藥用植物三七對土壤中砷的吸收運(yùn)轉(zhuǎn)及形態(tài)轉(zhuǎn)化

杜麗娟，米艷華①，陳 璐，尹本林，馬 杰，2，和麗忠，葉艷萍

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所，云南 昆明 650223；2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101)

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藥用植物三七對土壤中砷的吸收運(yùn)轉(zhuǎn)及形態(tài)轉(zhuǎn)化

杜麗娟1，米艷華1①，陳 璐1，尹本林1，馬 杰1，2，和麗忠1，葉艷萍1

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所，云南 昆明 650223；2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101)

以栽培藥用植物三七(Panaxnotoginseng)為主要研究對象，采用高效液相色譜-原子熒光聯(lián)用(HPLC-HG-AFS)技術(shù)，研究了三七產(chǎn)地土壤及植株樣品中砷(As)含量及其賦存的化學(xué)形態(tài)，以及三七對As的吸收運(yùn)轉(zhuǎn)及形態(tài)轉(zhuǎn)化。結(jié)果表明，無機(jī)態(tài)的As(Ⅴ)和As(Ⅲ)是三七種植土壤中的主要賦存形態(tài)，且As(Ⅴ)含量遠(yuǎn)高于As(Ⅲ)，約占總量的95%。三七植株中總As的分布規(guī)律表現(xiàn)為根條>剪口>主根>葉>莖，說明根部吸收是土壤As進(jìn)入三七的主要途徑；而三七植株中各形態(tài)As分布規(guī)律因植株部位的不同而存在較大差異， As(Ⅲ)：葉>根條>剪口>莖>主根；As(Ⅴ)：剪口>根條>主根>葉>莖；二甲基砷(MMA)：根條>莖>剪口>葉>主根。降低三七種植土壤As的生物有效性，深入研究As(Ⅴ)、As(Ⅲ)和MMA在三七不同部位相互轉(zhuǎn)化的調(diào)控機(jī)制是緩解三七As毒害的重要途徑。

土壤；三七；砷形態(tài)；吸收運(yùn)轉(zhuǎn)

砷(As)是自然界中豐度排第20位的一種具有較強(qiáng)毒性的類金屬元素,人體長期暴露在As環(huán)境中可導(dǎo)致皮膚癌和腎、肝、膀胱等內(nèi)臟器官的癌變,被世界衛(wèi)生組織(WHO)和美國環(huán)境保護(hù)署(USEPA)定級為一種已知人類致癌物質(zhì)[1]。As的毒性與其賦存形態(tài)密切相關(guān),不同形態(tài)As毒性相差甚遠(yuǎn),一般無機(jī)態(tài)As的毒性強(qiáng)于有機(jī)態(tài)As[2]。為了適應(yīng)As污染日益嚴(yán)重的生存環(huán)境,自然界中的生物在一定程度上進(jìn)化形成了各種As解毒和忍耐機(jī)制[3]。隨著食物As污染導(dǎo)致人類健康問題加劇,國內(nèi)外許多專家對作物體內(nèi)As代謝過程的研究越來越多,盡管微生物細(xì)胞內(nèi)As解毒機(jī)制的研究已非常深入,但植物細(xì)胞中As的代謝機(jī)制仍不清楚。目前已有研究報(bào)道僅限于水稻,部分水生植物和蜈蚣草、擬南芥等As污染修復(fù)植物[4-5],而對于三七(Panaxnotoginseng)和茶葉等一些特殊作物,雖然產(chǎn)品中已存在As污染問題,但針對這些作物的污染機(jī)制等研究較少。

