亚硒酸钠对矮脚黄白菜农药残留和重金属积累的影响

张焕仕，孟美瑶，赵飞，刘畅，朱昌玲

(1.南京野生植物综合利用研究院，江苏 南京 211111； 2. 南京师范大学生命科学学院，江苏 南京 210023)

我国是农业大国，农药和化肥是农业增产的主要依靠。然而，在利益驱动、害虫的农药抗性增强、地力持续下降等多种因素作用下，农药和化肥滥用情况十分严重，加上工业污染、大气污染等其他因素，导致土壤环境持续恶化，部分农作物、果品蔬菜及其制品中重金属和农药残留严重超标[1-3]。重金属和农药残留在农产品中的积累不仅会显著影响农产品的数量与质量，更重要的是它将通过食物链进入人体，对人体新陈代谢及正常的生理作用产生明显损害，进而导致各种慢性或急性疾病的发生[3]。因此，如何解决农产品重金属和农药残留问题已成为保障人民生命安全、增强消费者信心、促进现代农业产业健康发展的关键。

硒是一种重要的人体必需微量元素，具有抗氧化、抗癌、提高机体免疫力等多种生物学功能[4-5]。虽然硒不是植物生长的必需元素，但是其可以影响植物的生长发育、参与调控植物的光合和呼吸作用、抵御植物体内自由基伤害以及提高植物抗逆能力等[6]。近年来越来越多的研究表明，硒能够与多种重金属元素产生拮抗效应，降低植物对重金属(如Cr、Hg、Cu、Pb、As等)的吸收[7-8]。同时，在部分农药残留降解技术中也应用了含硒成分[9-11]，这提示硒可能也参与了农药残留降解过程，然而目前未见到硒对农药残留的影响研究。本研究采用盆栽试验考察了不同浓度和pH的亚硒酸钠溶液对苗期矮脚黄白菜啶虫脒残留和重金属积累的影响，以期为探索硒在农药残留降解技术中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

盆栽用土选用淮安市逸源农业有限公司生产的营养土，总养分含量≥2%，有机质含量>28%。矮脚黄白菜(BrassicacampestrisL. ssp.chinensisMakino var.communisTsen et Lee cv. Aijiaohuang)种子购自市场，该品种为南京地区优良品种，是系列矮脚黄中选育而成的一个定型品种，生长期40-60 d。

分别配制浓度为0、1、5、10 mg/L的Na2SeO3溶液，并利用稀盐酸溶液和NaOH溶液调整各浓度Na2SeO3溶液的pH为6.5、7.0、7.5备用。市购杀虫农药啶虫脒并配制浓度为10 mg/L备用。

1.2 试验设计

设置3×4双因子正交试验，变量因子为Na2SeO3溶液的浓度和pH，具体设计见表1，共12个处理，每处理重复3次，共计36盆，随机区组排列。

表1 试验设计

1.2 试验处理

试验在南京野生植物综合利用研究院光照培养箱中进行。试验用盆为15 cm×15 cm×10 cm的塑料盆，每盆装营养土300 g、CdCl2·2.5H2O 3 mg、 PbCl2600 mg后混合均匀。2017年3月15日在每盆种植五粒矮脚黄白菜种子，浇透水后放入光照培养箱中培养，白天温度28℃-30℃，夜间温度20℃-22℃，光照12 h/d。10 d后每盆保留长势一致的3株苗。生长期间每隔5 d每盆施加50 mL自来水。20 d时按照试验设计在每株白菜叶面喷施相应浓度和pH的Na2SeO3溶液1 mL，25 d后在每株白菜叶面均匀喷施10 mg/L啶虫脒1 mL。2017年4月28日结束试验收获植株，进行相关指标测定。

1.3 测定方法

常规方法测定植物全株鲜重、叶片数、株高，叶绿素含量采用80%丙酮浸提法[12]。重金属含量采用ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪测定。农药含量测定采用下述方法：

前处理：将3.0 g剪碎后样品放入10 mL离心管中。在离心管中加入20 mL分析纯乙腈，放在涡旋震荡仪上涡旋3 min后，再超声10 min，加1 g NaCl和2 g无水MgSO4，放在涡旋震荡仪上涡旋1 min后，放入低速离心机在4000 r/min的条件下低速离心5 min。用10 mL移液管吸取10 mL有机相(上清液)通过放有棉花和无水Na2SO4的漏斗过滤后，使用旋转蒸发仪旋干。在旋蒸球中加入2 mL色谱纯正己烷定容，定容后的液体过滤膜除杂后，注入棕色小瓶中，用封口膜封口后贴上标签放入4℃冰箱保存备用。

制作标准品：将10 mg啶虫脒标准品溶解于丙酮∶正己烷=1∶1，定容于10 mL容量瓶中，并超声2 h。将配置好的浓度为1000 mg/L的标准品使用色谱纯正己烷稀释到浓度为1 mg/L，进气相色谱柱进行分析，得到啶虫脒标准品出峰时间在9.9 min处。

