电子垃圾污染土壤种植生菜的毒理研究

于芳芳　王瑾丰　于 敏

(1.惠州市惠城区环境技术中心， 广东　惠州　516003； 2.华南理工大学 环境与能源学院， 广州　510006；3.工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室， 广州　510006)



电子垃圾污染土壤种植生菜的毒理研究

于芳芳1王瑾丰2,3于 敏2

(1.惠州市惠城区环境技术中心， 广东惠州516003； 2.华南理工大学 环境与能源学院， 广州510006；3.工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室， 广州510006)

摘要：通过采集电子垃圾堆放点周围的土壤，在室内栽种生菜，研究电子垃圾污染土壤中的重金属对生菜的毒性影响以及生菜对重金属的抗性。研究结果表明，随着土壤中重金属含量的增加，生菜体内叶绿素含量降低，距离电子垃圾堆放点2 m、20 m、40 m、50 m的土壤和水稻土上生长的生菜叶绿素平均含量分别是汕头土的21.2%、23.0%、64.3%、74.1%、62.9%，生菜表现出明显的失绿症状，光合作用的能力明显下降；土壤中重金属含量越高，生菜的过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性越高；生菜的CAT活性并未随着生菜的生长出现较大变化，但POD活性在生长后期有所增强；生菜对土壤重金属污染的自身调节能力较差。

关键词：电子垃圾；重金属；土壤；生菜

电子垃圾的产量随着电子信息等高科技产业的迅猛发展逐年增加，其不当的处理方式，将导致重金属等有害物质进入环境，并严重危害人类生存环境和身体健康[1-6]。有研究表明[7-8]，电子垃圾拆解区一般都被重金属污染。电子垃圾中重金属等有害物质在介质中的转化吸收和在生物体内的富集过程非常缓慢，其危害可能在数年甚至数十年后才能被发现[9]。生菜属菊科莴苣属，为一年生或二年生草本作物，在东南沿海，特别是大城市近郊、两广地区栽培较多。生菜根系浅，须根发达，对土壤要求不严，适应性广，因此将其作为研究对象。

目前，电子垃圾对植物的毒理研究主要是通过测定受污染土壤和土壤上生长的植物体内的重金属来评估电子垃圾对植物的影响，但较少研究植物各个生长阶段所受的影响。本文利用受电子垃圾污染的土壤在室内栽种生菜，分析生菜体内叶绿素含量、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活性，从而研究电子垃圾污染土壤中的重金属对生菜的毒性影响以及生菜对重金属的抗性。

1　材料与方法

1.1样品的采集

根据实验需要，采集受不同程度重金属污染的同类型土壤，采样点分别距电子垃圾拆解区2m、20m、40m、50m，同时采集电子垃圾拆解区附近水稻田的土壤和未受重金属污染的汕头土。土壤中5种重金属的含量如表 1所示。

表1　土壤中重金属含量　(mg/kg)

1.2实验方法

采集地表下5～8 cm的土壤作为试样，土壤自然风干后去除杂物并过100目筛。每个盆栽中放入3 kg土壤，每种土壤另设2个平行样。在播种前，将生菜种子在清水中浸泡24h。在温室(25～45℃)，将6粒生菜种子播种于表1所述六种土壤中，每天9：00和16：00各浇一次水。培养周期为71天。

在生菜生长过程中观察其生长状态，每周测试其叶绿素a和叶绿素总含量、过氧化氢酶和过氧化物酶的活性。

1.3分析方法

生菜叶绿素a和总叶绿素含量均采用分光光度法测定，先用95%乙醇和丙酮的混合液提取，然后分光光度法于 663、645 nm处测定吸光值，并计算其含量。过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性采用比色法测定[10]。