As在自然環(huán)境中無所不在,尤其是廣泛存在于土壤中,土壤-植物轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)是人類受As毒害的一個(gè)最基本途徑。有研究證明,植物有助于降低As向其地上部分的轉(zhuǎn)運(yùn),且不同植物對As的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制不同,為了降低As對植物的毒害作用,植物可將吸收態(tài)As進(jìn)行轉(zhuǎn)化,如氧化、還原和甲基化等[6-8]。竹子的地上部存在著無機(jī)As轉(zhuǎn)化為有機(jī)As的過程,在其地上部二甲基砷〔DMA,(CH3)2AsO(OH)〕是主要的As存在形態(tài),占總As的13.9%～44.9%[9]。水稻地上部分也存在著無機(jī)As被甲基化、As(Ⅴ)被還原為As(Ⅲ)的過程,在無有機(jī)As的培養(yǎng)介質(zhì)中生長的水稻體(尤其是籽粒)中,DMA也是As的主要存在形態(tài)之一[10]。也有研究表明,在許多植物的根際土壤和水體中沒有As的甲基化產(chǎn)物,但在植物體內(nèi)能檢測到多種As的甲基化產(chǎn)物,如一甲基砷〔MMA,CH3AsO(OH)2〕和DMA[11]。擬南芥[12]、絨毛草[13]和水稻[14]中發(fā)現(xiàn)了某些植物蛋白具有As(Ⅴ)的還原能力,已確認(rèn)由ACR2和Arath:CDC25基因控制,還原過程需要谷胱甘肽(GSH)以及谷氧還蛋白提供電子將As(Ⅴ)還原為As(Ⅲ)[15],在這一過程中會形成GSH-As的結(jié)合態(tài)。黃澤春等[16]采用EXAFS方法證實(shí)大葉井口邊草存在與GSH結(jié)合的As,這在印度芥菜中也有報(bào)道[17],多數(shù)耐As植物葉片中GSH-As大量存在,部分植物則在根部大量存在,葉片和根部的還原作用強(qiáng)。

三七是我國名貴藥材之一,具有散瘀止血和消腫定痛等功效。前期大量研究表明,三七產(chǎn)地土壤As污染和三七As超標(biāo)現(xiàn)象日趨嚴(yán)重[18-19];由于產(chǎn)地土壤As含量過高,不僅導(dǎo)致三七主要藥用部位的健康風(fēng)險(xiǎn)增加[20-21];還會對三七的藥用質(zhì)量安全和出口貿(mào)易造成較大影響。此外,祖艷群等[22]探討了三七土壤As含量的空間分布特征及土壤理化性質(zhì)對三七不同部位As含量的影響。筆者以采自人工種植區(qū)的藥用植物三七為主要研究對象,采用高效液相色譜-原子熒光聯(lián)用技術(shù)(HPLC-HG-AFS)研究了三七種植區(qū)土壤及植株樣品中As的含量及賦存形態(tài),系統(tǒng)分析了三七種植土壤和植株As含量特征及As形態(tài)分布規(guī)律,對土壤-三七系統(tǒng)中As的吸收運(yùn)轉(zhuǎn)以及As在三七體內(nèi)的形態(tài)轉(zhuǎn)化等進(jìn)行探討,以期為藥用植物三七安全種植、控制As污染、降解As毒性以及提高產(chǎn)品質(zhì)量提供重要的基礎(chǔ)研究理論。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

云南省文山壯族苗族自治州位于云南省東南部,屬于亞熱帶氣候區(qū),冬無嚴(yán)寒,夏無酷暑。該地區(qū)地處北緯22°40′～24°48′,東經(jīng)103°35′～106°12′之間,平均海拔1 000～1 800 m,年平均氣溫19 ℃,年平均降水量779 mm,全年無霜期356 d,年日照時(shí)數(shù)2 228.9 h。該地區(qū)土壤有暗棕壤、棕壤、黃棕壤、黃壤、紅壤、赤紅壤、磚紅壤、石灰?guī)r和紫色土9個(gè)類型。

在該三七種植區(qū)隨機(jī)選取10個(gè)三七種植地塊,在每個(gè)地塊隨機(jī)采集10～20株三七樣品,同時(shí)分別采集相對應(yīng)的表層(0～20 cm)和深層(>20～40 cm)土壤5點(diǎn)混合樣。取樣區(qū)域見圖1。混合土樣采集后自然風(fēng)干,剔除樣品中植物根系、有機(jī)殘?jiān)约翱梢娗秩塍w,用研缽研磨,裝入密封袋待測。

圖1 三七采樣點(diǎn)位置示意

新鮮三七采集后用自來水沖洗干凈,洗去根部泥土,并用細(xì)毛刷清洗,再用去離子水沖洗。將三七植株分成主根、根條、剪口、莖和葉5個(gè)不同部位,冷凍干燥至恒重,在冷凍條件下研磨,保存于4 ℃條件下備用。

