重庆段长江水处理下蚕豆根尖细胞重金属含量分析

张燕，刘前英

（长江师范学院生命科学与技术学院，重庆涪陵，408100）

重庆段长江水处理下蚕豆根尖细胞重金属含量分析

张燕，刘前英

（长江师范学院生命科学与技术学院，重庆涪陵，408100）

为了检测重庆段长江水重金属污染的程度，采集长江水重庆段4个不同位点的水样培养蚕豆，取蚕豆根尖用湿式灰化法进行处理，并用原子吸收光度计PS-900测定其中的Pb、Zn、Cu、Cd、Hg含量。测定结果发现，同一取样点的长江水处理下，蚕豆根尖内重金属的含量与培养时间呈正相关；不同取样点的长江水处理下，蚕豆根尖中重金属含量表现为Zn＞Cu＞Pb＞Cd＞Hg；其中取自巫山九码头的水样培养的蚕豆根尖中重金属Pb的含量最高，已经超过了国家标准的限量；取自李渡长江大桥的水样处理的蚕豆根尖中Cd和Hg含量较其他水点多，表明重庆段长江水已经受到一定程度的污染，应予注意。

重庆段长江水；蚕豆根尖；重金属含量；污染程度

近年来，我国水体受到严重污染，尤其是重金属污染。2000年，我国环境情况公报显示，我国七大水系中的长江水域已遭到不同程度的重金属污染。据统计，21个沿江城市中重庆、上海、武汉等城市的重金属污染率已达到65%［1，3］。重金属具有富集性、难降解性、持久性等特点，水体中重金属含量过高会严重影响生物体的生存和健康，如随废水排入的汞（Hg）、铜（Cu）、铬（Cr）等会在藻类和底泥中积累，在鱼类与贝类体内累积，通过食物链进入人体，对人体健康造成危害［4］。金属开采、冶炼导致Pb、Zn、Cd在环境介质中大量累积。目前，Zn主要来自纺织工业，Cd、Hg来自塑料工业及Cu来自微电子企业。当重金属含量累积到一定程度，会对生物体造成危害，使生物体生理受阻、发育停滞甚至死亡，导致整个生态系统的结构、功能崩溃［5］。

重庆是重工业城市，随着大型企业和工厂向重庆周边搬迁，污染面积逐渐扩大。随着现代工农业越来越发达，水资源中的重金属大量累积，造成水体严重污染。分析水体中的重金属含量，可为水体环境重金属污染的修复提供重要科学依据。目前有关水体中的重金属种类及其含量分析已有广泛研究，但大都集中在河流或湖泊中的沉积物或河底的重金属含量的研究，也有学者选一些有代表性的动植物和一些具特殊生理特点的物种进行研究［6～11］。尽管有学者对长江流域的水体重金属进行了相关研究，但对重庆段长江水域的重金属研究甚少。为此，选取具代表性的位于重庆繁华地带或工业区的巫山九码头、李渡长江大桥、万州、李家沱作为取样点，采集其中的水样培养蚕豆，测定蚕豆根尖中的重金属含量，从而分析该段长江水重金属污染情况。

1 材料与方法

1.1 试验材料

重庆市涪陵区农业科学研究所购买的临蚕5号蚕豆种子。

1.2 药品与仪器用具

浓硝酸、高氯酸、去离子水、次氯化钠、无水酒精等。恒温箱、原子吸收光度计PS-900（重庆西南大学）等。

1.3 试验方法

①取水样 分别选取巫山九码头（C1）、万州（C2）、李渡长江大桥（C3）、李家沱（C4）4个采集点作为取样点，获取长江水。具体采样点如图1所示。取样点周围的环境见表1。

②选种、浸种 选择大而饱满的蚕豆，经0.5% NaClO2表面消毒，蒸馏水洗净。

③培养蚕豆 在37℃的恒温箱中培养，挑出长势良好的蚕豆种子，置于铺有3层纱布的培养皿中，用C0（蒸馏水，对照）、C1、C2、C3、C4水样培养，培养24、48、72、96 h后剪根测定。

图1 采样点分布示意图

④干燥、磨粉 切好的根尖放到60℃的烘箱中干燥12 h，然后磨成粉末，称量，再干燥12 h以上，称取1 g样品于100 mL的锥形瓶中。

⑤用湿式灰化法［12］处理蚕豆根尖粉末 在装有1 g样品的锥形瓶中加入8 mL浓硝酸置于电炉上加热，至溶液剩下2～3 mL时，取下，冷却后再加5 mL高氯酸，加热至白烟冒尽，冷却后取下加入1 mL浓硝酸和5 mL去离子水，加热溶解，冷却定容在25 mL的容量瓶中。

