土壤Hg胁迫对烤烟叶片矿质元素含量及其相关性的影响

陈 明，赵铭钦,许跃奇，陈发元，尤方芳，李 慧，金洪石，金江华

(1.吉林烟草工业有限责任公司，吉林 长春130000； 2.河南农业大学 烟草学院/国家烟草栽培生理生化研究基地，河南 郑州450002； 3.河南省平顶山市烟草公司，河南 平顶山 467000)

土壤Hg胁迫对烤烟叶片矿质元素含量及其相关性的影响

陈 明1，赵铭钦2*,许跃奇2,3，陈发元2，尤方芳2，李 慧2，金洪石1，金江华1

(1.吉林烟草工业有限责任公司，吉林 长春130000； 2.河南农业大学 烟草学院/国家烟草栽培生理生化研究基地，河南 郑州450002； 3.河南省平顶山市烟草公司，河南 平顶山 467000)

采用盆栽试验，设置0、10、30、50、100 mg/kg 5个Hg含量梯度，研究了土壤Hg胁迫对烤烟叶片矿质元素含量及其相关性的影响。结果表明，土壤Hg胁迫下烤烟叶片8种矿质元素含量动态变化不尽相同，K、P、Ca、Mg含量总体随着生育期的推进逐渐降低；B、Fe含量总体随着生育期的推进先下降后增加，以烤烟移栽后30 d最高，B含量在烤烟移栽后45 d最低，Fe含量在烤烟移栽后60 d最低；Cu、Zn含量总体随着生育期的推进呈降低—增加—降低趋势，两者均在移栽后30 d最高、45 d最低。烤烟中部叶Hg含量随着土壤Hg含量的增加逐渐升高，总体上烟叶中的8种矿质元素含量均随Hg含量的增加逐渐降低。Hg胁迫下烤烟叶片K、Mg、Fe 3种矿质元素含量存在极显著相关性。

烤烟； Hg； 矿质元素； 含量； 相关性

矿质元素是影响烤烟生理代谢和生命活动的重要因素之一，其含量高低与土壤养分状况、施肥措施及气候等多种因素息息相关[1-3]。深入研究生态环境等因素对烤烟叶片中矿质元素的影响，可改善烤后烟叶的香吃味、外观特征，彰显其质量特色等。烟草能够直接从土壤中吸收重金属并累积于叶片中，进而在人们吸食卷烟过程中，通过呼吸系统进入人体[4]，从而危害人体健康。研究表明，烤烟干物质积累量、叶片保护酶活性、根系活力等均随着Hg含量的增加而下降[5-6]。迄今为止，有关重金属Hg对烤烟矿质元素含量影响的研究鲜有报道。为此，本研究探讨了土壤Hg胁迫对烤烟叶片矿质元素含量及其相关性的影响，以期为无公害烟叶的生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试烤烟品种为秦烟96。供试土壤类型为褐土，取自于大田表层(0～20 cm)，土壤pH值为7.8，有机质含量为8.64 g/kg，速效钾含量为124 mg/kg，速效磷含量为7.05 mg/kg。土壤Hg本底水平为0.024 7 mg/kg。

1.2 试验设计

试验于2013年5—8月在山西省平陆县望远试验站进行。采用盆栽试验，以HgSO4作为土壤污染源，设5个Hg含量，分别为0(CK)、10、30、50、100 mg/kg[7]，每处理20个重复。所用塑料盆高30 cm、直径35 cm，每盆装土15 kg。每盆按照N∶P2O5∶K2O=1∶1.5∶3施入肥料，其中纯N为3 g，肥料与HgSO4粉末一起施入土壤，待Hg与土壤钝化1个月后，于移栽前5 d疏松土壤，使土壤含水量稳定在田间持水量的75%左右。烤烟生长过程中管理同一般大田。

1.3 矿质元素含量测定

于移栽后30、45、60、75、90 d 5个时期采集烤烟中部叶，进行矿质元素含量分析。准确称取0.400 0 g样品置于瓷坩埚内，胶头滴管吸取3～4滴95%的乙醇溶液置于样品中间，湿润样品。将装有样品的坩埚置于马弗炉内干灰化，升温至100 ℃稳定0.5 h，升温至250 ℃稳定1 h，继续升温至500 ℃稳定3 h，冷却后用5%的硝酸溶解，用胶头滴管小心洗涤，过滤至50 mL容量瓶中，用5%的硝酸溶液定容至50 mL，用德国产OPTIMA3300DV型ICP-MS分析仪测定滤液中K、P、Ca、Mg、B、Fe、Cu、Zn含量。烟叶Hg含量采用微波消解—原子荧光法测定。

