8个不同品种小麦汞吸收和分布的差异

谢钧宇，杨 峰，刘娟娟，梁东丽，郭 璐

(1 西北农林科技大学 资源环境学院,陕西 杨凌 712100；2 陕西杨凌示范区环保局，陕西 杨凌 712100)

近年来，由于化肥和农药过量施用、含重金属污水的灌溉、污泥的农业利用、矿区飘粉尘的沉降及合金冶炼过程产生大量废物的不合理堆弃，世界范围内重金属污染日趋严重[1]。我国大约1/5(2×107hm2)的耕地不同程度地受到Cd、As、Pb、Hg和Zn污染，每年有超过1.2×107t谷物受到重金属污染[2]。此外我国是全球大气污染最严重的地区之一，大气中汞的年均含量为70 μg/m2，沉降量为5～22 t/年[3]，所以汞的面源污染问题不容忽视。

不同农作物对重金属的吸收能力存在差异[4]，且同一作物不同品种对重金属的吸收也存在差异[5]。小麦是我国仅次于水稻的第二大粮食作物，也是北方地区的主食，因此小麦的品质和安全问题越来越受到关注。张国平等[6]研究了甘谷534和鄂81513 2个品种小麦对Cd吸收和积累的差异，发现低Cd水平(<0.1 mg/kg)下甘谷534的地上部分和根系中Cd含量较高，而高Cd水平(>0.3 mg/kg)下则以鄂81513的Cd含量较高。马建明等[7]通过大田试验研究发现，云麦29籽粒对Cd、Cu、Pb、Fe和Zn 5种重金属的富集量均为非污染区高于以铅锌矿为主的重金属污染区，说明云麦29对重金属的侵入具有较强的抵抗力。Stolt等[8]认为，硬质小麦籽粒中Cd的含量高于普通小麦。

现有的有关汞污染土壤对小麦影响的研究结果不尽相同。张丙春等[9]研究表明，Hg胁迫下，龙麦26吸收的Hg大部分积累在根部，仅极少部分转移至叶和茎，且未发现汞转移至籽粒中。但杨军等[10]却发现，长期污灌的北京凉凤灌区小麦籽粒中Hg含量呈显著增加趋势。黄银晓等[11]研究了HgS、HgO、CH3HgCl、HgCl2和C8H8O2Hg对水稻、小麦生长发育的影响及作物对汞的吸收、积累情况，结果表明，小麦积累的汞大部分富集在根部，地上部(茎、叶)中的含汞量显著低于水稻。

选取重金属积累量低的小麦品种是降低重金属在食物链中流通，保障人体健康的一种有效措施。但有关不同品种小麦不同部位Hg含量、分布与转运特性差异的研究尚未见报道。为此，本研究采用外源Hg污染土壤栽培试验，研究了Hg胁迫下全国主推的8个小麦品种对Hg吸收及分布的差异，以期为小麦的安全生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤采自西北农林科技大学南校区试验田(0～20 cm)，土壤类型为土娄土，土壤经自然风干、研磨后过孔径5 mm的筛备用。土壤的基本理化性质为：pH 7.75，阳离子交换量(CEC)23.34 cmol/kg，黏粒含量39.50%，碳酸钙含量55.00 g/kg，有机质含量16.33 g/kg，全氮含量1.11 g/kg，土壤全汞含量0.149 mg/kg。

供试小麦为全国主栽品种，包括徐麦30、陕麦979、小偃22、济麦22、皖麦52、郑麦9023、石新618和衡麦5229，其中徐麦30由江苏省农科院提供，陕麦979和小偃22由西北农林科技大学农学院提供，济麦22和石新618由山东省农科院提供，皖麦52由安徽省农科院提供，郑麦9023由河南省农科院提供，衡麦5229由河北省农科院提供。

供试汞为分析纯级氯化汞试剂，由天津化学试剂公司生产。

1.2 试验设计

本研究每个小麦品种设2个汞处理，每个处理重复3次，其中一个为无汞处理对照(CK)，即施入土壤Hg含量为0 mg/kg；另一个是汞污染处理，按照国家土壤环境质量标准中Hg含量二级标准(1 mg/kg)的2倍设置汞污染含量，施入土壤Hg含量为2 mg/kg。具体方法是：每盆装已经筛好的土壤10.0 kg，将HgCl2以溶液均匀喷入土壤，使得汞含量达到2 mg/kg，而对照(CK)土壤中喷入蒸馏水，保持土壤含水量为田间持水量的70%，平衡100 d，其间用称质量的方法保持土壤含水量恒定。播种前，将氮(N 3.26 g/kg)、磷、钾(KH2PO42.88 g/kg)肥以基肥方式施入土壤，将其与土壤混合均匀。2010-10-27种植，均匀播种20粒，7 d后间苗至10株，2011-05-30收获。