⑥样品检测 用原子吸收光度计PS-900检测样品中重金属铅、锌、汞、铜和镉的含量。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2007和DPS 6.55软件对蚕豆根尖重金属含量进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同取样点长江水处理下蚕豆根尖内重金属Pb含量比较

由表2可知，不同取样点长江水处理下蚕豆根尖内Pb的含量不同。培养96 h，C1处理Pb含量最高，且显著高于其他处理（C4除外），各处理下蚕豆根尖Pb的吸收含量大小为C1＞C4＞C2＞C3。说明C1处水样重金属Pb含量最高，这是因为C1处江面船只较多，周围有一些饭店和旅馆，排放的生活垃圾较多；而其他取样点位于下游，可能受到许多分支河流汇入的影响，因此Pb含量较低。处理48～72 h是Pb积累量增加最快的时间段。由此说明，随着培养时间的增加，蚕豆根尖中的Pb含量增加，二者一定程度上呈正相关。这与Pb具有富集性有关。

表1 重庆段长江水样取样点及周围环境

2.2 不同取样点长江水处理下蚕豆根尖内重金属Zn含量比较

由表3所示，同一取样点长江水不同时间段培养的蚕豆根尖中重金属Zn的含量与培养时间呈正相关；不同取样点培养的蚕豆根尖重金属Zn的含量也有差异。其中，C4水样处理的蚕豆根尖Zn含量最高，其次是C3、C2，C1最低。

从表3可以看出，培养时间越长，蚕豆根尖中重金属Zn累积越多，这是因为Zn在蚕豆根尖内不能降解，随着时间的增加，就会累积得越多。Zn是蚕豆根尖的必需元素，缺少Zn，蚕豆根尖生长会受到影响，低含量Zn会促进根尖生长，反之会产生毒害作用。各水样采集点所处环境不同，因此污染程度不同，重金属含量存在差异。C4处有混凝土公司、港湾储运公司以及九渡口战备码头，会产生工业废水，因此该取样点水体重金属含量较其他点高。

2.3 不同取样点长江水处理下蚕豆根尖内重金属Cu含量比较

表4表明，蚕豆根尖培养24 h，C1水样培养的蚕豆根尖内重金属Cu的积累量最多，与C3的差异显著，而C1与C2、C4差异不显著；培养48 h，C4水样处理的蚕豆根尖内Cu的积累含量最多，与C3的差异显著，而C1与C2间差异不显著；培养72 h，C2水样处理的蚕豆根尖内Cu积累量最多，与C3的差异显著；培养96 h，C1水样处理的蚕豆根尖内Cu积累量最多。总的来说，在相同培养时间下，万州采集点的水样培养的蚕豆根尖内Cu含量最多，这是因为这一采集点周围有红溪沟滚装码头，船只多，排放的尾气多，加上周围居民稠密，城市生活垃圾多。铜是生物生长所必需的微量营养元素，过高会抑制植物对其他营养元素（氮、磷、钾等）的吸收，且对植物生理和形态造成严重危害。

2.4 不同取样点长江水处理下蚕豆根尖内重金属Cd含量比较

由表5可见，同一时间段内，不同采集点的长江水处理下蚕豆根尖内Cd含量不同，C3处水样培养的蚕豆根尖Cd吸收量最多，其次是C1和C4。同一取样点不同时间段培养的蚕豆根尖内Cd的累积量随着培养时间的延长而增加，但培养72～96 h时Cd的累积量却随着培养时间的增加而减少，但仍大于其他处理时间。这是因为Cd2+比其他重金属离子更易由根向其他部位转运。植物体吸收Cd的过程是一个不需要结合部位的选择性过程，而细胞壁中存在各种大小不一的网孔，是保护细胞原生质体不受重金属毒害的第一道屏障。在较小的网孔处，带正电的Cd离子被细胞壁中带负电的亲Cd物质吸附；果胶质中多聚半乳糖醛酸中的羧基基团起着离子交换的作用，能吸收和固定经过的Cd2+产生［13］。

