重金屬污染土壤的植物提取修復(fù)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】借助螯合劑的誘導(dǎo)活化能力，促使植物吸收提取重金屬并向地上部莖葉轉(zhuǎn)移，清除或減少污染土壤中重金屬含量，從而實現(xiàn)重金屬污染土壤的植物修復(fù)目的（Yin et al.，2015;黎詩宏等，2016;Zhang et al.，2016;Attinti et al.，2017;陳立等，2018）。目前，國內(nèi)外從事環(huán)境治理修復(fù)調(diào)控的研究者常利用該技術(shù)手段修復(fù)治理調(diào)控環(huán)境土壤重金屬污染。Lan等（2013）利用乙二胺二琥珀酸（EDDS）、氨三乙酸（NTA）和聚丙烯酰胺（AMPM）誘導(dǎo)豨薟有效吸收提取Cd;景琪等（2014）利用螯合劑促進商陸修復(fù)土壤重金屬Cd和Cu污染;張磊和張磊（2015）發(fā)現(xiàn)螯合劑作用下棉花對Cd的提取能力增強;樊揚帆等（2016）發(fā)現(xiàn)在檸檬酸和NTA的影響下，苧麻對Cd的修復(fù)效果明顯;Demir和Koleli（2017）利用螯合劑乙二胺四乙酸（ETDA）強化誘導(dǎo)油菜對鎳（Ni）的吸收提取;楊波等（2018）研究EDDS對鬼針草吸收累積Cd的影響，結(jié)果表明施加適宜濃度的EDDS可促進三葉鬼針草幼苗的生長，增加三葉鬼針草對Cd的吸收和富集能力;賀玉龍等（2020）研究發(fā)現(xiàn)谷氨酸N，N-二乙酸（GLDA）能促進三葉草根對Cd直接吸收，并較好地轉(zhuǎn)運至地上部。上述研究均是螯合劑強化誘導(dǎo)植物吸收提取重金屬的具體應(yīng)用，重金屬的生物活性在螯合劑誘導(dǎo)作用下極大提高，植物對重金屬的吸收提取能力明顯增強，并有針對性地將目標重金屬轉(zhuǎn)移至植物地上部?！颈狙芯壳腥朦c】已有研究表明青葙可吸收富集重金屬Cd、Zn、Pb和Cu（姚詩音等，2017;何童童，2018;林曉燕等，2019;傅校鋒等，2020），但有機螯合劑誘導(dǎo)青葙吸收富集重金屬的研究鮮見相關(guān)報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以青葙為研究對象，借助盆栽土培青葙，在溫室大棚內(nèi)培養(yǎng)，探討EDDS、NTA和乙二醇二乙醚二胺四乙酸（EGTA）活化土壤重金屬Cd、Zn、Pb和Cu的效果，分析螯合劑誘導(dǎo)下青葙對重金屬Cd、Zn、Pb和Cu生物利用性能及其對重金屬污染土壤的修復(fù)潛力，為螯合劑和青葙在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

取廣西某農(nóng)田0～20 cm耕作層土壤，自然風(fēng)干后剔除雜物，粉碎后過5 mm篩，作為盆栽供試土壤，其理化性質(zhì)見表1。青葙種子采自廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗基地。供試螯合劑EGTA、NTA和EDDS為分析純，過氧化氫（H2O2）和硝酸（HNO3）為優(yōu)級純，均購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司。主要儀器設(shè)備：智能電熱消解儀（EHD36，北京萊伯泰科有限公司）、火焰—石墨爐原子吸收光譜儀（PE900T，美國鉑金埃爾默股份有限公司）。

1. 2 盆栽試驗設(shè)計

盆栽試驗用盆為塑料樹脂盆，其上口、徑高和底徑分別為16、11和9 cm，每盆用土1.0 kg。試驗設(shè)10個處理，分別為：土壤不添加螯合劑作對照，標記為CK;土壤添加1.0、2.0和3.0 mmol/kg EDDS，分別標記為EDDS1、EDDS2和EDDS3處理;土壤添加1.0、2.0和3.0 mmol/kg NTA，分別標記為NTA1、NTA2和NTA3處理;土壤添加1.0、2.0和3.0 mmol/kg EGTA，分別標記為EGTA1、EGTA2和EGTA3處理。每處理重復(fù)3次。

