茭白对镉、铅吸收分配的差异研究

黄凯丰 江解增

（1.扬州大学水生蔬菜研究室，江苏扬州，225009；2.贵州师范大学生命科学学院植物遗传育种研究所）

茭白对镉、铅吸收分配的差异研究

黄凯丰1，2江解增1

（1.扬州大学水生蔬菜研究室，江苏扬州，225009；2.贵州师范大学生命科学学院植物遗传育种研究所）

以单季茭白品种蒋墅茭和双季茭白品种葑红早为试材，采用土壤为栽培介质，对Cd2+，Pb2+的单一及其复合胁迫，进行有机肥和无机肥处理，测定了茭白根、短缩茎、叶及产品器官中Cd2+，Pb2+的积累量。研究结果表明，Cd2+，Pb2+的积累量在茭白不同器官间表现为根＞短缩茎＞叶＞肉质茎；两品种中复合胁迫时的Cd2+，Pb2+积累量均明显高于单一胁迫；不同肥料间以有机肥处理下茭白各器官中Cd2+，Pb2+的积累量同比均显著低于无机肥处理。品种间存在明显差异，蒋墅茭对Pb2+的积累能力强于葑红早，对Cd2+的积累能力则低于葑红早。茭白根系对Cd2+，Pb2+的富集系数表现为无机肥处理和复合胁迫处理时分别显著大于有机肥处理和单一胁迫。

茭白 镉 铅 残留量 肥料

农作物对有害元素的富集能力是评价有害元素对人体健康及其生态风险的重要依据，也是选择合适的栽培品种以降低污染元素对农产品污染风险的关键依据[1]。随着工业的发展和人口数量的增加，环境问题越来越严重，而重金属是最具为害的一种污染，它对人类的健康构成威胁[2]。重金属进入人体主要是通过食物链[3～4]，因此重金属在植物中的积累受到越来越多的关注[5]。黄亮等[6]认为，水生植物对重金属具有较强的吸收积累能力。茭白 （Zizania latifoliaTurcz.）是原产我国的特色水生蔬菜，多在湖泊沼泽等多湿环境中生长，因此受随水系扩散的重金属污染的可能性要大于其他农作物，其对重金属离子的积累能力如何，鲜有报道。为比较茭白各器官中Cd2+，Pb2+的积累量在不同肥料处理下的差异，本试验以茭白为试验材料，对 Cd2+，Pb2+胁迫下茭白各器官中Cd2+，Pb2+的积累量进行了研究，以期为茭白的安全生产提供参考依据，同时也为重金属污染下，茭白食用器官的安全性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试重金属为：Cd2+（CdCl2·2.5H2O），Pb2+[Pb(NO3)2]为分析纯。

供试茭白品种：单季茭品种蒋墅茭（Jiangshu）、双季茭品种葑红早（Fenghongzao）。

1.2 种植管理

试验在扬州大学水生蔬菜试验水池中进行。2007年4月24日，将取自扬州大学水生蔬菜试验田的土壤 （Cd2+含量0.16 mg/kg；Pb2+含量0.17 mg/kg，pH值7.54）按20 cm的厚度，铺设到每个水泥池中，每个水池长1.5 m、宽1 m、深0.5 m，在各池中分别施有机肥（菜籽饼1500 kg/hm2）和无机肥（与菜籽饼N，P，K含量相当的三元复合肥750 kg/hm2）作基肥，灌水至30 cm，并在试验过程中通过不断的灌自来水来保持该水位。5月13日，选择大田中上年种植的、具有典型种性的茭墩分墩移栽，每墩带有3～5支新生分蘖并有少量老墩，均匀栽植于水池中，间距为30 cm×35 cm，每池中均栽两品种茭白各6墩，品种间用滤网分隔。

