李 娜,苏 杰,惠伯棣,宫 平
(北京联合大学应用文理学院食品科学系,北京 100191)
煤矿区产鱼腥草中重金属含量测定
李 娜,苏 杰,惠伯棣*,宫 平
(北京联合大学应用文理学院食品科学系,北京 100191)
本文采用国标方法对煤矿区生长的鱼腥草可食部分进行重金属含量检测,以非矿区出产的鱼腥草作为对照。检测结果表明:在煤矿区鱼腥草植株可食部分中,镉、铬、镍、铝、汞五种元素的含量均高于来自非矿区的对照样品,其中矿区鱼腥草植株可食部分中的铅和铬含量超过国标限量。煤矿区生态环境对鱼腥草中重金属含量有负面影响,使得鱼腥草食用安全的风险增加。
鱼腥草,煤矿区,重金属
鱼腥草(HouttuyniacordataThunberg),学名蕺菜,又名侧耳根、猪鼻孔等,属三白草科(Saururaceae)蕺菜属(Houttuynia)植物。在我国江西、江苏、四川、云南、贵州等地有广泛的野生和栽培资源分布。鱼腥草是多年生草本植物,具地下有节茎、心型叶等形态特征[1]。鱼腥草在我国有长期做为普通食品食用的历史[2-5]。其食用和加工方法多样,可被全草食用[6-10]。同时,鱼腥草为我国传统的药食同源植物,在我国传统医学中也被长期使用。其药性寒,味苦辛,入肝、肺二经,主治清热解毒、排脓消痈、利尿通淋、抗感染等[11-13]。
鱼腥草易吸收和富集土壤中铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)等多种重金属[14-16]。并且,鱼腥草的这种吸收能力易受土壤环境因素的调节[17],如:施用柠檬酸可提高鱼腥草对Pb、Zn、Cd和Cr的富集能力[18],施用EDTA可提高鱼腥草对Pb、Zn、Cu和Cd的富集能力[19],施用硝态氮肥可使鱼腥草体内的Pb更易由根部向茎部转移[20],根系微生物可促进鱼腥草将地下部分的Cd转移到地上部[21],使用多效唑可增加鱼腥草对Cr的富集能力[22]。这些属性是鱼腥草重要的生物学特性[23-24]。因此,土壤中的重金属水平对鱼腥草体内的重金属含量有很直接的相关性。鱼腥草的这些生物学特征造成了其食用安全性方面的重大隐患。
在众多的煤矿开采区,野生和栽培鱼腥草资源也很丰富。在客观上,矿区的生态资源(包括地表植被、土壤环境和水文条件等)受到一定程度的污染,如土壤中重金属含量超标。形成矿区土壤重金属超标的主要原因包括:矿区中大量堆积在地表的煤矸石中重金属及氟等有毒物质不断释放进入周边的土壤;采矿废水对矿石及围岩具有较高的溶解性,加剧了矿石及围岩中重金属的溶出。废水携带大量重金属等有害物质进入矿区水体,最终进入土壤。因此,产自矿区的鱼腥草资源中重金属及有害物质的含量和食用安全性受到消费者的关注。如果当地居民长期食用这种受重金属污染的鱼腥草,可能导致重金属的中毒。本文的研究目的在于以重金属为指标评估矿区鱼腥草的安全风险,对煤矿区所生长的鱼腥草进行重金属含量测定,评价其所受到的污染情况,对矿区作物的重金属污染防范提供参考。
1.1 材料与仪器
野生鱼腥草完整鲜植株收集自某煤矿区和对照区的不同地点。煤矿区指产煤作业区20公里半径内区域,对照区指距产煤作业区50公里半径以外、100公里半径以内的区域。二者具有相同生态环境和土壤与气候条件。取自矿区和对照区的样品各6份。每份样品鲜重500 g。用清水洗净每棵植株的泥土,将每棵植株的地上部分(地上茎和叶)与地下部分(有节地下茎和根)分离并收集。将新鲜的植株片段在65 ℃热风下烘干至恒重(约4~5 h)。称量干重,计算每份样品的含水量。用咖啡磨将每份干燥的植物片段粉碎约30 s。粉碎物过80目筛。收集过筛粉末待测。
原子吸收分光光度计为SOLAAR MKII M6型 由Thermo公司提供;原子荧光光谱仪为 AF-610A型 由北京瑞利分析仪器公司提供;四极杆电感耦合等离子体质谱仪为7900型 由安捷伦公司提供。
1.2 实验方法
在本项研究中,所有重金属检测采用已经颁布的国标方法。计算每个地区采集样品检测结果的平均值和相对标准偏差(RSD)。
铅的检测采用GB 5009.12-2010(第一法)方法,检出限为0.005 mg/kg。
铜的检测采用GB/T 5009.13-2003(第一法)方法,检出限为0.005 mg/kg。
镉的检测采用GB 5009.15-2014方法,检出限为0.001 mg/kg。
铬(6价)的检测采用GB 5009.123-2014方法,检出限为0.001 mg/kg。
镍的检测采用GB/T 5009.138-2003(第一法)方法,检出限为0.01 mg/kg。
砷的检测包括无机砷和总砷的检测,采用了GB/T 5009.11-2003(第一法)中的方法,检出限为0.010 mg/kg。有机砷含量值以总砷与无机砷检测值的差计。
总汞的检测采用了GB/T 5009.17-2003(第一法)方法,检出限为0.005 mg/kg。
铝的检测采用GB/T 23374-2009(第一法)方法,检出限为0.05 mg/kg。
2.1 铅