2　结果与讨论

2.1电子垃圾污染土壤对生菜叶绿素的影响

叶绿素是光合作用的物质基础，其含量高低将直接影响光合作用的强弱及物质合成速率的高低，不同重金属离子对植物叶片叶绿素含量的影响存在明显的差异[11-12]。各种土壤上生长生菜的叶绿素a和叶绿素总量变化如图1和图2所示。从图中可以看出，不同土壤上生长的生菜中叶绿素平均含量表现为：2 m土<20 m土<水稻土<40 m土<50 m土<汕头土，2 m土、20 m土、水稻土、40 m土、50 m土上生长的生菜叶绿素平均含量分别是汕头土的21.2%、23.0%、62.9%、64.3%、74.1%。这表明随着土壤中重金属含量的增加，生菜体内叶绿素含量降低，表现出明显的失绿症状。这说明电子垃圾污染土壤会降低生菜体内叶绿素含量，减弱其光合作用，从而使其生长受到影响。

图1　生菜叶绿素a的含量

图2　生菜总叶绿素的含量

2.2电子垃圾污染土壤对生菜过氧化氢酶(CAT)的影响

电子垃圾污染土壤对生菜CAT的影响如图3所示。从图中可以看出，受污染土壤上种植生菜的CAT活性均高于汕头土，且随着污染程度的增加，生菜的CAT活性也相应增加。这是由于植物在逆境时，体内活性氧代谢加强而使H2O2积累，H2O2可以直接或间接地氧化细胞内核酸、蛋白质等生物大分子，并使细胞膜遭受损害，加速细胞的衰老和解体。CAT可以消除H2O2，植物组织中的CAT活性与植物的抗逆性密切相关[13]。生菜对重金属污染十分敏感，为减轻重金属污染对自身的伤害，重金属污染越严重，其CAT活性越高。从图3中还可以看出，生菜的CAT活性并未随着生菜的生长出现较大变化。

图3　生菜的CAT活性

2.3电子垃圾污染土壤对生菜过氧化物酶(POD)的影响

电子垃圾污染土壤对生菜POD的影响如图4所示。从图中可以看出，土壤受重金属的污染越严重，所栽种生菜的POD活性也越高。从总体上看，不同土壤种植生菜的POD活性，在生菜生长后期都有所增强。这主要是由于生菜受到重金属污染时，通过调节自身的POD活性以减轻活性氧伤害的能力较差。

图4　生菜的POD活性

3　结论

(1) 电子垃圾污染土壤会降低生菜体内叶绿素含量，减弱其光合作用，从而使其生长受到影响。

(2) 生菜对重金属污染十分敏感，土壤中重金属含量越高，其CAT和POD活性越高。

(3) 生菜的CAT活性并未随着生菜的生长出现较大变化，但POD活性在生长后期有所增强。

(4) 生菜对土壤重金属污染的自身调节能力较差，受污染土壤上生菜CAT和POD活性明显高于汕头土。

参考文献

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收稿日期：2016-01-21；2016-03-01修回

作者简介：于芳芳，女，1982年生，中级工程师，研究方向：环境污染及其防治。E-mail:87201226@qq.com

中图分类号：X503.231

文献标志码：A

Toxicology study on lettuce grown in E-Waste contaminated soil

Yu Fangfang1,Wang Jinfeng2,3,Yu Min2

(1. Huicheng District Environmental Technology Centre, Huizhou 516003;2. College of Environment and Energy, South China University of Technology, Guangzhou 510006;3. The Key Lab of Pollution Control and Ecosystem Restoration in Industry Clusters,Ministry of Education, Guangzhou 510006, China)

Abstract:To study the toxicity of heavy metals in the soil contaminated by e-waste and the resistance of lettuce to heavy metals, indoor lettuce plantation was carried out with soil collected in the surrounding areas of e-wastes dumping site. The results indicated that chlorophyll content of lettuce decreased with the increase of the content of heavy metals in soil. The chlorophyll content of lettuce grown in the soil sampled 2, 20, 40 and 50 m away from the e-waste dumping sites were 21.2%，23.0%，64.3%, 74.1% and 62.9% respectively of that for the control group, and lettuce showed a symptom of significant green loss and the photosynthesis ability was therefore decreased evidently. The activity of CAT and POD were also witnessed to increase with the increase of heavy metal content in soil. The CAT activity did not change with the growth of lettuce, but the activity of POD was enhanced in the late growth stage. The results also showed a poor adaptation of lettuce to heavy metal contaminated soil.

Keywords:E-waste; heavy metal; soil; lettuce