1.2 分析方法

1.2.1 總As分析方法

采用文獻(xiàn)[23]中的方法進(jìn)行消解。稱取0.2 g土壤樣品于50 mL錐形瓶中,加入HNO3和H2O2,在電熱板上消解,消解完全后用超純水定容至50 mL,使用HPLC-HG-AFS測定土壤中總As含量;稱取0.5 g植物樣品于50 mL錐形瓶中,加入HNO3和HClO4,在電熱板上消解,消解完全后用超純水定容至50 mL,使用HPLC-HG-AFS測定植物中總As含量。

1.2.2 As形態(tài)分析方法

(1)土壤樣品

用萬分之一天平準(zhǔn)確稱取0.5 g樣品于100 mL三角瓶中,按1∶50的固液質(zhì)量比,用1 mol·L-1硝酸溶液浸提,若樣品中As含量較低,則適當(dāng)提高稱樣量或減少浸提劑體積(如1∶12.5的固液質(zhì)量比),將三角瓶置于電熱板上,以120 ℃加熱2 h,冷卻后轉(zhuǎn)入50 mL離心管以2 000 r·min-1離心15 min(離心半徑為40.57 mm)。重復(fù)以上提取步驟3次,合并提取液,過0.45 μm孔徑濾膜,用HPLC-HG-AFS測定土壤As含量。HPLC-HG-AFS測定條件為:選用陰離子交換柱(PRP-X100),以15 mmol·L-1磷酸溶液(pH值為6.0)作為流動(dòng)相,流速為1.0 mL·min-1。

(2)植物樣品

用萬分之一天平準(zhǔn)確稱取1.0～2.0 g樣品于100 mL三角瓶中,按1∶5～1∶1的固液質(zhì)量比,用體積比為1∶9的甲醇水溶液浸提,在25 ℃條件下振蕩(振蕩速度為180 r·min-1)提取1 h,50 ℃條件下超聲1 h,轉(zhuǎn)入50 mL離心管以2 000 r·min-1離心15 min(離心半徑為40.57 mm)。重復(fù)以上提取步驟3次,合并提取液,過0.45 μm孔徑濾膜,用HPLC-HG-AFS測定植物As含量。HPLC-HG-AFS測定條件與土壤樣品相同。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,采用SPSS 12.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、相關(guān)性分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤中總As及As存在形態(tài)

三七作為一種多年生宿根性植物,對種植環(huán)境土壤條件有一定的要求,除酸白泥土和黏重土外,土質(zhì)疏松、排灌方便的土壤均可種植[24],三七根系主要的分布區(qū)域?yàn)闇\層土壤,因此2個(gè)層次土壤As形態(tài)特征存在明顯差異。SADIQ[25]研究指出,土壤中As的存在形態(tài)主要為3價(jià)和5價(jià)的無機(jī)As,有機(jī)As含量很低,且主要以MMA和DMA形態(tài)存在。在氧化條件下,As(Ⅴ)為主要形態(tài),As(Ⅴ)/As(Ⅲ)比值可達(dá)10～100[25-28]。

該研究中三七種植土壤樣本包括了南方特有的紅壤、磚紅壤、黃壤和棕壤4種土壤類型。10個(gè)地塊表層(0～20 cm)和深層土壤(>20～40 cm)總As和各形態(tài)As的分布及含量見表1。土壤樣本中As含量總體特征表現(xiàn)為:表層和深層土壤中MMA和DMA均未檢出,可能是其含量太低,小于儀器最低檢出量;As(Ⅴ)和As(Ⅲ)是三七種植土壤中As賦存的主要形態(tài),這與前人的研究結(jié)論[6-8,25,29]相似。2個(gè)層次土壤As分布存在一定差異,土壤As污染情況嚴(yán)重,總As和As(Ⅲ)含量在表層土壤中較高,As(Ⅴ)含量在深層土壤中較高。10個(gè)地塊的表層土壤中總As最大值與最小值的比值為8.9,As(Ⅲ)含量最大值為最小值的22.0倍,As(Ⅴ)含量最大值僅為最小值的2.6倍;深層土壤中總As、As(Ⅴ)和As(Ⅲ)含量最大值與最小值的比值分別為4.8、4.8和5.6。

