不同品种油菜取样对镉的吸收累积差异分析＊

高茜蕾，许军锋

（西安工业大学 材料与化工学院，西安710021）

镉是生物毒性最强的重金属之一，为非营养元素，对植物具有明显毒害作用，在生物圈中移动性大，毒性强，容易累积在可食部位并通过食物链危及人体的健康［1］．随着工农业的迅速发展和人们环保意识的增强，镉在冶金、陶瓷、电镀和农药等方面而广泛使用及其引起的土壤、地表水和地下水的镉污染日益受到关注［2］．植物修复技术因具有低成本、污染少、操作简便和不破坏土壤本身结构等优点被广泛的应用于修复重金属污染的土壤．它主要通过超积累植物的根系伸入土壤，使重金属在植物体内以不具有生物活性的解毒形态存在，直接将污染物质提取，从土壤中带走［3］．因此发现和验证新的重金属超累积植物，对推动污染环境的植物修复研究具有重要意义．

目前发现的镉超累积植物数量少，而且大多数植物生长缓慢，个体矮小，生物量小，修复效果不是太好．所以在寻找开发修复重金属污染土壤的植物物种时可放眼于一些耐性好、生物量较大、虽未达到超累积但也有较高累积量的植物．因此本文分别选择十种不同的油菜，利用土培的方法比较不同品种油菜对镉的吸收累积差异，并对造成该差异的原因进行分析，筛选出镉累积量较高的油菜品种．

1 实验材料与方法

1．1 实验材料

本实验选择了十种不同品种油菜，进行土培实验，每种植物分别种植于pH为6．0的酸性土壤和pH为8．0的碱性土壤中，分别标记为a和b，六周后分别收获其地上部和地下部，测定其镉浓度，比较吸收累积差异，计算酸性土和碱性土中不同油菜品种的富集系数与转运系数．

1．2 实验方法

选择了十种不同的油菜品种，分别编号：1夏王、2倍好、3上海矮抗青、4夏赏味、5绿精灵、6富冠、7京冠F1、8平成5号、9京冠1号、10京华冠青．采用土培盆栽方法进行实验，所用土壤为西安东查寨污灌区土壤，参照沈阳张氏灌区土壤含镉量，向土壤中添加3mg·kg-1的镉．土壤经过自然风干，去除其中的杂草石块，过5mm筛网．根据土壤的基本理化性质及植物生长需要，加入适量的N和P作底肥，用量均为0．25g·kg-1，施入形态为CO（NH2）0．54g·kg-1，KH2PO41．1g·kg-1．将营养物质配制为溶液与土壤混合均匀，分别调节土壤pH为6．0和8．0，待一周后稳定进行装盆．盆栽采用25cm塑料盆，每盆装土量为3kg，装盆后，用自来水进行浇灌，浇灌3～4d，待养分充分释放后进行播种．每盆种植六株植物，分两行，每行三株，每个品种分三个重复．播种3～4d以后出苗，种植10～15d以后进行间苗，去掉幼苗小苗，留下壮苗．整个生长周期用自来水进行浇灌，每天浇水1～2次，浇灌原则为保持持水量为70%左右．在整个生长过程中没有观察到镉对油菜的毒害现象（如植物枯萎、叶色不一致变化等）各品种油菜均正常生长，控制油菜的生长周期为四周．

种植四周后，分别取其地上和地下部分，用去离子水洗净，晾干，测定其鲜重后打浆备用．

2 结果与分析

2．1 不同品种油菜地上部、地下部生物量的比较

分别收取油菜地上部和地下部，对其鲜重进行分析，结果见表1～2．

表1 不同品种油菜地上部鲜重（g·pot-1）Tab．1 Shoot fresh weight of pakchoi cultivars grown in Cd-contaminated soil（g·pot-1）

土壤中所含的镉未对油菜的生长产生毒害作用（如植物枯萎、叶色不一致变化等）．在整个生长周期油菜正常生长．经过检验，在镉污染的土壤中种植的所有油菜，不同品种之间地上部生物量存在有较大差异，在酸性土壤中地上部生物量最大的油菜品种是6号富冠，地上部生物量高达33．3g·pot-1；在碱性土壤中地上部生物量最大的油菜品种是3号上海矮抗青，地上部生物量高达26．9g·pot-1．同时各油菜地下部生物量也存在有差异，在酸性土壤中地下部生物量最大的油菜品种是3号上海矮抗青，地下部生物量高达8．4g·pot-1；在碱性土壤中地下部生物量最大的油菜品种是9号京冠1号，地下部生物量高达9．2g·pot-1．分析造成差异的原因，主要是由于不同品种油菜本身的基因型不同．

表2 不同品种油地下部鲜重（g·pot-1）Tab．2 Root fresh weight of pakchoi cultivars grown in Cd-contaminated soil（g·pot-1）

2．2 不同品种油菜地上部、地下部镉含量的分析

普遍认为，pH值降低会引起土壤对金属的吸附量减少，从而使植物的吸收量增加，通过对锌、镉、铜的研究，证实了这点［4］．随着pH值的增加，大多数重金属会因吸附作用、或者在溶液中形成络合物而使浓度下降，离子活性减少［5］．本实验对油菜地上部和地下部取鲜样进行分析，用HNO3-HCLO4联合消煮，用原子吸收分光光度计TAS-990型测定．结果如图1～2所示．