試驗于2018年5月30日—9月21日在廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研大棚內(nèi)進行。青葙種子經(jīng)90%乙醇浸泡消毒后播種于塑料盆，不定期澆水保持土壤田間持水量60%，青葙發(fā)芽、出苗生長30 d后定苗，每盆保留3株。待青葙定苗培養(yǎng)生長74 d后，將不同劑量螯合劑EDDS、NTA和EGTA分別溶于1.5 L超純水，再緩慢均勻噴灑在土壤表面，螯合劑施加7 d后采收。對照試驗土壤施加1.5 L超純水同時進行。

1. 3 樣品處理與分析

試驗結(jié)束后收取青葙，用超純水沖洗其根、莖和葉干凈晾干，稱量并記錄整株鮮重。將植物地上部和地下部分開做好標記，放入烘箱105 ℃殺青30 min，再于65 ℃烘干至恒重，分別稱量記錄干重。烘干的樣品分別用粉碎機粉碎，用100目篩篩取樣品，在智能電熱消解儀上用H2O2-HNO3混合溶劑消解樣品。采用火焰—石墨爐原子吸收光譜儀測定樣品消解液重金屬含量，分析時插入國家標準物質(zhì)（柑橘葉GBW10020）進行質(zhì)量控制。

1. 4 轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)計算

轉(zhuǎn)移系數(shù)（IF）為植株地上部組織重金屬含量與植株根部重金屬含量的比值;富集系數(shù)（BCF）為植株地上部組織重金屬含量與土壤重金屬含量的比值。

1. 5 統(tǒng)計分析

采用Excel 2010統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)和制圖，以SPSS 18.1進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 不同濃度螯合劑對青葙干重的作用效果

借助螯合劑的誘導(dǎo)活化，植物吸收富集的重金屬總量不僅與植株中重金屬質(zhì)量濃度相關(guān)，還與植物自身總生物量有關(guān)。植物自身總生物量（干重）大，則重金屬在植物體內(nèi)累積的總量就大。由圖1可知，受不同濃度螯合劑影響，青葙的生物量變化各異，與CK相比，EDDS3處理對青葙干重影響作用不顯著（P>0.05，下同）;EGTA3處理下的青葙干重顯著減少，降幅為11.9%（P<0.05，下同）;其他處理青葙干重則有不同幅度的顯著增加， EGTA1處理的青葙干重最高，增加37.5%;EGTA2處理次之，增加22.7%。

2. 2 不同濃度螯合劑對青葙Cd、Pb、Zn和Cu積累的作用效果

2. 2. 1 不同濃度螯合劑對青葙Cd積累的作用效果

不同濃度螯合劑對青葙不同部位重金屬Cd積累的影響作用效果不同。如圖2所示，3種螯合劑作用下Cd在青葙不同組織中含量不同。相較CK，EDDS的施用增加青葙地下部Cd含量，當施用濃度為2.0 mmol/kg時，其增幅最大，為59.5%;1.0和2.0 mmol/kg EDDS的施用也使青葙地上部Cd含量有所增加，施用濃度為1.0 mmol/kg的增幅最大，為19.3%，而EDDS3處理降低青葙地上部Cd含量，較CK降低4.8%。相較CK，NTA處理均增加青葙地下部Cd含量，當施用濃度為1.0 mmol/kg時，其增幅最大，為74.4%;但NTA1處理不利于青葙地上部對Cd的吸收，較CK降低8.4%，NTA2處理對青葙地上部Cd含量影響顯著，較CK增加42.2%。EGTA1和EGTA2處理對青葙地上部Cd含量產(chǎn)生促進作用明顯，較CK分別顯著增加36.7%和53.7%，EGTA1處理同時使青葙地下部Cd含量顯著增加79.4%。

