镉砷复合污染下叶菜的矿质元素转运_张亮.pdf

书书书北方园艺 （）：研究论文第一作者简介：张亮（），男，博士，副教授，现主要从事土壤重金属污染修复与防治等研究工作。：基金项目：国家自然科学基金青年资助项目（）；甘肃 省 青 年 科 技 基 金 计 划 资 助 项 目（，）；陇东学院博士基金资助项目。收稿日期：镉砷复合污染下叶菜的矿质元素转运张亮，孟媛，任 艺 彬，张 娇 娇，唐 文 静，李 玲 玲（陇东学院 农林科技学院，甘肃 庆阳 ；陇东学院 环境工程技术研究中心，甘肃 庆阳 ；甘肃省陇东生物资源保护利用与生态修复重点实验室，甘肃 庆阳 ）摘要：以乌塌菜（“金牡丹”）、小青菜（“上海青”）、小白菜（“四季奶油小白菜”）为试材，在不同水平单、单 、复合污染处理下，研究了不同种类的叶菜中微量元素 、和 的根冠转运系数（）变化和差异，以期为叶菜的重金属污染防治与安全生产提供参考依据。结果表明：不同种类叶菜 的 、和 受重金属处理的影响不同；乌塌菜和小青菜的 、和 在不同重金属处理下均有升高趋势；不同重金属处理下，供试叶菜的 有下降趋势，乌塌菜的 也有下降趋势；供试叶菜的 不受单 处理影响，但在单 和 复合污染下乌塌菜和小白菜的 有升高趋势；除 和 外，或 与大部分矿质元素 间并无显著相关性。关键词：重金属；中量元素；微量元素；转运系数中图分类号：文献标识码：文章编号：（）蔬菜作为重要的经济作物已经成为人们生活中必不可少的绿色食物，含有丰富的矿质元素、维生素和膳食纤维。随着生活水平的逐步提高，人们对蔬菜的质量提出了更高的要求。污水灌溉以及含重金属的农药、化肥的不合理使用造成菜地土壤污染，重金属可通过土壤进入蔬菜，可通过食物链进入人体。镉对多种重要脏器及血液系统都会产生侵害，是震惊全球的“痛痛病”的元凶。砷能够诱导皮肤及肺部癌变，呼吸系统长期砷暴露可能导致肺癌。重金属污染通过抑制蔬菜植物的细胞分裂和伸长、降低光合作用等，从而影响蔬菜的生长和发育。叶菜类蔬菜重金属富集水平较高、健康风险较大，是重金属污染治理的重点。在叶菜类和根茎类蔬菜日常种植及食用时应更谨慎，尽量选择低积累品种种植来降低健康风险。重金属通过根系进入蔬菜，然后通过木质部等转移到细胞中，最后扩散。在大多数环境中，根系是重金属元素进入蔬菜体内的第一道障碍，且根系往往是比地上器官累积更高含量的重金属。一般来说，蔬菜体内只有少量的重金属转运到地上部分，大部分仍保留在根系中，可以减少重金属对地上器官的毒害。然而蔬菜种类不同，在同种蔬菜不同器官中，重金属含量也存在差异。中微量元素在作物体内含量甚少，但是它们对农作物的生长发育起着至关重要的作用。它们通常作为许多生命物质的组成成分，同时，一些微量元素还是酶促反应的辅助因子，能激发许多酶促反应，增强作物吸收、转运物质的能力，提高作物产量 。因此，开展蔬菜重金属污染对叶菜体内矿质元素的影响，揭示重金属和矿质元素转运的特点和规律，对有效防治蔬菜重金属污染，促进蔬菜生产持续发展，保障食品安全有重要的作用。研究复合重金属对于叶菜的污染程度的影响对于保证蔬菜产业提质增效的转型发展具有重要意义。材料与方法 试验材料供试材料为乌塌菜（“金牡丹”）、小青菜（“上海青”）、小白菜（“四季奶油小白菜”）。试验方法试验于 年月在陇东学院生农科技园完成。试验场地，设施齐全，配有窗户自然通风透气，由空调控制温度，水培蔬菜架配有专用照明灯。试验采用水培方法，植物一部分根系悬挂生长在营养液中，另一部分根系裸露在潮湿空气中。蔬菜种子用清水浸泡，种子外壳越厚，则需要的浸泡时间越长。用镊子和牙签点种育苗，周后移苗到水培箱，用海绵块和定植篮固定植株。加入营养液至定植篮的底部正好接触到水面，每孔移苗棵，定植为株苗子。每周换营养液，水培采用霍格兰配方营养液。叶菜生长至月期，加入重金属溶液处理，立即收获并烘干储存。重金属溶液处理详见表。