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      鎘在水芹不同器官中富集特性的研究

      2013-11-12 06:52:08華大春徐文娟王昕
      長江蔬菜 2013年18期
      關(guān)鍵詞:中鎘水芹葉柄

      華大春,徐文娟,王昕

      (安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,合肥,230036)

      鎘(Cadmium,Cd)是目前公認(rèn)的對人體非常有害的重金屬元素,是環(huán)境污染和食品衛(wèi)生分析中必測的毒性元素之一。鎘在體內(nèi)的半衰期長達(dá)10~35 a,為已知的最易在體內(nèi)蓄積的毒物,美國毒物管理委員會(ATSDR)已將其列為第六位危及人類健康的有毒物質(zhì)[1~3]。而水生蔬菜栽培需要大量的灌溉用水,大都在主要水系周邊區(qū)域種植,因此受到隨水系擴(kuò)散的重金屬污染的可能性大于其他種類的農(nóng)作物,研究鎘在水芹產(chǎn)品器官內(nèi)的積累特性,對于水芹衛(wèi)生品質(zhì)安全具有十分重要的意義。

      1 材料與方法

      1.1 試驗(yàn)材料

      供試水芹苗為鄂水芹1號,取材于安徽省合肥市肥東建華水生蔬菜基地。栽培試驗(yàn)在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院試驗(yàn)中心進(jìn)行,鎘含量測定在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科技中心進(jìn)行。

      供試土壤取自安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)萃園的菜園土,pH 值 7.32,有機(jī)質(zhì) 27.1 g/kg,全氮 1.8 g/kg,有效磷 50.1 mg/kg,速效鉀 159.8 mg/kg,鎘 0.09 mg/kg(<0.2 mg/kg,符合國家食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn))[4]。

      1.2 試驗(yàn)方法

      選取10 cm左右高度的健壯水芹苗,用蒸餾水沖洗數(shù)次后,分別定植到相應(yīng)塑料盆(直徑80 cm,高 15 cm),每盆定植20株(每盆填入15 kg菜園土)。定植前1 d在盆中按濃度加入重金屬鎘,使用化學(xué)純 CdCl2·2.5H2O充分溶解,一次性加入,使土壤含鎘量(以純鎘計算)為 0.2,0.8,1.4,2.0 mg/kg,空白為對照(CK)。每個處理設(shè) 3次重復(fù),于 2012年 10月11日定植。定植后保持各盆內(nèi)的水位一致,常規(guī)栽培管理,于定植后50 d統(tǒng)一采收所有樣本,并進(jìn)行試驗(yàn)前樣本處理。

      1.3 測定方法與儀器條件

      ①葉片、葉柄(含莖)、根生物量的測定 將水芹從試驗(yàn)盆中取出,根系用水沖洗干凈,再在20 mmol/L乙二胺四乙酸鈉(EDTA-Na2)溶液中交換30 min,以除去根系表面粘附的金屬離子,再用去離子水沖洗干凈,吸水紙吸干表面水分,將葉片、葉柄(含莖)、根分離開,105℃下殺青 2 h,然后再 60℃下烘干至恒重,測定葉片、葉柄(含莖)、根各部分的干物質(zhì)量[5~6]。

      ②鎘含量的測定 取烘干的各部分樣品,用不銹鋼研磨機(jī)磨細(xì),各稱取0.5 g,采用國標(biāo)GB/T 5009.15-2003《食品中鎘的測定》中濕式消解法進(jìn)行樣品消解:加 HNO3-HClO4混酸(優(yōu)級純,4∶1)10 mL放置過夜,第二天于電熱板上加熱消解至樣品清亮無色(白色或微黃),冷卻后轉(zhuǎn)移至 50 mL容量瓶,定容。待測液中Cd的含量采用ICP-MS(i-CAP 6000等離子體發(fā)射光譜儀,美國熱電公司)方法測定[7]。

      表1 不同濃度鎘處理下水芹不同器官的生物量差異

      1.4 數(shù)據(jù)分析

      運(yùn)用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理;SAS 9.0進(jìn)行方差分析。

      地上部生物量=葉柄(含莖)生物量+葉片生物量;富集系數(shù)=植物各部分鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)/土壤中鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù);地上部植物中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)=(葉干質(zhì)量×質(zhì)量分?jǐn)?shù)+莖干質(zhì)量×質(zhì)量分?jǐn)?shù))/(葉干質(zhì)量+莖干質(zhì)量);轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=地上部植物中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)/地下部植物中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù);轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)=(地上部植物中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)×地上部生物量)/(地下部植物中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)×地下部生物量)[8~13]。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 不同濃度鎘處理水芹不同器官的生物量差異