可以看出,各形態(tài)As中As(Ⅴ)占主導(dǎo)地位,這主要是因?yàn)橥寥乐写嬖贔e、Mn等氧化性強(qiáng)的元素,會把部分As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ)[30],且土壤中As(Ⅴ)化合物較易被磷酸溶液提取出來。As(Ⅲ)的毒性約是As(Ⅴ)的幾十倍,有機(jī)As的毒性比無機(jī)As要小得多,土壤中As(Ⅲ)被氧化成As(Ⅴ)、無機(jī)As被甲基化成有機(jī)As都是有效降低As毒性的自然反應(yīng)。

表1 土壤樣本中總As和不同形態(tài)As含量

Table 1 Contents of total arsenic and different forms of arsenic in the soil samples mg·kg-1

As形態(tài) 平均值標(biāo)準(zhǔn)差最小值最大值表層土壤 總As33.560.4510.2490.84 As(Ⅲ)0.280.140.020.44 As(Ⅴ)10.373.046.3916.76深層土壤 總As25.6712.0210.2648.84 As(Ⅲ)0.290.130.090.50 As(Ⅴ)9.904.513.9318.76

2.2 三七植株中總As及As存在形態(tài)

三七對土壤中As的吸收不僅受污染來源、土壤基本性質(zhì)和氣候條件的影響,而且與三七本身的遺傳特性、主動(dòng)吸收功能、對元素的富集能力、根際分泌物、根際環(huán)境微生物的種類和數(shù)量有關(guān),甚至不同基因型的三七對As的吸收和富集都有明顯差異。對三七植株樣本的主根、根條、剪口、莖和葉5個(gè)部位總As及各形態(tài)As含量的測定結(jié)果(圖2)表明,三七所有部位均能檢測到As(Ⅴ)、As(Ⅲ)和MMA,DMA則未檢出。三七植株中總As的分布規(guī)律表現(xiàn)為根條>剪口>主根>葉>莖,與前人研究結(jié)論[6-8,29]相似。而三七植株中各形態(tài)As分布規(guī)律不一致,具體表現(xiàn)為:As(Ⅲ),葉>根條>剪口>莖>主根;As(Ⅴ),剪口>根條>主根>葉>莖;MMA,根條>莖>剪口>葉>主根。根條和剪口中As(Ⅴ)含量明顯高于其他部位;As(Ⅲ)含量在主根、剪口和莖中的變化不大,而葉中As(Ⅲ)含量明顯高于其他部位;根條中MMA含量明顯高于其他部位。整個(gè)三七植株中未能檢出DMA,可能是因?yàn)橛幸徊糠諥s儲存在植物組織的細(xì)胞壁中,而在土壤中生長的多年生草本植物細(xì)胞壁較厚,導(dǎo)致甲醇/水溶液提取有機(jī)態(tài)As時(shí)提取率不高,使得DMA未能檢出。附著在植物組織的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器中的部分As參與了植物自身的新陳代謝,且各形態(tài)As在三七植株各部位存在遷移轉(zhuǎn)化,遷移運(yùn)轉(zhuǎn)快慢不盡相同,使得三七植株各部位的As含量不同。筆者試驗(yàn)表明,三七根條中MMA含量較高,且在三七的某些品種中尤為突出,這與唐艷梅等[31]的研究結(jié)論不同,究其原因,可能是某些三七品種中As甲基化作用較明顯,無機(jī)態(tài)向有機(jī)態(tài)轉(zhuǎn)化的As含量較高,但具體原因還需要進(jìn)一步研究。

圖2 三七植株各部位不同形態(tài)As含量

從同一植株部位各形態(tài)As含量的比值分析,根條中MMA/As(Ⅴ)和As(Ⅲ)/As(Ⅴ)含量比值都低于0.5,說明As(Ⅴ)占主導(dǎo)地位,這可能是因?yàn)槿呱L土壤氧化反應(yīng)狀態(tài)較好,不具備As還原反應(yīng)的條件。主根部位由于As(Ⅴ)含量有所減少,因此MMA/As(Ⅴ)和As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比值略有上升;剪口部位MMA含量超過As(Ⅴ),說明剪口部位的甲基化作用較根條和主根強(qiáng);莖部MMA和As(Ⅲ)的含量都高于As(Ⅴ),且MMA含量占據(jù)主導(dǎo)位置,As(Ⅲ)次之。葉片中以As(Ⅲ)含量為主,MMA次之,因此MMA/As(Ⅲ)比值驟降為0.6,說明葉片的還原作用要強(qiáng)于其他各部位。從三七植株各部位各形態(tài)As含量分析來看,莖、剪口和根條中MMA含量差別不大,莖中MMA占總As比例高達(dá)61%,在剪口中的比例也達(dá)30%;葉片中As(Ⅲ)含量最高,占總As的45%。