小麦成熟后，将整个植株从盆钵中取出，使植株与土壤脱离，用不锈钢剪刀将根系和地上部分分开，称鲜质量后直接装入网袋带回实验室。样品用自来水洗干净后用蒸馏水冲洗3次，将小麦按照茎、叶、穗分开装入纸袋中，90 ℃杀青，55 ℃烘至恒质量，称量干质量。人工将穗上的籽粒脱离并称重，记作籽粒产量，并称量颖壳的质量。分别将小麦茎秆、叶片、颖壳和籽粒粉碎，测定其中的汞含量。

1.3 测定项目及方法

植株样品用硝酸-高氯酸(V(硝酸)∶V(高氯酸)=4∶1)消煮后，采用原子荧光仪测定汞含量。为了保证样品消煮和测定过程的准确性，以空白试剂和小麦标准物质与试验样品进行同步消煮和测定。小麦标准物质Hg含量为(0.20±0.03) mg/kg，实测值为(0.18±0.21) mg/kg。

1.4 数据处理与统计分析

汞分配比例=植物各部位汞含量/整个植株汞含量×100%。

数据用“平均值±标准误”表示。采用DPS统计软件和Microsoft Excel 2003进行数据处理；采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 汞对不同品种小麦产量及其构成因子的影响

2.1.1 小麦生物量及籽粒产量 生物量是籽粒产量的基础。由表1可知，对照处理中，小麦生物量最高的品种为济麦22，最低的品种为郑麦9023；与此不同，汞污染处理小麦生物量最高的品种为衡麦5229，最低的品种仍为郑麦9023。由此可见，不同品种小麦的生物量对汞污染的响应程度不同。在本试验条件下，汞污染处理小麦(陕麦979除外)的生物量均高于对照处理，表明汞污染处理对陕麦979以外的小麦品种的生长有促进作用。

表1 汞对不同品种小麦生物量及籽粒产量的影响

从表1还可知，无论是对照还是Hg污染处理，8个小麦品种中籽粒产量最高的为济麦22，最低的为郑麦9023。汞污染处理中，除陕麦979籽粒产量较对照下降了0.61%外，其余小麦品种的籽粒产量均高于对照，其中济麦22籽粒产量较对照增加的比例最高，为16.20%。

2.1.2 小麦产量构成要素 小麦产量由穗数、穗粒数、千粒质量3个要素决定。汞对8个品种小麦产量构成因子的影响结果见表2。

表2 汞对8个品种小麦产量构成因子的影响

由表2可知，外源Hg对不同品种小麦产量构成要素的影响程度不同。对照处理中，8个小麦品种的穗粒数无显著差异，汞污染处理小麦品种间差异显著。与对照相比，汞污染处理所有品种小麦的穗粒数均下降，其中以皖麦52受影响最小(穗粒数较对照下降了4.77%)，陕麦979受影响最大(穗粒数较对照下降了45.79%)。

对照处理以衡麦5229的穗数最多；与对照相比，汞污染处理所有品种小麦的穗数均呈增加趋势，其中以陕麦979的穗数最多；2个处理中均以石新618的穗数最少。

对照处理中，8个小麦品种的千粒质量无显著差异；汞污染处理对千粒质量影响最大的是济麦22，其千粒质量较对照下降了8.59%，徐麦30和小偃22次之，而陕麦979增加了9.21%。

2.2 汞对小麦不同部位汞含量的影响

从图1可以看出，汞污染处理的小麦各部位Hg含量均显著高于对照处理。汞污染处理后，小偃22茎秆中的Hg含量显著高于除衡麦5229外的其他品种(图1-A)，说明其茎秆对汞的吸收能力较强；叶片中，皖麦52和石新618汞污染处理的汞含量显著高于其他品种，其他品种之间差异不显著(图1-B)，说明皖麦52和石新618叶片对汞的吸收能力较其他品种强；颖壳中，衡麦5229汞污染处理的汞含量明显高于其他品种，但与其他品种总体差异不显著(图1-C)；籽粒中，除了石新618和衡麦5229外，其他品种汞污染处理的Hg含量均较高(图1-D)。Hg污染处理8个小麦品种籽粒中的汞含量为30～60 μg/kg，平均为40 μg/kg，明显高于对照处理(平均为10 μg/kg)。