2. 2. 2 不同濃度螯合劑對青葙Pb積累的作用效果

不同濃度螯合劑對青葙不同部位重金屬Pb積累的影響作用效果不同。如圖3所示，3種螯合劑作用下Pb在青葙不同組織中含量不同。相較CK，3種螯合劑均使青葙地上部Pb含量顯著增加，當施用濃度為2.0 mmol/kg EDDS、3.0 mmol/kg NTA和3.0 mmol/kg EGTA時，其最大增幅分別為41.7%、54.5%和61.9%;相較CK，3種螯合劑均使青葙地下部Pb含量有所增加，其中NTA處理青葙地下部Pb含量增加顯著，增幅范圍為11.4%～18.2%，當施用濃度為1.0 mmol/kg EDDS和3.0 mmol/kg EGTA時，其最大增幅分別為7.8%和12.6%。

2. 2. 3 不同濃度螯合劑對青葙Zn積累的作用效果

不同濃度螯合劑對青葙不同部位重金屬Zn積累的影響作用效果不同。如圖4所示，3種螯合劑作用下Zn在青葙不同組織中含量不同。相較CK，EDDS1處理顯著增加青葙地上部Zn含量，其增幅為17.7%，EDDS3處理顯著降低其地上部Zn含量，降幅為14.8%，但EDDS處理均增加其地下部Zn含量，當施用濃度為2.0 mmol/kg時，其最大增幅為25.9%;NTA和EGTA處理均降低青葙地上部和地下部Zn含量，其地上部最大降幅分別為22.5%（NTA3處理）和32.5%（EGTA3處理），地下部最大降幅分別為33.5%（NTA3處理）和17.5%（EGTA3處理）。

2. 2. 4 不同濃度螯合劑對青葙Cu積累的作用效果

不同濃度螯合劑對青葙不同部位重金屬Cu積累的影響作用效果不同。如圖5所示，3種螯合劑作用下Cu在青葙不同組織中含量不同。3種螯合劑均使青葙地上部Cu含量顯著增加，相較CK，EDDS2、NTA3和EGTA3處理的增幅最大，分別為103.7%、73.2%和94.6%;EDDS2處理對青葙地下部Cu含量無顯著影響，EDDS1和EDDS3處理顯著增加其地下部Cu含量，有利于重金屬Cu的吸收累積，相較CK，EDDS3處理最大增幅為61.7%;NTA1和NTA3處理使青葙地下部Cu含量分別下降17.5%和22.8%;EGTA1的施用對青葙地下部Cu含量產(chǎn)生促進作用顯著，其增幅為119.9%，EGTA2和EGTA3處理使青葙地下部莖部Cu含量有所下降，最大降幅為22.6%（EGTA3處理）。

2. 3 不同濃度螯合劑對青葙Cd、Pb、Zn和Cu吸收量的作用效果

在施用螯合劑作用下，青葙內(nèi)Cd、Pb、Zn和Cu吸收量（每盆中全部青葙根莖葉吸收重金屬總量）如表2所示。不同螯合劑處理條件下，青葙體內(nèi)Cd、Pb、Zn和Cu吸收量分別2.09～4.95 ?g/盆、213.6～457.5 ?g/盆、558.2～1259.4 ?g/盆和88.2～234.2 ?g/盆。相較CK， EGTA3處理減少青葙Cd吸收量，降幅為7.1%，其余處理均增加青葙Cd吸收量，尤其是NTA2和EGTA1處理的增幅最大，青葙Cd吸收量分別是CK的1.91和2.20倍;不同濃度3種螯合劑處理均使青葙Pb吸收量顯著增加，其中EGTA1處理青葙Pb吸收量最大，是CK的2.14倍;EDDS3、NTA3、EGTA1和EGTA3處理降低青葙Zn吸收量，其中EGTA3處理的降幅最大，為37.7%，其余處理均使青葙Zn吸收量增加，EDDS1處理的增幅最大，為40.5%;不同濃度3種螯合劑處理均使青葙Cu吸收量顯著增加，其中EGTA1處理的Cu吸收量最大，是CK的2.66倍。由以上分析可知，EDDS、NTA、EGTA1和EGTA2處理可促進Cd在青葙體內(nèi)的吸收;不同濃度的3種螯合劑均可促進Pb和Cu在青葙體內(nèi)的吸收;EDDS1、EDDS2、NTA1、NTA2和EGTA2處理可促進Zn在青葙體內(nèi)的吸收。