表2 不同取样点的长江水培养的蚕豆根尖内重金属Pb含量比较

表3 不同取样点的长江水培养的蚕豆根尖内重金属Zn含量比较

表4 不同取样点的长江水对蚕豆根尖重金属Cu的吸收含量分析

表5 不同取样点的长江水对蚕豆根尖重金属Cd的吸收含量分析

表6 不同取样点的长江水对蚕豆根尖重金属Hg的吸收含量分析

2.5 不同取样点长江水处理下蚕豆根尖内重金属Hg含量比较

表6表明，不同取样点比较，C3处理的蚕豆根尖中Hg的吸收量大于其他3个取样点，并且这4个取样点的Hg含量均与蒸馏水对照差异显著。不同时间段下蚕豆根尖内Hg的吸收量不同。从时间效应来看，随着培养时间的增加，同一取样点培养的蚕豆根尖内Hg的积累量越大，其中最明显的是48～72 h时间段。总的来说，在一定时间段内，随着培养时间的增加，蚕豆根尖Hg的累积量增加。Hg是剧毒非必需元素，对蚕豆根系生长的抑制作用阻碍了其对水分的吸收，致使植物生长缓慢、生长量降低。

3 讨论与结论

重金属具有富集性、难降解性、持久性等特点。随着各种工业废水排入水体，重金属含量过高会通过食物链严重影响生物体的生存和健康，因此国内外很多研究者进行了这方面的研究，但大都集中在河流或湖泊中的沉积物或河底的重金属含量。本试验采集不同地段的长江水培养蚕豆，通过研究蚕豆对重金属的吸收量，检测重庆段长江水重金属的污染情况。结果表明，在同一培养时间下，蚕豆根尖内重金属的累积量因地而异，与采集点周围居民的居住密度、过往船只以及周围工厂的数量有关。

同一采集点不同时间段，蚕豆根尖对水样内重金属的吸收量也不同，总体而言表现为随着培养时间的增加而增加，说明重金属Pb、Zn、Cu、Cd、Hg能够在蚕豆中富集。但当重金属在植物体内的积累超过一定阈值后，会严重干扰植物体内已存在的细胞及整株水平上的水分及离子稳态，造成植物细胞分子损伤［14］，影响植物的新陈代谢。

根据GB 2762-2012国家标准食品中污染无限量中对豆类蔬菜重金属限量指标的规定，Pb为0.2 mg/kg、Cd为0.1 mg/kg、Hg为0.01 mg/kg。由此看出，用重庆段长江水培养的蚕豆中重金属Pb的含量超过了国家规定的限量，虽然Cd与Hg没有超过国家规定限量，但蚕豆根尖也受到不同程度污染，表明重庆段长江水已受到一定程度的重金属污染。鉴于此，相关部门应该高度重视，对各种污染源排放进行浓度和总量控制；对农业用水进行经常性监测、监督，使之符合农田灌溉水质标准；引导种植者合理施用化肥、农药，慎重使用地下水、污泥、河泥、塘泥，利用城市污水灌溉时必须进行净化处理。

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Analysis on Absorption Contents of Heavy Metals of Broad Bean Root Tip Cells under Chongqing Section of Yangtze River Water

ZHANG Yan，LIU Qianying
（College of Life Science and Technology，Yangtze Normal University，Fuling，Chongqing 408100）

To detect the pollution degree of heavy metals in Chongqing section of Yangtze River water，we collected water samples at four points in Chongqing section of Yangtze River to cultivate broad bean，by using wet cinefaction method and adopting atomic absorption photometer PS-900 to determine contents of Pb，Zn，Cu，Cd，Hg in the root tip of broad bean. At the same water point，the contents of heavy metals were positively correlated with cultivation time in the root tip of broad bean cultivated under Yangtze River，while at different water points，the contents of heavy metals appeared as Zn＞Cu＞Pb＞Cd＞Hg.In the root tip of broad bean cultivated in water sample collected from Wushan Jiumatou，Pb content was highest which had exceeded the highest limit of national standard，as for the root tip of broad bean cultivated in water sample collected from Lidu Yangtze River bridge，the contents of Cd and Hg were higher than those of other points，which indicated that Chongqing section of Yangtze River water had been polluted to some extent，which should be noted.

Chongqing section of Yangtze River water；Root tip of broad bean；Contents of heavy metals；Pollution degree

X820.4

A

1001-3547（2015）24-0044-04

10.3865/j.issn.1001-3547.2015.24.018

重庆市教委科学技术研究项目：利用蚕豆根尖细胞微核技术监测重庆段长江和乌江水质［KJ121319］

张燕（1977-），女，硕士，讲师，主要从事细胞与分子生物学研究，电话：18716890293，E-mail：28789155@qq.com

2015-09-01