图1为两区样品中铅含量的平均值比较。图1显示:鱼腥草植株地上部分的铅含量明显高于其地下部分。据报道,鱼腥草体内铅累积与土壤理化性质存在一定的相关性,尤其以地下茎的关系最为明显,经过相关性分析,R值可达0.578[17]。据此判断,矿区土壤中铅水平略低于非矿区对照,但只有获得两地区土壤中铅含量的数据比较后才能做出正确的结论,由于经费所限,该项工作仍在计划中。与对照区样品相比,矿区鱼腥草植株地上和地下部分样品的铅含量均略低。其原因可能有两种:一种是植株本身的铅载荷量已达到上限。同样,这种判断也需要进一步的研究来证实;另一种是调节铅在鱼腥草体内铅含量的因素很多。鱼腥草对Pb的吸收与土壤pH、阳离子交换量(CEC)及有机质呈极显著负相关,与速效磷呈极显著正相关[17-20]。由于矿区生态环境中存在的调节Pb吸收的因子种类和数量未见报道,故在此还不能做出最终判断。
图1 各区植物铅含量平均值比较Fig.1 Comparison of the average amount of Pb in plants from different fields
2.2 铜
图2为各地区样品中铜含量的平均值比较。图2显示:对照区植株地下部分的铜含量明显高于其地上部分。矿区植株的情况刚好相反,其原因有待进一步探明。与对照区样品相比,矿区植株地上部分铜含量高出约两倍,地下部分样品铜含量大致持平。有可能是由于植株地下部分的铜吸收达到饱和后再向地上部分转移。这说明铜在矿区植株地上部分中积累显著,受到矿区环境影响。
图2 各区植物铜含量平均值比较Fig.2 Comparison of the average amount of Cu in plants from different fields
2.3 镉
图3为各地区样品中镉含量的平均值比较。图3显示:与对照区样品相比,矿区植株地上部分镉含量均高出约一倍,地下部分样品的镉含量高出约二倍。这说明镉在矿区鱼腥草植株中的积累有显著增加。其地下部分中镉的积累受矿区环境影响更大,增幅更高。由于镉在鱼腥草体内的转移调节机制未见报道,故形成这一现象的原因需进一步的研究来证明。综合地上和地下部分镉含量的增幅,可以认为矿区生态环境导致了鱼腥草中镉含量的增加。
图3 各区植物镉含量平均值比较Fig.3 Comparison of the average amount of Cd in plants from different fields
2.4 铬
如上所述,本项研究中测定的铬是6价铬。图4为各地区样品中铬含量的平均值比较。图4显示:鱼腥草植株地下部分的铬含量高于地上部分的铬含量。与对照区样品相比,矿区植株地上部分的铬含量增加了近4倍,地下部分的铬含量增加了1倍多。综合地上和地下部分铬含量的增幅,可以认为矿区生态环境导致了鱼腥草中铬含量的增加。
图4 各区植物铬含量平均值比较Fig.4 Comparison of the average amount of Cr in plants from different fields
2.5 镍
图5为各地区样品中镍含量的平均值比较。图5显示:与对照区的样品相比,矿区植株地上部分镍含量增加近三倍,地下部分中镍含量也有显著增加。地上部分镍含量增幅更大。由于镍在鱼腥草体内的转移调节机制未见报道,故形成这一现象的原因需进一步的研究来证实。综合地上和地下部分镍含量的增幅,可以认为矿区生态环境导致了鱼腥草中镍含量的增加。
图5 各区植物镍含量平均值比较Fig.5 Comparison of the average amount of Ni in plants from different fields
2.6 铝
图6为各地区样品中铝含量的平均值比较。图6显示:与对照区样品相比,矿区植株地上部分的铝含量增加了四倍多,地下部分的铝含量增加近一倍。其中地上部分中铝的积累增幅更大。由于铝在鱼腥草体内的转移调节机制未见报道,故形成这一现象的原因需进一步的研究来证实。综合地上和地下部分铝含量的增幅,可以认为矿区生态环境导致了鱼腥草中铝含量的增加。
图6 各区植物铝含量平均值比较Fig.6 Comparison of the average amount of Al in plants from different fields
2.7 砷
图7为各地区样品中总砷、无机砷和有机砷含量的平均值比较。图7显示:与对照区的样品相比,矿区植株地上部分的总砷、无机砷和有机砷含量均略低,地下部分中无机砷含量低一倍多,有机砷含量低约九倍,总砷含量低两倍多,降幅显著。目前未见矿区土壤中砷含量和调节吸收因子的报道,故其原因需要进一步的研究证实。来自两区的样品检测结果比较显示砷在植株体内分布也发生变化。对照区样品:地下部分含量>地上部分含量;矿区样品:地上部分含量>地下部分含量。其中以有机砷分布变化幅度最大。由于未见植株体内调节砷分布因子的报道,故其原因需要进一步的研究探明。
图7 各区样品总砷、无机砷和有机砷含量平均值比较Fig.7 Comparison of the average amount of total As,inorganic As and organic As in different parts from different fields
2.8 汞