图1 汞对小麦各部位汞含量的影响

2.3 汞对不同品种小麦汞分布比例的影响

由图2可以看出，与对照相比，汞污染处理小麦茎秆中汞的分布比例明显增加，尤其是郑麦9023和济麦22这2个品种增加幅度较大，分别增加了41.50%和39.40%。汞污染处理小麦由于茎秆中分布了较多的汞，所以其他3个部位的汞分布比例都有所减小。汞污染处理中，石新618叶片中汞的分配比例明显高于其他品种，说明其叶片对汞向籽粒中的运输起着重要的限制作用。小偃22和石新618 2个品种籽粒中的汞分配比例较对照几乎无差异，但徐麦30籽粒中汞的分配比例依然高达5.71%；不论汞污染与否，徐麦30籽粒中汞的分配比例都较高，说明其较其他7个品种对汞的耐受性弱。

图2 汞对8个小麦品种各部位汞分布比例的影响

3 讨 论

尽管Hg是毒害元素，但已有研究表明，低浓度Hg2+对小麦有增产效益[12]。本研究发现，在一定含量范围内，汞处理8个小麦品种中，除了陕麦979对汞敏感，其籽粒产量和生物量均明显下降外，其余品种小麦的生物量和籽粒产量较对照均有所增加。

本研究中，Hg污染条件下8个品种小麦籽粒中Hg含量均超过中国《粮食卫生标准》(Hg≤0.02 mg/kg)，与已有的研究结果相一致。张麦生等[13]发现，用污水(其中汞质量浓度为0.087 mg/L)灌溉小麦，小麦籽粒中镍、铅、镉含量远小于国家规定标准(铬≤1.0 mg/kg，铅≤0.4 mg/kg，镍≤0.5 mg/kg)，而汞含量远大于国家规定标准(汞≤0.02 mg/kg)。徐友宁等[14]也证实，潼关金矿区农田小麦重金属Hg、Pb、Cd累积明显，分别超过国家食品卫生标准的86.67%，60%和33.33%，严重危及粮食安全和人体健康。由此可见，汞是一种易于被小麦籽粒富集的重金属。

研究表明，土壤汞是植物汞的主要来源之一，且土壤性质的差异会明显影响植物对汞的吸收[15]。植物对汞的吸收过程并不是简单地从土壤中吸收有效态汞的过程，而是一个较为复杂的空气-土壤-植物-微生物相互作用过程，空气和土壤中汞的质量分数、土壤理化性质、植物的生长及遗传特性、微生物的种类及活性等均对此过程有一定影响。本研究对照处理中，徐麦30和衡麦5229 2个小麦品种籽粒的汞含量接近我国《粮食卫生标准》，这首先是因为小麦吸收了土壤中的汞，其次是因为汞易在这2个品种籽粒中积累；汞处理8个小麦品种籽粒中的汞含量均超标。

本研究发现，汞污染条件下，不同品种小麦对Hg的吸收能力有很大差异，其中徐麦30对Hg的耐受性最弱，表现为籽粒中Hg含量最高且生物量较低，而衡麦5229的生物量最高，且籽粒中Hg含量最低，说明衡麦5229对汞的耐受性相对较强。

本研究中，与对照相比，汞污染处理8个品种小麦茎秆中Hg的分布比例增大，说明外源汞易于累积在小麦茎秆中。刘文霞等[16]研究表明，小麦茎秆和叶片中的汞浓度从苗期到收获期不断升高，这是因为小麦从土壤中吸收重金属汞，并逐渐向植株上部迁移，然而从根部向茎秆、叶片、颖壳和籽粒中的迁移能力越来越弱，所以茎秆部位的汞浓度显著增加。

4 结 论

1)Hg污染条件下，除陕麦979的生物量和籽粒产量分别下降了1.99%和0.61%外，其余7个供试品种的总生物量和籽粒产量均呈增加趋势。

2)不同品种小麦对汞的耐受能力不同，对汞的吸收能力存在差异，小麦茎秆累积汞能力最强的是小偃22，叶片累积汞最多的是石新618，颖壳累积汞能力最强的是衡麦5229，籽粒累积汞能力最强的是徐麦30。

3)从不同品种小麦汞的分布来看，汞污染处理小麦茎秆中汞的分布比例与对照相比明显增加，籽粒及叶片中汞的分布比例有所减少。

4)基于一年盆栽试验结果表明，从小麦产量和食品安全角度综合考虑，小偃22是农业生产中较理想的抗汞污染品种。

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