2. 4 不同濃度螯合劑對青葙Cd、Pb、Zn和Cu富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)的作用效果

由表3可知，不同濃度螯合劑處理下，青葙地上部Cd富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)分別為0.029～0.048和0.43～1.24。其中，EDDS1和EGTA2處理的青葙地上部Cd富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)均較CK有所提高，且EGTA2處理的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)均最高，分別是CK的1.55和1.61倍;EDDS3和NTA1處理對青葙地上部Cd富集和轉(zhuǎn)移均產(chǎn)生不利影響，其中NTA1處理的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)降幅最大，較CK分別降低6.5%和44.2%;EGTA3處理可明顯提高青葙地上部轉(zhuǎn)移系數(shù)，但對地上部富集系數(shù)影響較小。

不同濃度螯合劑處理下，青葙地上部Pb富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)分別為0.32～0.52和0.43～0.63。相較CK，不同濃度3種螯合劑處理均使青葙地上部富集系數(shù)顯著增大，以EGTA3處理的富集系數(shù)最大，是CK的1.63倍;除EDDS1處理青葙地上部轉(zhuǎn)移系數(shù)與CK無顯著差異外，其余處理青葙地上部轉(zhuǎn)移系數(shù)均顯著增大，以EGTA3處理的轉(zhuǎn)移系數(shù)最大，是CK的1.47倍。

不同濃度螯合劑處理下，青葙地上部Zn富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)分別為0.57～0.99和2.47～3.79。EDDS3、EGTA1和EGTA3處理不利于Zn富集和轉(zhuǎn)移至青葙地上部，其富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)均較CK減小，但EDDS1處理下Zn向青葙地上部的富集和轉(zhuǎn)移能力增強，富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)分別是CK的1.18和1.07倍。NTA的3個濃度處理均不利于青葙地上部Zn的富集，但NTA2和NTA3處理可提升Zn向青葙地上部的轉(zhuǎn)移能力，轉(zhuǎn)移系數(shù)分別是CK的1.22和1.18倍。

不同濃度螯合劑處理下，青葙地上部Cu富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)分別為0.15～0.31和0.18～0.73。相較CK，不同濃度3種螯合劑處理均使青葙地上部富集系數(shù)顯著增大，以EDDS2處理的富集系數(shù)最大，是CK的2.07倍;相較CK，除EGTA1處理青葙地上部轉(zhuǎn)移系數(shù)顯著降低外，其余處理青葙地上部轉(zhuǎn)移系數(shù)均增大，以EGTA3處理的轉(zhuǎn)移系數(shù)最大，是CK的2.52倍。

3 討論

植物提取修復(fù)重金屬污染土壤，地上部生物量大小是評價其修復(fù)效率的關(guān)鍵點之一。螯合劑的誘導(dǎo)強化對重金屬修復(fù)植物有兩方面的作用效果：一是螯合劑打破土壤與重金屬原有平衡作用力，增強土壤重金屬生物有效性，大量重金屬在植物組織累積、轉(zhuǎn)運和貯存使其正常的生理生態(tài)代謝活動受到抑制，進而無法正常生長，促使生物量減?。ǚ畵P帆等， 2016）;二是在自身復(fù)雜的土壤系統(tǒng)內(nèi)重金屬與施加螯合劑發(fā)生螯合強化反應(yīng)，改變植物組織細胞尤其是生命活動活躍細胞內(nèi)重金屬離子的化學(xué)結(jié)合形態(tài)，螯合束縛重金屬離子使其對植物細胞的毒害作用減弱或緩解，使重金屬修復(fù)植物可正常生長不受影響（Najeeb et al.，2009;張磊和張磊，2015）。本研究發(fā)現(xiàn)，除3.0 mmol/kg EDDS和3.0 mmol/kg EGTA處理外，其余處理均能促進青葙生長，適宜劑量螯合劑可促進植物生長，與景琪等（2014）、張磊和張磊（2015）的研究結(jié)果基本一致。

