砂基培养柽柳对菲的吸收及分布研究

王 攀，孙爱花，张光耀，郭庆斌，李 格，崔康佳，陈少华，姜理想，谢文军*

（1.滨州学院生物与环境工程学院，山东 滨州 256603；2.滨州职业学院，山东 滨州256600）

近年来，因石油开采由内陆向海域转移，国内外滨海区域遭受石油污染的事件时有发生，2010年发生的Deepwater Horizon石油泄漏事件，造成了约480万桶原油进入墨西哥湾，海岸线污染区域超过了1600 km，滨海湿地植被及生态功能受损严重，至今尚未恢复[1,2]。据统计，我国采油区周边土壤总石油烃（TPH）含量已远超500 mg/kg的临界值[3]。柽柳（Tamarix chinensis Lour.）耐盐、适应性强，是滨海湿地生态系统中的优势植物物种，对于维护滨海生态系统稳定发挥重要作用，但其对石油污染响应的报道很少。

石油组分复杂，由脂肪烃、芳香烃、沥青、胶质等成分组成，一般条件下，脂肪烃在土壤中降解较快，而沥青、胶质等组分则较稳定，在土壤等介质中赋存时间较长，芳香烃组分具有挥发性，易在生物体富集转化，进而危害机体健康，影响环境质量[4]。本文以石油典型芳香烃组分菲为研究对象，研究滨海湿地优势植物物种柽柳生长对菲污染的响应，对菲的吸收及体内分布特征，旨在为分析评价石油等污染物对滨海生态系统的影响，以及滨海植物吸收、转运菲等物质提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

菲购自Aldrich Chemical Co.，纯度〉98%。石油醚（60～90℃）、丙酮、正己烷、二氯甲烷、无水硫酸钠、层析用硅胶（200～300目），均为分析纯，海砂为化学纯，经高锰酸钾浸泡，清水洗净后晾干。主要仪器包括：KQ-300DE数控超声波清洗器，RM-3旋转浓缩蒸发仪，气相色谱仪（Aligent7890A）。柽柳为1个月苗龄的实生苗，培养液为Hoagland半强度营养液。

1.2 试验方法

将海砂装入直径为20 cm的塑料钵中，植入柽柳苗，每钵3株，清水浇透，置光照培养室中培养2周，期间每天用营养液浇灌，待生长稳定后进行菲污染处理。设置3个菲浓度：0mg/L、5mg/L、10 mg/L，每个浓度重复3次，以0 mg/L作为对照。连续处理14 d后，将柽柳取出，用清水冲洗干净，分成地上、地下两个部分，称重后，分别粉碎、冷冻干燥。同时将试验外砂培种植的柽柳置烘箱中干燥，计算含水量，依此，分别计算不同菲污染处理的植株干重。

称取1～2 g干燥后植株样品，用 10 mL（V/V=1：1）丙酮和石油醚混合液，超声提取30 min，重复3次，将提取液合并后，过无水硫酸钠，在40℃条件下，浓缩近干，用正己烷溶解，过硅胶株净化，用二氯甲烷和正己烷（V/V=1：1）洗脱，洗脱体积30 mL，浓缩近干，再用正己烷定容至2 mL，进行GC分析。

GC条件：HP-5石英毛细柱（30m×0.32mm×0.25 μm），进样口温度为290℃，柱温箱初始温度80℃，保持 2min，然后以 10℃ /min速度升至 290℃，保持5min，进样量1μL，不分流，外标法定量。

1.3 数据分析

富集系数（CF）：植株地上部或地下部体内污染物含量（Cp）与水溶液中污染物浓度（Cw）的比值，即CF=Cp/Cw[5]；

传导系数（TF）：植株地上部富集系数（SCF）与地下部富集系数的比值（RCF），即TF=SCF/RCF[6]。

利用Excel及SPSS13.0统计软件进行试验数据整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 柽柳生物量