綜上所述,三七植株中As主要存在形態(tài)為As(Ⅲ)、As(Ⅴ)和MMA,且不同部位其形態(tài)含量變化也存在較大差異,說明在三七植株體內(nèi)同時(shí)存在As的還原和甲基化作用。然而，三七植株的莖部MMA含量遠(yuǎn)高于As(Ⅴ)和As(Ⅲ),這一現(xiàn)象是否能說明莖部的還原作用強(qiáng)于其他部位,還需要進(jìn)行蛋白鑒定和基因分析試驗(yàn)加以證實(shí)。

2.3 As在土壤和三七各部位間的吸收運(yùn)轉(zhuǎn)及形態(tài)轉(zhuǎn)化

自然環(huán)境下,As在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移和吸收轉(zhuǎn)運(yùn)受到土壤-植物屏障的有效控制[32]。根部吸收是As進(jìn)入三七的主要途徑,隨后在其體內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)和再分配,土壤中As的生物有效性一定程度上決定了三七的受害程度和生物毒性。從三七植株生長情況來看,根條、剪口和主根屬三七的地下部分,也是三七的主要藥用部位,三七地下部分As含量大于地上部分,也在一定程度上說明三七As污染的主要來源是土壤。主根/土壤、根條/土壤、剪口/土壤、莖/剪口、葉/莖總As含量比值可在一定程度上揭示As從土壤到三七植株以及植株各部位間的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)過程[20]。三七植株不同部位As(Ⅲ)、As(Ⅴ)和MMA含量比值變化分析見表2。

表2 三七植株各部位As的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

Table 2 As translocation coefficient relative to tissue ofPanaxnotoginseng

As形態(tài)主根/土壤根條/土壤剪口/土壤主根/根條剪口/主根莖/剪口葉/莖總As0.0290.0840.0360.3211.3900.5591.952As(Ⅴ)0.0160.02410.6200.2881.4550.1244.320As(Ⅲ)0.4301.2600.6490.3850.7340.8173.637DMA0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000MMA0.0000.0000.0000.3067.9740.6293.485

從As轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的變化情況來看,主根、根條和剪口3個(gè)部位與土壤總As含量的比值均小于1,說明三七地下部分對土壤中As的吸收能力不強(qiáng)。與剪口、主根2個(gè)地下部位相比,根條/土壤總As含量比值較高,說明三七的根條較剪口和主根更易吸收土壤中的As。剪口和莖是連接三七地下部分和地上部分的2個(gè)主要部位,莖/剪口各形態(tài)As含量比值均小于1,說明As不容易從剪口轉(zhuǎn)運(yùn)到莖,可能剪口和莖相連的節(jié)存在某種阻止As轉(zhuǎn)運(yùn)的障礙因素。剪口/主根和葉/莖總As含量比值大于1,說明As在剪口、主根之間和在葉、莖之間的氧化作用較強(qiáng),除了要排除三七種植過程中因大量噴施含As農(nóng)藥而導(dǎo)致葉片As積累量增加外,還要考慮這2個(gè)部位間是否存在某種特殊的影響As吸收轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制的因素存在。葉/莖As(Ⅲ)、As(Ⅴ)含量比值遠(yuǎn)大于1,剪口/主根和葉/莖MMA含量比值也遠(yuǎn)大于1。

剪口是連接三七主根和地上莖之間的關(guān)鍵部位,起著運(yùn)輸和貯存養(yǎng)分、支撐莖葉的作用,是三七有效成分的主要貯存場所。因此，分析As從三七主根到剪口的遷移轉(zhuǎn)運(yùn)、各形態(tài)As的氧化還原和甲基化對三七中As毒性降解有重要意義。分別對土壤和三七主根、剪口的總As和各形態(tài)As含量進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。結(jié)果(表3)表明,剪口中總As、As(Ⅲ)、As(Ⅴ) 含量分別與主根中對應(yīng)形態(tài)As含量呈顯著相關(guān),說明As容易從主根轉(zhuǎn)運(yùn)遷移到剪口中。