通常在螯合劑的強化誘導(dǎo)下，與螯合劑發(fā)生螯合作用的土壤重金屬離子其生物活性得以增強，會提高植物對重金屬修復(fù)提取效率（Meers et al.，2008;胡亞虎等，2010），但螯合劑具體對植物吸收修復(fù)重金屬作用效果優(yōu)劣，還與植物類型及螯合劑施用方式和劑量有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，3.0 mmol/kg EDDS和3.0 mmol/kg EGTA處理不能顯著促進試驗土壤Cd在青葙體內(nèi)累積。同樣，Tandy等（2006）結(jié)果表明施用EDDS不能促進重金屬復(fù)合污染土壤Cd在向日葵體內(nèi)累積;Evangelou等（2007a）施用1.5 mmol/kg EDDS也不能顯著提高煙草地上部對Cd吸收;熊國煥等（2012）研究表明3.0 mmol/kg EDDS也不能顯著促進Cd在大口葉邊草地上部的累積;但賀玉龍等（2020）發(fā)現(xiàn)GLDA能顯著增加土壤有效態(tài)Cd含量，促進三葉草根部對Cd直接吸收并較好地轉(zhuǎn)運至地上部。這或許與土壤復(fù)合重金屬種類和含量、pH、Eh及持水量，植物根際環(huán)境狀況和微生物種群、螯合劑施加劑量、作用方式及作用時間有關(guān)。但本研究發(fā)現(xiàn)，在1.0 mmol/kg EDDS和2.0 mmol/kg EGTA處理下，青葙中Cd的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)均有一定幅度的增大;李君等（2015）研究也發(fā)現(xiàn)，相較CK，2.0 mmol/kg EGTA處理可使Cd在蓖麻葉片中的含量顯著增加，這種現(xiàn)象可能是不同植物對螯合態(tài)重金屬的吸收機理及傳導(dǎo)機理不同所致。

螯合劑可增強土壤重金屬離子活性，增加修復(fù)植物地上部重金屬吸收量（Luo et al.，2005;Tandy et al.，2008）。本研究發(fā)現(xiàn)，1.0～3.0 mmol/kg EDDS、1.0～3.0 mmol/kg NTA和1.0～3.0 mmol/kg EGTA處理均能有效促進Pb向青葙體內(nèi)的吸收累積，相較CK，青葙中Pb富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運系數(shù)均增大;1.0和2.0 mmol/kg EDDS、1.0和2.0 mmol/kg NTA、2.0 mmol/kg EGTA處理能有效促進青葙對Zn的吸收累積，且1.0 mmol/kg EDDS作用下，相較CK，青葙中Zn富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運系數(shù)均增大;1.0～3.0 mmol/kg EDDS、1.0～3.0 mmol/kg NTA和1.0～3.0 mmol/kg EGTA處理均能有效促進青葙對Cu的吸收累積，除1.0 mmol/kg EGTA外，其余處理使Cu在青葙中的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運系數(shù)較CK均有提升。因螯合劑活化重金屬作用效果與土壤系統(tǒng)重金屬含量狀況、pH、Eh、土壤持水量及螯合劑螯合誘導(dǎo)作用相關(guān)，故在本研究不同劑量螯合劑處理下，青葙Cd、Pb、Zn和Cu富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)呈現(xiàn)不同的作用效果。