      由表1所知,不同濃度鎘處理下,水芹的各器官生物量隨著濃度的增大,總體呈先增大后減小的趨勢。在鎘濃度為0.2 mg/kg時,葉柄(含莖)、地上部分的生物量均達(dá)到最大,分別為0.572 0 g、0.801 9 g,濃度低于0.8 mg/kg時,各器官的生物量差異不顯著,當(dāng)鎘濃度達(dá)到1.4 mg/kg時,葉柄(含莖)的生物量與0.2 mg/kg處理相比,下降達(dá)到顯著水平;葉片的生物量與對照相比下降呈顯著水平,其余處理間差異不顯著。當(dāng)鎘濃度達(dá)到2.0 mg/kg時,根、葉柄(含莖)的生物量與0.2 mg/kg處理的呈顯著水平,葉片的生物量與對照相比下降呈顯著水平;且與對照相比,根、葉柄(含莖)、葉片、地上部分的生物量分別下降了19.43%、11.49%、33.69%、19.51%。

      由上述分析可知,隨著土壤中鎘濃度的增高,葉柄(含莖)和葉片先表現(xiàn)出癥狀,隨后是根;且在低濃度時,對水芹的生物量有一定的促進(jìn)增長作用,但差異不顯著。

      2.2 不同鎘處理下水芹不同器官的鎘含量差異

      由表2可知,水芹的各器官鎘含量以根最高、葉柄(含莖)次之、葉片中最低。顯然水芹根的富集作用最強(qiáng),在最大濃度 2.0 mg/kg時,根中鎘含量達(dá)到最大 12.74 mg/kg,且葉柄(含莖)和葉片也達(dá)到最大,分別為2.87 mg/kg、0.82 mg/kg,此時根中鎘含量是葉片中鎘含量的15.54倍,葉柄(含莖)中鎘含量是葉片中鎘含量的2.87倍。隨著鎘濃度的增大,水芹各器官中的鎘含量均逐漸增大,呈正相關(guān)性,其中根鎘含量與處理濃度呈顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為 0.900,P<0.05)。除 0.8 mg/kg與 1.4 mg/kg處理葉片中隔含量差異顯著外,其余各部分的處理間差異均達(dá)到極顯著。

      2.3 水芹的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)特性

      富集系數(shù)被用來反映土壤-植物體系中元素遷移的難易程度 ,這是植物將重金屬吸收轉(zhuǎn)移到體內(nèi)能力大小的評價指標(biāo)。根據(jù)表3可以得知,隨著鎘濃度的增大,水芹各部分的富集系數(shù)總體逐漸減小,富集能力在減弱。在隔濃度為0.2 mg/kg時,根的富集系數(shù)最大,達(dá)到19.65;但濃度升到2.0 mg/kg時,葉片的富集系數(shù)最小為0.41。根的平均富集系數(shù)>葉柄(含莖)的平均富集系數(shù)>葉片的平均富集系數(shù)。

      轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)是地上部某元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與地下部某元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比,用來評價植物將重金屬從地下部向地上部的運(yùn)輸和富集能力。由表3可知,隨著鎘濃度的增大,水芹的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)總體呈逐漸減小的趨勢,平均轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為0.23,最大為對照組的0.4,最小為0.2 mg/kg處理組的0.13。 轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)在0.2 mg/kg處理出現(xiàn)最小,可能是由于在低濃度時,水芹的生長狀況最好,根部富集能力最強(qiáng),其在根部富集了較多的鎘元素,而向葉柄(含莖)、葉片中的轉(zhuǎn)運(yùn)量增幅不大,造成0.2 mg/kg處理的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)小。

      表2 不同鎘處理下水芹不同器官的鎘含量差異

      表3 水芹不同器官的富集系數(shù)、轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)

      轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)能夠較好地反映植物生長量和吸收量在地上和地下器官分布的規(guī)律。由表3可知,在0.2 mg/kg處理時轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)最小為0.23,驗(yàn)證了上述轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)在0.2 mg/kg處理出現(xiàn)最小的問題。轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)總體也呈隨鎘濃度增大而減小的趨勢,本試驗(yàn)中水芹的平均轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)為0.38,對照組的轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)最大,為0.73。說明土壤中鎘濃度越高,鎘在水芹地下器官的分布越多。

      3 結(jié)論

      不同濃度鎘處理下,水芹的各器官生物量隨著濃度的增大,總體呈先增大后減小的趨勢。隨著鎘濃度的增高,葉柄(含莖)和葉片先表現(xiàn)出癥狀,隨后是根;且在低濃度時,對水芹的生物量有一定的促進(jìn)增長作用,但差異不顯著。

      隨著鎘濃度的增大,水芹各器官中的鎘含量均逐漸增大,呈正相關(guān)性,其中根中鎘含量與處理濃度呈顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為0.900,P<0.05)。在同一水平的鎘處理中,根中鎘含量>葉柄(含莖)中鎘含量>葉片中鎘含量。

      水芹各器官的富集系數(shù)隨著鎘濃度的增大總體逐漸減小,富集能力在減弱,根的平均富集系數(shù)>葉柄(含莖)的平均富集系數(shù)>葉片的平均富集系數(shù);水芹的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)隨著鎘濃度的增大總體呈逐漸減小的趨勢,轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)隨鎘濃度增大總體也呈減小的趨勢。

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