表3 土壤和三七植株主根、剪口中總As和無機(jī)As的Pearson相關(guān)系數(shù)

Table 3 Pearson correlation of total As and inorganic arsenics in soil with their corresponding ones in taproot and rhizome ofPanaxnotoginseng

項(xiàng)目總AsAs(Ⅲ)As(Ⅴ)主根剪口主根剪口主根剪口土壤0.3970.6060.3820.5170.3610.220主根0.911**0.910**0.750*

*表示在 0.05 水平(雙側(cè))顯著相關(guān);**表示在 0.01 水平(雙側(cè))顯著相關(guān)。

各形態(tài)As在植株中的遷移速率取決于植物品種,且不同研究得到的結(jié)論也不盡相同。LIU等[33]研究發(fā)現(xiàn),無機(jī)As比螯合態(tài)As化合物更容易遷移轉(zhuǎn)運(yùn);而LI等[34]研究發(fā)現(xiàn),MMA和DMA(尤其是DMA)比無機(jī)As的遷移速度快很多。筆者研究中,從土壤到三七剪口As(Ⅴ)的遷移速率最快(轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為10.620),從主根到剪口MMA遷移速率最快(轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為7.974),As(Ⅲ)從土壤到三七根條的遷移速率較快(轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為1.260)。土壤中總As和各形態(tài)As含量與三七主根、剪口中As含量相關(guān)性未達(dá)顯著水平,由此可以得出,并不是土壤中As含量超標(biāo),三七中As含量就會超標(biāo),只能說明不同種植土壤中As含量不同,通過As在土壤和三七間的轉(zhuǎn)運(yùn)遷移,不同地塊三七中As含量也會有差別。

3 結(jié)論

采用HPLC-HG-AFS測定三七植株及其種植土壤中總As含量及各形態(tài)As含量,結(jié)果表明,三七種植土壤中As的主要賦存形態(tài)為無機(jī)態(tài)的As(Ⅴ)和As(Ⅲ),且As(Ⅴ)占主導(dǎo)地位。三七植株中As的主要存在形態(tài)為As(Ⅲ)、As(Ⅴ)和MMA,且不同部位其形態(tài)含量變化存在較大差異,說明在三七植株體內(nèi)同時(shí)存在著各形態(tài)As間的轉(zhuǎn)化和遷移轉(zhuǎn)運(yùn)作用。根部吸收是土壤As進(jìn)入三七的主要途徑,隨著As在三七植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn),部分As(Ⅴ)轉(zhuǎn)化為As(Ⅲ)和MMA形態(tài)存在,且不同植株部位間As存在形態(tài)差異,改變土壤中各形態(tài)As的生物有效性,在一定程度上可以有效緩解土壤As對三七的生物毒害。

[1] SMITH A H,GOYCOLEA M,HAQUE R,etal.Marked Increase in Bladder and Lung Cancer Mortality in a Region of Northern Chile Due to Arsenic Indrinking Water[J].American Journal of Epidemiology,1998,147 (7):660-669.

[2] YUAN Chun-gang,JIANG Gui-bin,HE Bin.Evaluation of the Extraction Methods for Arsenic Speciation in Rice Straw,OryzasativaL.,and Analysis by HPLC-HG-AFS[J].Journal of Analytical Atomic Spectrometry,2005,75(20):103-110.

[3] ROSEN B P.Biochemistry of Arsenic Detoxification[J].FEBS Letters,2002,529(1):86-92.

[4] 段桂蘭,王利紅,陳玉，等.水稻砷污染健康風(fēng)險(xiǎn)與砷代謝機(jī)制的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2007,26(2):430-435.

[5] ELLIS D R,GUMAELIUS L,INDRIOLO E,etal.A Novel Arsenate Reductase From the Arsenic Hyper Accumulating FernPterisvittata[J].Plant Physiology,2006,141(4):1544-1554.

[6] TONG J T,GUO H M,WEI C.Arsenic Contamination of the Soil-Wheat System Irrigated With High Arsenic Groundwater in the Hetao Basin,Inner Mongolia[J].Science of the Total Environment,2014,496：479-487.