重金屬在植物體內(nèi)吸收累積量的多少，不僅與螯合劑與重金屬螯合配位能力相關(guān)，還與植物類型有關(guān)（Evangelou et al.，2007b）。Kayser等（2000）研究發(fā)現(xiàn)，施加NTA和EDDS后，土壤中有效態(tài)Zn、Cd 和Cu含量較對照分別提高21.0、58.0和9.0倍;Tandy等（2006）研究發(fā)現(xiàn)，在重金屬復(fù)合污染土壤中施用EDDS，Cu、Zn和Pb在向日葵體內(nèi)的累積得到強化，且10.0 mmol/kg EDDS處理下向日葵地上部重金屬積累量明顯增大。前人研究結(jié)果（錢猛等， 2006;魏嵐等，2006;Santos et al.，2006;Liu et al.，2008）表明，EDDS對Cu誘導(dǎo)溶解活化能力很強，螯合形成Cu-EDDS絡(luò)合物易于植物提取吸收。樊揚帆等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，NTA既能促進苧麻生長，又能提高苧麻體內(nèi)Pb積累量。本研究結(jié)果表明，1.0～3.0 mmol/kg EDDS、1.0～3.0 mmol/kg NTA及1.0和2.0 mmol/kg EGTA處理可促進青葙對Cd的吸收，3種濃度的EDDS、NTA和EGTA處理均可促進青葙對Pb和Cu的吸收，1.0和2.0 mmol/kg EDDS、1.0和2.0 mmol/kg NTA及2.0 mmol/kg EGTA處理可促進青葙對Zn的吸收。因為不同重金屬離子與螯合劑的配位螯合能力大小不一，導(dǎo)致螯合劑對土壤系統(tǒng)復(fù)合重金屬的活化誘導(dǎo)能力不同，所以施用不同濃度螯合劑致使一種或幾種重金屬在植物體內(nèi)的吸收累積增強效應(yīng)不同。

螯合劑理化性質(zhì)的差異導(dǎo)致其在環(huán)境中呈現(xiàn)不同的半衰期，螯合劑EDDS可生物降解，螯合劑NTA也可生物降解。Bucheli-Witschel和Egli（2001）研究表明土壤中NTA半衰期為3.0～7.0 d，Meers等（2005）研究發(fā)現(xiàn)土壤中EDDS的半衰期為3.8～7.5 d。盡管螯合劑可使土壤重金屬離子活性得以誘導(dǎo)活化，增強植物對土壤環(huán)境中重金屬離子的生物有效性，從而增大植物體內(nèi)重金屬的吸收累積，但螯合劑作為一種外源添加物質(zhì)注入土壤，一定會影響土壤理化性質(zhì)、孔徑、團粒結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)元素肥效、微生物群落及其種類等，給土壤環(huán)境質(zhì)量帶來不確定的污染風(fēng)險。因此，為實現(xiàn)螯合劑在實際生產(chǎn)中的最佳誘導(dǎo)活化作用，應(yīng)充分結(jié)合土壤類型、pH、Eh、有機質(zhì)含量、重金屬含量及污染狀況進行試驗，從而找到不同種類螯合劑和不同類型土壤重金屬的最佳組合比例。受研究時限影響，本研究僅探討3種螯合劑在1.0～3.0 mmol/kg濃度范圍內(nèi)誘導(dǎo)活化土壤Cd、Pb、Zn和Cu在青葙體內(nèi)的富集轉(zhuǎn)移和吸收累積的作用效果，后續(xù)研究可探討不同螯合劑劑量、不同施用方式活化誘導(dǎo)下土壤中重金屬Cd、Pb、Zn和Cu賦存形態(tài)變化，以及重金屬在青葙根、莖和葉組織的亞細胞分布與化學(xué)結(jié)合形態(tài)分布狀況。

4 結(jié)論

在本研究螯合劑施用劑量范圍內(nèi)，除3.0 mmol/kg EGTA減少青葙吸收累積Cd和3.0 mmol/kg EDDS、3.0 mmol/kg NTA、1.0 mmol/kg EGTA及3.0 mmol/kg EGTA減少青葙吸收累積Zn外，3種螯合劑的其余劑量均可促進青葙對Cd、Pb、Zn和Cu的吸收富集。因此，適當劑量的螯合劑作為誘導(dǎo)活化劑，可強化青葙吸收累積重金屬Cd、Pb、Zn和Cu，具有潛在的應(yīng)用前景。

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（責(zé)任編輯 羅 麗）