图1 酸性土壤中不同品种油菜地上部、地下部镉浓度Fig．1 Concentrations of Cd in the up-ground bodies and roots of various kinds of rapes in acid soil

从图1～2中可以看出所有油菜品种中地上部的镉含量均超过国家食品安全标准的0．2mg·kg-1，表明不同品种油菜地上部和地下部对镉的吸收累积存在有显著差异，酸性土壤中地上部镉浓度最高的为京华冠青，浓度高达0．96mg·kg-1，而浓度最低的是夏王，仅为0．51mg·kg-1，二者相差1．88倍；碱性土壤中，地上部镉浓度最高的品种同样为京华冠青，浓度为0．68mg·kg-1，浓度最低的夏王为0．32mg·kg-1，二者相差2．13倍．实验证明植物中累积的重金属受土壤特性的影响严重，同一品种油菜在酸性土壤中更有利于镉的吸收累积．

图2 碱性土壤中不同品种油菜地上部、地下部镉浓度Fig．2 Concentrations of Cd in the up-ground bodies and roots of various kinds of rapes in alkaline soil

2．3 酸性土和碱性土中不同品种油菜的转运系数与富集系数比较

为了比较不同品种油菜对镉的吸收累积差异，本文引入了富集系数和转运系数来表征镉在油菜体内的分布特征，见表3～4．其中，富集系数指油菜体内（地上部和根部）镉含量与外源镉在土壤中的含量比值，反应油菜对镉元素的吸收富集能力［6］；转运系数为油菜地上部镉含量与其根部含量的比值，反应了油菜根部吸收镉后转移到地上的能力［7］．

表3 酸性土和碱性土中不同品种油菜的转运系数Tab．3 Translocation factors of different kinds of rapes in acid and alkaline soil

从表3～4可以看出，不同品种油菜转运系数均大于1，地上部对镉的累积均大于根部，酸性土壤中油菜地上部对镉的累积较碱性土壤中更高．同时不同品种油菜的富集系数差异显著，富集率最高的品种为京华冠青，最低的为夏王．同一品种油菜在酸性土壤中的富集量更高．

3 结 论

1）不同品种油菜由于其基因型的差异，地上部与根部生物量存在有显著差异，在pH为6．0的酸性土壤和pH为8．0的碱性土壤中，所添加的镉均未对油菜的生长产生抑制，土壤中的重金属镉可直接被油菜吸收，残留在作物的各个部位．

2）不同品种油菜地上部与地下部镉浓度存在有显著差异，同一品种油菜，酸性土壤更有利于油菜对镉的吸收累积．与碱性土壤相比，在酸性土壤中油菜地下部对镉的转运系数更高，同时富集系数也较高．

3）油菜是一种镉的耐性和富集植物，建议可通过适当生长条件的改善和其他诱导作用的强化来提高油菜的生物量以及它对镉的吸收累积量，以用于较高浓度镉污染土壤的植物修复．

4）对重金属污染的土壤进行植物富集所得的植物同样存在着后处理的问题，为避免二次污染，目前多采用的方法是焚烧发电、压缩填埋、堆肥等．

［1］ ACHAKZAI A K K，BAZAI Z A．Phytoaccumulation of Heavy Metals in Spinach（Spinacea Oleraceac L．）Irrigated with Wastewater of Quetta City［J］．Journal of Chemical Society，2006，28：473．

［2］ CHUNILALL V，KINDNESS A，JONNALAGADDA S B．Heavy Metal Uptake by Spinach Leaves Grown on Contaminated Soils with Lead，Mercury，Cadmium and Nickel［J］．Journal of Environmental Science and Health Part B，2004，39：473．

［3］ 陈平，吴秀峰，张伟峰，等．硒对镉胁迫下水稻幼苗叶片元素含量的影响［J］．中国生态农业学报，2006，14（3）：114．CHEN Ping，WU Xiu-feng，ZHANG Wei-feng，et al．Effects of Se on Some Element Contents in Leaves of Rice Seedling under Cd Stress［J］．Chinese Journal of Eco-Agriculture，2006，14（3）：114．（in Chinese）

［4］ LIN C，LIN J．Heavy Metals in a Sulfidic Minespoil：Fractions and Column Leaching［J］．Pedospher，2003，13（1）：75．

［5］ FENG R W，WEI C Y，TU S X．The Roles of Selenium in Protecting Plants Against Abiotic Stresses［J］．Environmental and Experimental Botany，2013，87：58．

［6］ CHEN H M，ZHANG C R，WANG S Q，et al．Combined Pollution Index of Heavy Metals in Red Soil［J］．Pedosphere an International Journal，2000，10（2）：117．

［7］ 张媛媛．重金属镉对黄瓜幼苗生理特性的影响及嫁接缓解镉毒害的生理机制研究［D］．武汉：华中农业大学，2009．ZHANG Yuan-yuan．Effect of Cadmium on Physiological Characteristics of Cucumber Seedlings and Physiological Mechanisms of Grafting to Alleviate to Cadmium Toxicity［D］．Wuhan：Huazhong Agricultural University，2009．（in Chinese）