[7] YAN X L,LIN L Y,LIAO X Y,etal.Arsenic Accumulation and Resistance Mechanism inPanaxnotoginseng,a Traditional Rare Medicinal Herb[J].Chemosphere,2012,87(1)：31-36.

[8] MA J,MI Y H,LI Q W,etal.Reduction,Methylation,and Translocation of Arsenic inPanaxnotoginsengGrown Under Field Conditions in Arsenic-Contaminted Soils[J].Science of the Total Environment,2016,550(1):893-899.

[9] ZHAO R,ZHAO M,WANG H,etal.Arsenic Speciation in Moso Bamboo Shoot:A Terrestrial Plant That Contains Organoarsenic Species[J].Science of the Total Environment,2006,371(1/2/3):293-303.

[10]LIU W J,ZHU Y G,HU Y,etal.Arsenic Sequestration in Iron Plaque,Its Accumulation and Speciation in Mature Rice Plants (OryzasativaL.)[J].Environment Science and Technology,2006,40(18):5730-5736.

[11]DHANKHER O P,ROSEN B P,MCKINNEY E C,etal.Hyperaccumulation of Arsenic in the Shoots of Arabidopsis Silenced for Arsenate Reductase (ACR2)[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2006,103(14):5413-5418 [12]BLEEKER P M,HAKVOORT H W J,BLIEK M,etal.Enhanced Arsenate Reduction by a CDC25-Like Tyrosine Phosphatase Explains Increased Phytochelatin Accumulation in Arsenate-TolerantHolcuslanatus[J].Plant Journal,2006,45(6):917-929.

[13]DUAN G L,ZHOU Y,TONG Y P,etal.A CDC25 Homologue From Rice Functions as an Arsenate Reductase[J].New Phytologist,2007,174(2):311-321.

[14]DUAN G L,ZHU Y G,TONG Y P,etal.Characterization of Arsenate Reducase in the Extract of Roots and Fronds of Chinese Brake Fern,an Arsenic Hyperaccumulator[J].Plant Physiology,2005,138(1):461-469.

[15]PICKERING I J,PRINCE R C,GEORGE M J,etal.Reduction and Coordination of Arsenic in Indian Mustard[J].Plant Physiology,2000,122(4):171-178.

[16]黃澤春,陳同斌,雷梅,等.砷超富集植物中砷化學(xué)形態(tài)及其轉(zhuǎn)化的EXAFS研究[J].中國科學(xué)(C輯),2003,33(6):488-494.

[17]SCHMOGER M E V,OVEN M,GRILL E.Detoxification of Arsenic by Phytochelatins in Plants[J].Plant Physiology,2000,122(3):793-802.

[18]李衛(wèi)東.文三州三七GAP種植區(qū)環(huán)境質(zhì)量狀況調(diào)查[J].云南環(huán)境科學(xué),2004,23(增刊2):168-170.

[19]張文斌,曾鴻超,馮光泉等.不同栽培地區(qū)的三七總砷及無機(jī)砷含量分析[J].中成藥,2011,33(2):291-293.

[20]閻秀蘭,廖曉勇,于冰冰,等.藥用植物三七對土壤中砷的累積特征及其健康風(fēng)險(xiǎn)[J].環(huán)境科學(xué),2011,32(3):880-885.

[21]陳璐,米艷華,林昕,等.土壤-三七系統(tǒng)重金屬污染調(diào)查及相關(guān)分析[J].中國中藥雜志,2014,39(14):2608-2613.

[22]祖艷群,孫晶晶,郭先華,等.文山三七(Panaxnotoginseng)種植區(qū)土壤As空間分布特征及理化性質(zhì)對三七As含量的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2014,23(6):1034-1041 [23]Health Risk United States Environmental Protection Agency (USEPA).Method 3050B:Acid Digestion of Sediments,Sludges and Soils (Revision 2)[S].USEPA,1992.

[24]崔秀明,雷紹武.三七GAP栽培技術(shù)[M].昆明:云南科技出版社,2002:68.

[25]SADIQ M.Arsenic Chemistry in Soils:An Overview of Thermodynamic Predictions and Field Observations[J].Water Soil-Air Pollution,1997,93(1):117-136.