待茭白植株返青成活、长出新叶后，于5月25日，按土壤和水的总体积为准设置重金属浓度，Cd2+：100 mg/L（以Cd 100表示）；Pb2+：1000 mg/L（以Pb 1000表示）、Cd2+-Pb2+复合污染 （Cd2+100 mg/L，Pb2+1000 mg/L，以Cd-Pb表示），向池中均匀投放高浓度的CdCl2·2.5H2O，Pb（NO3）2母液，并搅拌均匀，设空白对照，3次重复。茭白生长过程中，分别在返青、分蘖期、孕茭期，按225 kg/hm2用量施三元复合肥在无机肥处理的水池中；按450 kg/hm2的用量施菜籽饼在有机肥处理的水池中。管理过程中所有枯叶均放入水池中沤烂，以尽量避免重金属的损失。保持水池中的水位，水池上方2.5～3.5 m覆盖塑料薄膜，以防止降雨。

表1 茭白各器官中Cd2+的残留量

表2 茭白各器官中Pb2+的残留量

1.3 样品处理及测定

2007年秋季采收盛期（蒋墅茭为9月30日，葑红早为10月16日），在各处理及重复群体中随机选取正常露白的肉质茎。并取该植株茭白的白色根系、短缩茎、倒三片（以顶叶起）功能叶。将上述样品先用自来水冲洗干净，再用蒸馏水反复冲洗，最后用去离子水反复冲洗，洗净后用吸水纸吸干，分别测定其鲜质量，置105℃烘箱中杀青30 min，后在70℃烘箱中烘至恒重，称取干质量，计算干物质量，粉碎机粉碎后100目（孔径0.147 mm）筛网过筛，于干燥器中保存，测定前仍在75℃下烘至恒重。

重金属含量的测定：称取试样2.00 g经HN03加H2O2（2∶3）消化后，按GB18406.1-2001的规定，用美国Thermo Elemental公司的 “SOLAAR S4”型原子吸收光谱仪测定各处理及重复的茭白各器官中Cd2+和Pb2+含量。

2 结果与分析

2.1 茭白各器官中Cd2+，Pb2+的残留量

由表1，2可以看出Cd2+，Pb2+胁迫能显著增加茭白各器官中Cd2+，Pb2+的积累量。茭白各器官间Cd2+，Pb2+的积累量以根中显著高于短缩茎、叶和肉质茎，是短缩茎的数倍，是叶的数十倍，是肉质茎的数千倍，说明根是茭白富集Cd2+，Pb2+的主要部位，且根中积累的Cd2+，Pb2+不易向地上部转移。复合胁迫处理时茭白各器官中Cd2+，Pb2+积累量增加的幅度显著大于单一胁迫处理。无机肥处理时茭白各器官中Cd2+，Pb2+的积累量同比显著高于有机肥处理。品种间以葑红早对Cd2+的积累能力强于蒋墅茭，而对Pb2+的积累能力则低于蒋墅茭。由表1，2还可以看出，两茭白品种产品器官肉质茎中Cd2+残留量，在有机肥处理时，只有复合胁迫处理下葑红早产品器官肉质茎中Cd2+的残留量超过无公害蔬菜产品国家标准（GB18406.1-2001）的限量值（50 μg/kg），而无机肥处理时两茭白品种产品器官肉质茎中Cd2+残留量则均超过该标准。两茭白品种产品器官肉质茎中Pb2+残留量，只有无机肥处理下的复合胁迫处理时，才超过无公害蔬菜产品国家标准（GB18406.1-2001）的限量值（200 μg/kg）。这一方面说明茭白产品器官肉质茎中Cd2+，Pb2+的残留能力较强，同时也说明无机肥及复合胁迫处理均能增加Cd2+，Pb2+在茭白产品器官中的残留。

2.2 茭白根系对Cd2+，Pb2+的富集系数

富集系数（吸收系数，BCF）是衡量植物对重金属积累能力大小的一个重要指标，它是指植物体内某种重金属含量与土壤中该种重金属含量的比值，富集系数越大，说明富集能力越强[7]。表3反映出茭白的根系对Cd2+，Pb2+的富集系数，可以看出在无机肥处理和复合胁迫处理时，茭白根系对Cd2+，Pb2+的富集系数分别显著大于有机肥处理和单一胁迫，一方面说明，有机肥处理能有效的减低茭白根系对Cd2+，Pb2+的富集，同时也说明，Cd2+与Pb2+之间存在一定的协同吸收作用。品种间以葑红早对Cd2+的富集系数同比高于蒋墅茭，而对Pb2+的富集则低于蒋墅茭。