1.4 数据处理

采用Excel 2007进行数据计算和作图，采用SPSS 19.0软件进行差异显著性分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 土壤Hg胁迫对烤烟叶片Hg含量的影响

由图1可以看出，随土壤重金属Hg含量的增加，烤烟中部叶Hg含量逐渐增大。从烤烟整个生育期来看，烤烟中部叶Hg含量表现为先降低后增加再降低的趋势，且以100 mg/kg处理最高。移栽后45～60 d烟叶Hg含量逐渐增加，可能是由于此时为烟株的旺长期，外界环境中光、温、水等自然因素为烟草生长提供较为适宜的条件，在叶片组织结构增大的同时，从土壤中吸收和从烟草根、茎部位转移重金属Hg较多。

图1 土壤Hg胁迫下烤烟中部叶Hg含量变化趋势

2.2 土壤Hg胁迫对烤烟叶片矿质元素含量的影响

由图2可知，对于矿质元素K、P、Ca、Mg来说，总体上其含量随着生育期的推进逐渐降低，至移栽后45～75 d趋于稳定；而后K、P含量总体呈降低趋势，Ca、Mg含量总体稳定。总体上，随着土壤Hg含量增加，K、P、Ca、Mg含量降低，并且这4种元素含量在土壤不同Hg含量处理间的差异于移栽后90 d变得非常小。由此可以看出，重金属Hg在不同程度上抑制了烟叶对4种矿质元素的吸收，这也在一定程度上验证了吴娟等[8]的结论。

对于微量元素B、Fe而言，其含量总体上随着生育期的推进呈先下降后增加的趋势，土壤不同Hg含量胁迫下其含量均以烤烟移栽后30 d最高；B含量在烤烟移栽后45、60 d较低，Fe含量在烤烟移栽后60 d最低，之后2种元素含量均逐渐升高。总体上，随着土壤Hg含量增加，B、Fe含量降低，并且这2种元素含量在土壤不同Hg含量处理之间的差异于移栽后75 d变大，至移栽后90 d，B含量在土壤不同Hg含量处理之间的差异仍较大，而Fe含量差异变小(图2)。

对于微量元素Cu、Zn来说，随着生育期的推进，其含量变化整体呈降低—增加—降低趋势，两者含量均在移栽后30 d最高、45 d最低。总体上，随着土壤Hg含量增加，Cu、Zn含量降低，并且这2种元素含量在土壤不同Hg含量处理之间的差异于移栽后90 d变小(图2)。

综上，土壤Hg胁迫下烟叶矿质元素含量均低于CK。因此，在通过测定烟叶营养元素含量指导大田生产时，除了考虑施肥、品种等因素外，还应该考虑土壤重金属的污染程度。

图2 土壤Hg胁迫下烤烟叶片中矿质元素含量的变化趋势

2.3 土壤Hg胁迫下烤烟叶片中矿质元素含量之间的相关性

从表1可以看出，就CK而言，烤烟叶片K含量与Mg含量、B含量与Zn含量均呈显著负相关。就低含量(≤30 mg/kg)Hg处理而言，烤烟叶片中K含量与P、Mg含量呈极显著正相关，与Ca含量呈显著正相关，与Fe含量呈极显著负相关；P含量与Ca、Mg含量呈极显著正相关，与Zn含量呈显著负相关，与Fe含量呈极显著负相关；Ca含量与Mg含量呈显著正相关，与Fe、Zn含量均呈显著负相关；Mg含量与Fe含量呈极显著负相关。就高含量(≥50 mg/kg)Hg处理来说，K含量与P、Mg、Fe含量均呈极显著正相关，与B含量呈显著正相关；P含量与Mg、B、Fe含量呈显著正相关；Mg含量与Fe含量呈极显著正相关，与B含量呈显著正相关；B含量与Fe含量呈显著正相关。综上，Hg处理烤烟叶片矿质元素含量之间的相关性较CK增强。