表1 植株重金属含量与国标限量比较Table 1 Heavy metal amount comparison of plants with the maximum limits of national standards
注:*样品为油脂;**样品为面食制品;***样品为蔬菜罐头。图8为各地区样品中总汞含量的平均值比较。图8显示:鱼腥草地上部分的总汞含量明显高于其地下部分。与对照区的样品相比,矿区植株地上部分总汞的含量有显著增加,地下部分的总汞含量与对照组的基本持平。综合地上和地下部分总汞含量的增幅,可以认为矿区生态环境导致了鱼腥草中总汞含量的增加。
图8 各区样品总汞含量平均值Fig.8 Comparison of the average amount of total Hg in different parts from different fields
2.9 鱼腥草中重金属含量与国标限量的比较
根据各样品含水量,计算各样品干物质质量分数,折算其鲜重中重金属的含量,与GB 2762-2012《食品安全国家标准-食品中污染物限量》等国标中的重金属限量标准比较,结果详见表1。
表1显示鱼腥草植株富集铅的能力确实较强,两区的植株均处于铅超标的状态,其食品安全性存在显见的风险;虽然矿区环境增加了其中的镉富集水平,但来自两区的植株中镉的富集水平均未超过国标限量;矿区植株地上和地下部分中铬的含量均已明显超标,且矿区生态环境大幅提升了植株体内铬的积累水平。已经证明:六价铬具有较强的毒性。进入体内后一般会囤积在肝和肾脏,以慢性毒性为主,逐渐导致脏器衰竭;由于国标中的限量是针对油脂的,在未知食物暴露量的前体下,鱼腥草中的镍含量与国标限量不具可比性;来自两区的植株中总砷水平均未超标;两区植株中总汞的含量均未超标;由于国标中的限量是针对面食制品的,在未知食物暴露量的前体下,植株中铝的含量与国标限量不具可比性;两区植株体内铜的含量均未超标。
鱼腥草在生理上具有富集重金属的生物学特性。本项研究的结果表明:来自矿区和对照区的鱼腥草地上和地下部分的铅含量均超过国标限量。因此,铅可以被认为对鱼腥草食用安全性的重要风险。同时,矿区生态环境大幅提升了鱼腥草体内铬的积累水平,来自矿区植株的地上和地下部分中铬的含量均已超过国标限量。此外,来自矿区鱼腥草可食部分中的镉、汞含量虽未超过相关国标限量,但均高于对照样区样品。镍、铝虽然在国标中的限量针对特类食品,但来自矿区的鱼腥草可食部分含量也高于对照样区样品。因此,可以认为:矿区的生态环境导致鱼腥草体内的一些重金属含量升高,降低了其食用安全性。
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Heavy metal determination ofHouttuyniacordataThunberg from coal mining fields
LI Na,SU Jie,HUI Bo-di*,GONG Ping
(Department of food science,college of applied arts & science,Beijing Union University,Beijing 100191,China)
HeavymetalcontentsinediblepartofHouttuynia cordataThunbincoalmineareaweredetectedbynationalstandardmethod,withHouttuynia cordataThunbsamplesinnon-miningareausedascontrol.TheresultsshowedthatthecontentofCd,Cr,Ni,AlandHgintheediblepartoftheplantfromcoalminingfieldswerehigherthanthatincontrolsamples.ThecontentofPbandCrintheediblepartsofHouttuynia cordataThunbincoalminingfieldsexceededthenationalstandardlimit.TheecologicalenvironmentincoalminingareahadanegativeeffectonheavymetalcontentinHouttuynia cordata,whichincreasedfoodsafetyriskofHouttuynia.
Houttuynia cordataThunberg;coalminingfield;heavymetal
2016-04-08
李娜(1976-),女,硕士,讲师,研究方向:环境史,E-mail:lina1@buu.edu.cn 。
*通讯作者:惠伯棣(1959-),男,博士,教授,研究方向:食品科学,E-mail:bodi_hui@buu.edu.cn。
2013国家社科基金(13CZS059)。
TS207.3
A
1002-0306(2016)21-0309-05
10.13386/j.issn1002-0306.2016.21.051