表3 茭白根对Cd2+和Pb2+的富集系数

3 小结与讨论

Cd2+和Pb2+是重要的污染物，其在植物体内的积累，严重为害人类的健康，因此受到越来越多的关注[8]。杜应琼等[9]通过对Cd2+，Pb2+在叶类蔬菜中累积的研究发现，Cd2+在蔬菜体内转移的迁移累积率大于Pb2+。本试验得出相似的结果：在Pb2+处理浓度高于Cd2+一个数量级的情况下，茭白各器官对Pb2+的富集系数仍明显低于Cd2+，说明Cd2+在茭白体内比Pb2+更易迁移，这可能与两种重金属离子在植物体内不同的运输方式有关，Cd2+主要是以共质体方式在植物体内运输，而Pb2+则主要是以非共质体的方式运输[10]。

植物受重金属离子伤害的程度，与植物所处环境中重金属离子的浓度、植物的种类、所处生长环境的性质有关[11]。张亚丽等[12]通过培养与盆栽试验，研究了有机肥料对污染土壤中Cd2+的有效性、各形态及其生物活性的影响，结果表明，有机肥料的施用明显降低了土壤中有效Cd2+的含量，其中猪粪效果优于秸秆类；有机肥料的施用促使交换态Cd2+向松结合有机态、锰氧化物结合态Cd2+转化。相关分析表明，土壤交换态Cd2+和松结合有机态Cd2+与土壤中有效态Cd2+、水稻地下部含Cd2+成显著或极显著正相关。本试验的研究发现，有机肥处理下茭白植株受到的胁迫伤害要小于无机肥处理，与上述研究结果是一致的。有机肥处理可以减轻重金属离子对茭白的伤害，这可能与本试验所使用的有机肥——菜籽饼，其含有大量的有机质（一般有机质含量为75%～85%）、剩余油脂等物质[13]，对重金属离子存在较大的吸收作用有关。前期研究结果发现，苇末基质栽培处理时，茭白受重金属离子胁迫的伤害程度要小于土壤栽培[14]，说明，通过改良植物的生长环境，可以达到缓解重金属离子对植物生长发育胁迫伤害的目的。至于如何通过改良植物所处环境的性质，来降低植物根系对重金属的吸收，从而减少其在植物各器官中的富集，则有待于进一步的研究。

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Study on Accumulation and Partition of Cd2+and Pb2+inZizania latifolia

HUANG Kaifeng1,2,JIANG Jiezeng1
(1．Institute of Aquatic Vegetable Research,Yangzhou University,Yangzhou 225009; 2．Institute of Plant Genetics and Breeding,School of Life Sciences,Guizhou Normal University)

Change of the Cd2+and Pb2+accumulation in leaves,culms,roots and galls ofZizania latifoliawere studied on single-harvested cultivar Jiangshujiao and double-harvested cultivar Fenghongzao which cultured in soil with Cd2+100 mg/L,Pb2+1000 mg/L and their combined stress．The accumulative coefficient of rootsZizania latifoliaof were also determined．The results showed that,the Cd2+and Pb2+accumulation in different tissues ofZizania latifoliawere in the order of root＞culm＞leaf＞gall．Accumulation of Cd2+and Pb2+in different tissues ofZizania latifoliawas lower when treated with organic fertilizer than with inorganic fertilizer．Treated with single stress,it was also lower than with combined stress．The Cd2+accumulation in Fenghongzao tissues was higher than those in Jiangshu,but the Pb2+accumulation was lower．The accumulative coefficient of Cd2+and Pb2+in root ofZizania latifoliawas lower when treated with organic fertilizer than with inorganic fertilizer．Treated with single stress,it was also lower than with combined stress．

Zizania latifolia;Cd2+;Pb2+;Accumulation;Fertilizer

10.3865/j.issn.1001-3547.2009.14.016

国土资源部与江苏省政府合作项目[(2003)019-O1]

黄凯丰（1979-），男，博士，研究方向为污染生态，电话：0851-6780646，13608585660。

江解增，通信作者

2009-03-12