不同处理柽柳的生物量见图1。5mg/L、10 mg/L菲处理2周，柽柳地上部、地下部生物量与对照相比有所升高，但未达显著水平，表明处理浓度的菲对柽柳生长没有显著的表观影响。凌婉婷等[7]也发现，1 mg/L的菲、芘对黑麦草生长没有显著的表观毒害效应。已有研究表明盐生植物与甜土植物相比，对菲等污染物具有更强的耐受性[8]。

图1 不同处理柽柳生物量

2.2 柽柳对菲的吸收

植物对非极性有机污染物的吸收，可以看作是污染物在水-根、根-茎叶之间的连续分配过程[9]。由表1可知，柽柳地下部菲的含量显著高于地上部，地上部、地下部对菲的吸收随着菲浓度的增加显著增加（p〈0.05）。植物根系对有机非极性污染物的吸收与其脂肪含量有关[9]，透过细胞壁后，穿越细胞膜进入根系内部。

表1 不同处理柽柳体内菲含量及分布

富集系数可以反映植物对环境中污染物的富集能力，柽柳地下部富集系数大幅高于地上部，这可能因为地下部根系直接接触污染物，且根系中脂肪含量高所致。随着菲浓度增加，柽柳地下部菲富集系数显著降低（p〈0.05）。根系对有机污染物富集主要集中在根表皮中，难以向上迁移[10]，本研究发现柽柳地上部菲含量达1.0～2.0 mg/kg，表明进入根内的菲随着蒸腾拉力向地上部茎叶运输，但富集系数较地下部降低达10倍以上。与地下部相似，随菲浓度升高，富集系数显著降低。黑麦草、秋茄吸收转运菲也有相近的报道[7,11]。对照处理柽柳地上部有菲检出，表明柽柳茎叶能够吸收少量挥发于空气中的菲，但与污染处理相比，所占比例仅为2.0%左右，因而不是菲在柽柳地上部富集的主要途径。对照处理中地下部没有菲检出，表明通过茎叶吸收的菲，难以沿着韧皮部向地下迁移。

2.3 菲在柽柳中的传导

传导系数可以用来反映污染物在植物体内由地下部向地上部的转运能力，TF值越大表明污染物由植物根部向茎叶转移的能力越强。理论上TF值小于1，本研究两个污染处理的TF值较小，在0.08左右（表1），表明菲在柽柳体内由地下根系向地上茎叶转运有限。有机污染物在植物体内运转主要取决于其辛醇-水分配系数（Kow），LogKow为1.0～2.0时，较易在植物体内运转，大于4.0时，在植物体内运转较难，菲的LogKow约为4.55左右[12]，因而，菲在柽柳中TF较小。在两个菲浓度下，TF值相差不大，表明柽柳体内的菲没有随地下部浓度的升高而显著增加。通过荧光观察的方法发现，茎叶中的菲主要分布在叶脉的维管束内，以及附近的海绵组织中，最终到达叶肉进行贮存，并在其中进行降解转化[11]。

对于疏水性强的有机污染物在植物体内运转一直存在争议，茎叶中的污染物是来自地上部的直接吸收还是由地下部转运而来?已有多个报道证实植物地上部的茎叶能够直接吸收周围环境中的有机污染物[13]，本研究表明柽柳地上部直接吸收菲仅占其含量的2.0%左右，因而，尽管菲脂溶性强，在柽柳体内运转较弱，但其地上部菲富集还是主要来自于地下部运转传导。通过同位素示踪结合色谱分析技术证明，菲及其代谢物能够通过灯芯草根向茎叶传导[14]，Wild等采用 TPEM（Two-photon excitation microscopy）技术直接观察了菲的母体化合物在玉米、小麦根中的传导过程[15]。这与本研究发现菲能够在柽柳体内进行传导转运是一致的。

3 结论

（1）5 mg/L、10 mg/L菲连续处理14 d对柽柳生长无显著抑制作用。

（2）柽柳地上部菲富集能力显著低于地下部，富集系数较地下部低10倍以上；菲在柽柳体内传导系数约为0.08左右，在5 mg/L、10 mg/L菲污染条件下，地上部茎叶菲富集主要来自地下部的转运传导。