[26]ANDREAE M O.Arsenic Speciation in Seawater and Interstitial Waters:The Influence of Biological-Chemical Interactions on the Chemistry of a Trace Element[J].Limnology and Oceanography,1979,24(3):440-452.

[27]PETERSON M L,CARPENTE R.Biogeochemical Processes Affecting Total Arsenic and Arsenic Species Distributions in an Intermittently Anoxic Fjord[J].Marine Chemistry,1983,12(4):295-321.

[28]PETTINE M,CAMUSSO M,MARTINOTTI W.Dissolved and Particulate Transport of Arsenic and Chromium in the Po River,Italy[J].Science of the Total Environment,1992,119(92):235-280.

[29]WEI C Y,GE Z F,CHU WS,etal.Speciation of Antimony and Arsenic in the Soils and Plants in an Old Antimony Mine[J].Environmental and Experimental Botany,2015,109：31-39.

[30]彭昌軍,姜秀麗,計(jì)紅芳.鐵錳復(fù)合氧化物對As(Ⅲ)、As(Ⅴ)的吸附研究及其在沼液中的應(yīng)用[J].化工學(xué)報(bào),2014,65(5):1848-1855.

[31]唐艷梅,黎其萬,劉宏程.離子交換樹脂-原子熒光光譜法測定三七中的4種形態(tài)砷[J].中成藥,2012,34(3):513-517.

[32]LISE D,BERRY W L,KAPLAN I R,etal.Mineral Exploration:Biogeological Systems and Organic matter[J].Applied Geochemistry,1986,1(5):627-627.

[33]LIU W,WOOD B,RAAB A,etal.Complexation of Arsenite With Phytochelations Reduces Arsenite Effux and Translocation From Roots to Shoots in Arabidopsis[J].Plant Physiology，2010,152(4):2211-2221.

[34]LI R,STROUD J L,MCGRATH S P,etal.Mitigation of Arsenic Accumulation in Rice With Water Management and Silicon Fertilization[J].Environment Science and Technology,2009,43(10):3778-3783.

(責(zé)任編輯： 許 素)

Absorption,Translocation and Transformation of Arsenic in Medicinal Herb Panax notoginseng-Soil System.

DU Li-juan1, MI Yan-hua1, CHEN Lu1,YIN Ben-lin1, MA Jie1,2,HE Li-zhong1, YE Yan-ping1

(1.Institute of Agricultural Quality Standard & Testing Technique, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kunming 650223, China;2.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101,China)

In the present study, arsenic in soil andPanaxnotoginsengwas analyzed with the high performance liquid chromatography-atomic fluorescence (HPLC-HG-AFS), for total and species arsenic in an attempt to determine how the plant adsorbs, translocates and transforms arsenic. Results show that inorganic arsenate [As(Ⅴ)] and arsenite [As(Ⅲ)] were the main forms inP.notoginsenggrowing soil, and As (Ⅴ) was much higher than As (Ⅲ) in content, accounts for about 95% of the total. Arsenic distributed unevenly in the plant and the tissues of a plant displayed an order of branch root > rhizome > taproot > leaves > stems in terms of content of total arsenic, showing that roots is the main pathway of arsenic flowing from soil toP.notoginsengplant. The distribution of arsenic also varied with species [As (Ⅴ), As (Ⅲ) and MMA] and plant tissue. For As (Ⅲ), an order of leaves > branch root > rhizome > stems > taproot; for As (Ⅴ), an order of rhizome > branch root > taproot > leaves > stems and for MMA an order of root > stems > rhizome > leaves > taproot was found. Therefore, to reduce bioavailability of the arsenic in soil and to study in depth how to regulate transformation of arsenic between species [As (Ⅴ), As (Ⅲ) and MMA] in different parts ofP.notoginsengare the important ways to mitigate the hazard on safety caused by arsenic inP.notoginseng.

soil;Panaxnotoginseng; arsenic species; translocation

2016-04-01

國家自然科學(xué)基金(21267024);云南省科技計(jì)劃青年項(xiàng)目(2014FD063);云南省科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃(2014HB059,2015HC025)

X56

A

1673-4831(2016)06-0997-06

10.11934/j.issn.1673-4831.2016.06.020

杜麗娟(1981—),女,山西晉中人，助理研究員,碩士,主要從事農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全研究。E-mail: 36violet@163.com

① 通信作者E-mail: zhoumiqu@163.com