表个处理的重金属浓度 处理 项目测定先 将 重 金 属 处 理 后 的 叶 菜 根 部 在 洗 根 溶 液 中 浸 泡 （洗去根部重金属残留），然后在蒸馏水中浸泡 。烘干后的待测样品送至杨凌测样公司进行重金属 和 含量的测定。样品、元 素 测 定 采 用 酸消煮原子吸收分光光度法（日立 原子吸收分光光度计）。样品 测定采 用 酸 消 解原 子 荧 光 法（型双道原子荧光光度计）。元素 的转运系数（即 ，式中：可为、等元素）计算公式为：元素 转运系数地上部元素浓度根部元素浓度。数据分析采用 软 件 对 数 据 进行基础整理分析；采用 软件进行数据分析作图；采用 软件的单因素方差分析（）过程的 新 复 极差 法（）进 行 处 理 间 数 据的多重比较检验，采用 相关系数法作相关性分析。注：不同小写字母表示差异显著（）。下同。：图不同重金属处理下叶菜的 转运系数 结果与分析 不同叶菜的中量元素（、）转运系数由图可知，乌塌菜在 、处理下的 显 著 高 于 其 它 处 理；小 青 菜 在 、北方园艺月（上）、处理下的 显著高于其它处理；小白菜的 的转运系数在不同重金属处理下均无显著性差异。这说明低浓度复合污染（）处理下提高了乌塌菜 。重金属复合污染处理显著提高了小青菜 ，但对小白菜的 无显著影响。处理与 、对照相比较，乌塌菜的 得到了显著性提高。处理与 、对照相比较，小青菜的 得到了显著性提高。由 图可 知，乌 塌 菜 在 、处理下的 显著高于其它处理；小青菜在 、处理下的 显著高于其它处理；小白菜的 的转运系数在不同处理下均无显著性差异。这说明低浓度复合污染 处理下提高了乌塌菜 。复合污染 和 处理下提高了小青菜 。重金属污染对小白菜的 没有显著性影响。高浓度 处理与 相对比，提高了乌塌菜 。高浓度 和 对比，提高了小青菜 。图不同重金属处理下叶菜的 转运系数 不同叶菜的微量元素（、）转运系数由图可知，乌塌菜在 、处理 的 显 著 低 于 其 它 处 理；小 青 菜 在 处理下的 最低；小白菜的 转运系数在、处理下显著高于其它处理。这说明高浓度 、低浓度 和图重金属处理下不同蔬菜对微量元素 的转运系数 复合污染 处理降低了乌塌菜 。复合污染 处理下降低了小青菜 。高浓度 、处理和复合污染 处理下降低了小白菜 。由图可知，乌塌菜在 处理下的 显著高于其它处理；小青菜的 转运系数在 、和 下最高；小白菜的 转运系数在 处理下显著高于其它处理。这说明高浓度（）处理与 处理相比较提高了乌塌菜 。重金属处理对小青菜的 无显著影响。高浓度复合污染（）处理提高了小白菜 。图重金属处理下不同蔬菜对微量元素 的转运系数 由图可知，乌塌菜在 处理下的 第期 北方园艺图重金属处理下不同蔬菜对微量元素 的转运系数 最高；小青菜在 处理下的 显著高于其它处理；小白菜的 转运系数在不同处理下 均 无 显 著 性 差 异。这 说 明 除 复 合 污 染（）处理外，其它重金属处理降低了乌塌菜的 。高浓度复合污染（）处理提高了小青菜 。不同重金属处理对小白菜的 均无显著影响。由图可知，乌塌菜在 、处理下的 最 高；小 青 菜 在 处 理 下 的 显著高于其它处理；小白菜 的转运系数在不同处理下均无显著性差异。这说明在高浓度（、）处理下提高了乌塌菜 。复合污染（）处理提高了小青菜 。小白菜的 在不同重金属处理下均无显著性差异。综上 所 述，单 处 理 提 高 了 乌 塌 菜 的 、。但 降 低 了 乌 塌 菜 的图重金属处理下不同蔬菜对微量元素 的转运系数 和 ，也降低了小白菜的 。单 胁迫提高了小青菜的 和 ，也提高了 乌 塌 菜 的 。但 降 低 了 乌 塌 菜 的 和 ，也降低了小白菜的 。复合污染处理提高了乌塌菜和小青菜的 、，也提高了小白菜 。复合污染降低了种供试叶菜的 ，降低了乌塌菜的 ，但提高了小青菜 。不同重金属处理对小白菜的 、和 没有影响，对小青菜的 也无显著影响。叶菜的重金属与矿质元素转运系数之间的相关性由表可知，乌塌菜的 与 呈显著正相关关系，小青菜的 与 呈显著负相关关系。