表1 土壤Hg胁迫下烤烟叶片中矿质元素含量之间的相关性

注：*、**分别表示相关性在0.05水平上显著、在0.01水平上极显著。

3 结论与讨论

烤烟所需的矿质元素主要来自土壤养分的供应，烤烟在大田生长过程中不可避免地会受到外界重金属污染，而重金属对植物毒害作用的一个重要表现就是影响植物对矿质元素的吸收[9]。本研究发现，烤烟中部叶Hg含量随着土壤Hg含量的增加逐渐升高；总体上烟叶中的8种矿质元素含量均随Hg含量的增加逐渐降低，这可能与逆境胁迫影响土壤养分的有效性以及烟株对养分的吸收能力有关[10-12]。低含量(≤30 mg/kg)Hg胁迫下烟叶中的Mg含量与CK差异不明显，这说明低含量Hg对烤烟叶片光合效率的影响并不明显，烟叶能够正常合成叶绿素并进行光合作用[7]；高含量(≥50 mg/kg)Hg胁迫下烟叶中Mg含量明显低于CK。包曙光等[13]研究认为，高含量重金属胁迫显著影响向日葵幼苗对矿质元素的吸收和累积。本研究结果表明，烟叶中的8种矿质元素含量总体均在Hg含量为100 mg/kg时降到最小值。这是因为高含量Hg胁迫下烤烟的光合作用以及呼吸作用受到明显抑制，叶片细胞主动运输吸收矿质元素的能量大大减少，再加上自身参与矿质元素运输的相关蛋白酶活性受到影响，最终烟叶矿质元素的积累量降到最低。

本研究发现，烤烟叶片K、Mg、Fe 3种元素含量在Hg胁迫下有极显著的相关性，低含量(≤30 mg/kg)Hg处理下烤烟叶片中K含量与Mg含量呈极显著正相关，高含量(≥50 mg/kg)Hg处理下烤烟叶片K、Mg、Fe 3种元素含量存在极显著正相关，这可能是由于重金属Hg含量增大，烤烟叶片自身细胞膜遭到严重损害[14]，引起细胞壁通透性增强，致使上述3种元素参与的烟叶生理代谢过程发生异常变化。

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Effect of Mercury Stress in Soil on the Contents and Correlation of Mineral Elements of Flue-cured Tobacco Leaves

CHEN Ming1,ZHAO Mingqin2*,XU Yueqi2,3,CHEN Fayuan2,YOU Fangfang2,LI Hui2,JIN Hongshi1,JIN Jianghua1

(1.Tobacco Industrial Limited Company of Jilin,Changchun 130000,China; 2.College of Tobacco,Henan Agricultural University/National Tobacco Cultivation Physiology and Biochemistry Research Center, Zhengzhou 450002,China; 3.Pingdingshan Tobacco Company of Henan Province,Pingdingshan 467000,China)

Differences of mineral elements content in flue-cured tobacco leaves under the stress of heavy metal mercury(Hg) were studied by the outdoor pot experiment in which five mercury concentrations (0, 10,30,50,100 mg/kg) were set.The results showed that the content dynamic changes of eight kinds of mineral elements in flue-cured tobacco leaves under Hg stress were not the same.With the development of growth period of tobacco,the contents of K,P,Ca and Mg in leaves gradually decreased; the contents of B and Fe in leaves firstly decreased,then increased,and reached the highest at 30 d after transplanting; the content of B reduced to the minimum at 45 d after transplanting and the content of Fe reduced to the mi-nimum at 60 d after transplanting;the contents of Cu and Zn first decreased,then increased, and decreased again,both reached the highest at 30 d after transplanting and reduced to the minimum at 45 d after transplanting.The Hg content in middle leaves of tobacco gradually increased as Hg concentration in soil increased.As a whole,the eight kinds of mineral elements in tobacco leaves decreased as Hg concentration increased.There existed very significant correlation among K,Mg and Fe contents in tobacco leaves under Hg stress.

flue-cured tobacco; mercury; mineral elements; content; correlation

2015-08-20

中国烟草总公司山西省公司重点科技攻关项目(JY201201)

陈 明(1984-)，男，吉林长春人，助理工程师，本科，主要从事卷烟配方研究工作。E-mail：20929555@qq.com

*通讯作者：赵铭钦(1964-)，男，河南新密人，教授，博士，主要从事烟草质量评价研究。E-mail：zhaomingqin@126.com

S572; X503.231

A

1004-3268(2016)02-0044-05