小白菜的重金属转运系数与矿质元素转运系数之间的相关性并不显著。表供试叶菜重金属与矿质元素的转运系数相关性 种类 乌塌菜 小青菜 小白菜 注：“”代表差异显著。：北方园艺月（上）讨论与结论蔬菜是人类日常生活中必不可少的副食品，目前，人们越来越重视蔬菜的营养和安全性。钙、镁、铁等中微量元素是蔬菜生长不可缺少的营养元素，参与构成蔬菜的细胞结构、影响光合作用、合成蛋白质，对提高蔬菜产量和口感均有重要作用，在植物的生长发育中起到重要作用。不同种类叶菜的中微量元素、的根向地上部转运系数受到重金属处理的影响 不 同，、有 升 高 趋 势，、有下降趋势。这可能与营养元素、植物基因类型、部位以及植物的生长阶段等诸因素均有关。叶菜体内矿质元素转运的下降可能是由于重金属污染对蔬菜生物量和光合作用有抑制效应。该研究结果表明，除 和 之外，重金属的转运系数与大部分矿质元素的转运系数之间的相关性均不显著。这说明不同重金属处理下，叶菜的矿质元素转运系数的变化可能是由于不同矿质元素之间的拮抗或协同作用导致的，而与重金属的根向地上部转运没有太大相关性。重金属胁迫造成了叶菜体内矿质元素系统稳态的破坏 。小青菜的 与 之间是显著性负相关关系，等 关于水稻的研究也有类似的研究结果。除小白菜外，乌塌菜和小青菜的 、在不同重金属处理下有升高趋势。前期数据显示，供试小青菜和乌塌菜为 和 耐受型叶菜，小白菜为 和 敏感型叶菜（待发表数据）。这说明忍耐型叶菜可能通过 、根冠部转运的加强来应对重金属胁迫，而敏感型叶菜缺乏足够的响应。因此，光合作用中微量元素在提高植物对重金属毒性的耐受性方面起着非常重要的作用。为了抵抗重金属的胁迫，叶菜作出了一系列的抗逆反应 。适当的营养是减轻重金属对叶菜影响，并避免其进入食物链的良好策略之一。参考文献柯庆明，郑龙，方加龙蔬菜重金属污染研究现状与展望吉林蔬菜，（）：赵哲，周利航，侯晓慧，等叶菜类蔬菜中重金属污染状况研究 种子科技，（）：郑小曼叶菜类蔬菜中砷的生物有效性研究南宁：广西大学，梁称福，陈正法，刘明月蔬菜重金属污染研究进展湖南农业科学，（）：万家悦，彭位华，贺希格都楞，等镉在典型蔬菜可食部位富集特征及其健康风险评价中国计量大学学报，（）：吴雪，方波，悦晓孟，等蔬菜重金属 污染现状及生理阻隔剂研究进展 南京农业大学学报，（）：袁桂英高效简易水培蔬菜裁培技术上海蔬菜，（）：袁桂英，郝玉华，张从光 简易水培蔬菜技术的研究 安徽农业科学，（）：，阳丹萍 蔬菜重金属累积特征及生物炭施用影响效应研究重庆：西南大学，谢佰承，张春霞，薛绪掌 土壤中微量元素的环境化学特性农业环境科学学报，（）：王少先，彭克勤，萧浪涛，等 作物营养与作物增产机理研究进展 河北农业科学，（）：王建明 种常规蔬菜中微量元素的测定 安徽农业科学，（）：王欢我国蔬菜生产效率及其时空效应研究北京：中国农业大学，陈帅飞桉树水培采穗圃营养液配比及营养不平衡对桉树苗生长影响研究北京：中国林业科学研究院，周秋香，杨莉丽，张德强火焰原子吸收法间接测定蔬菜中硫的研究河北农业大学学报，（）：刘玉从设施蔬菜冬管别忽视补充中量元素河北科技报，（）曹伟召，杜磊，翟涛，等中量元素叶面肥在水稻上的应用效果研究现代农业科技，（）：陈小军，向成丽，刘航重金属锌、镉对蔬菜胁迫的研究进展现代园艺，（）：孟媛，张亮，王林权，等复合污染土壤上几种叶类蔬菜对 和 的富集效应植物营养与肥料学报，（）：，：孟媛 几种叶类蔬菜对镉砷的富集效应及其耐性机制杨凌：西北农林科技大学，：张艳，胡亚鲜，郭胜利长期施用微肥条件下微量元素和有机官能团在团聚体中的积累特征土壤学报，（）：韩秀萍，马彦平，黄灿灿 微量元素铁与植物营养和人体健第期 北方园艺康的关系解析 磷肥与复肥，（）：程金平，刘晓刚，于学然，等水稻铁元素的研究进展河南农业科学，（）：，（，；，；，）：（），（）（），（）（）（，），：；北方园艺月（上）