色谱条件(Agilent GC 7890A)：色谱柱：DB-17毛细管柱，30 m × 0.25 mm × 0.25 μm；检测器：电子捕获检测器(ECD)；进样口温度：260℃；检测器温度：300℃；载气(N2)：2.0 mL/min；进样模式：部分进样；进样量：1.0 μL；柱温：初始温度150℃，40℃/min升至280℃，保持8.5 min；尾吹气(N2)：40 mL/min。

将前处理好的试验样品分别进柱检测，记录试验数据。农药残留量计算公式(1-1)计算农药残留量。

(1-1)

式中：R—农药残留浓度(mg/kg)；

Q—标准品浓度(mg/kg)；

S1—实验样品的峰面积；

V—样品定容体积(mL)；

S—标准品的峰面积；

W—样品鲜重(g)。

1.4 测定方法

数据采用SPSS 19.0统计软件One-Way ANOVA程序进行统计和分析，利用邓肯(Duncan)新复极差法进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对矮脚黄白菜生长的影响

由表2可知，土壤中的重金属显著抑制了矮脚黄白菜的生长，而喷施不同浓度和pH的Na2SeO3溶液对于白菜具有普遍的促生效果，其中T2处理的株高最高，T5处理的植株鲜重最高，T2和T5叶片数最高都达到了8片。

表2 不同处理对矮脚黄白菜生长的影响

注：*P< 0.05表示差异显著，**P< 0.01表示差异非常显著，下同。

Note:*significant difference atP< 0.05;** significant difference atP< 0.01.

2.2 不同处理对矮脚黄白菜叶绿素含量的影响

由表3可知，在喷施不同浓度及pH的Na2SeO3溶液后，T1和T9的叶绿素a显著高于对照和其它处理，T2至T7的叶绿素b与对照相比出现下降趋势；除了CK1外，T1和T9的叶绿素总量显著高于其他处理。总体而言，T1处理提高叶绿素含量的效果最好。

表3 不同处理对矮脚黄白菜叶绿素含量的影响

2.3 不同处理对矮脚黄白菜啶虫脒含量的影响

由表4可见，在喷施不同浓度及pH的Na2SeO3溶液后，与对照相比，各处理的啶虫脒含量显著下降。其中，T4的啶虫脒消解率最高达到79.88%，消解率最低的T3处理为17.40%。总体而言，5 mg/L的Na2SeO3溶液降解啶虫脒效果优于其他处理，平均消解率达到61.76%，其中pH 6.5时的效果最好。

表4 不同处理对矮脚黄白菜啶虫脒含量的影响

2.4 不同处理对矮脚黄白菜重金属含量的影响

由于样品数量有限，相同浓度不同pH的Na2SeO3溶液处理的样品合并到一组进行重金属含量检测。由表5可知，在喷施不同浓度及pH的Na2SeO3溶液后，除10 mg/L处理外，低、中浓度的Na2SeO3溶液可以非常显著地降低Cd和Pb两种重金属的积累。与对照相比，1 mg/L Na2SeO3溶液处理的Cd最高降低34.68%，5 mg/L Na2SeO3溶液处理的Pb最高降低34.08%。总体而言，施用浓度为5 mg/LNa2SeO3溶液处理对于降低Cd和Pb两种重金属的积累综合效果最好。

表5 不同处理对矮脚黄白菜重金属含量的影响

3 讨论

大量研究已证明，叶面适度施硒可以促进植物生长发育，而高浓度硒对植物有毒害作用。邵志慧等[13]研究表明，亚硒酸钠溶液浓度低于0.5 mg/L时浸种可以促进苗期小麦生长，而浓度高于5 mg/L时有毒害作用。董石峰等[14]研究表明，与对照相比，喷施低、中浓度亚硒酸钠可显著提高小麦各器官干物质积累量及千粒重，以低浓度效果最佳，而高浓度则作用相反。在本研究中，土壤中添加重金属抑制了矮脚黄白菜的生长，而喷施低、中浓度的Na2SeO3溶液对于植物具有促生效果，而高浓度喷施则会减少叶片数。这可能是因为硒可以增加植物叶绿素含量、修复受损的叶绿体，提高植物光合效率，在一定程度上缓解重金属对植物的胁迫作用[15]。也有学者认为硒可以清除在植物体内由重金属胁迫产生的有害氧化性物质，维持机体氧化还原物质正常含量，保护膜结构和功能的完整性，从而提高植物对重金属胁迫的抗性[16-17]。薛竟一等[18]研究表明，叶面喷施亚硒酸钠可有效提高葡萄叶片叶绿素含量，从而增加叶片光合量并进一步延缓叶片衰老。钟松臻等[19]研究表明，水稻叶面喷施硒肥可以有效地缓解叶片衰老，提高叶片叶绿素含量从而增加叶片光合量。本研究中喷施Na2SeO3溶液对植物叶绿素含量有提高效果，但也出现了不升反降的现象，这可能由溶液pH不同所致。

目前还没有硒在农药残留降解中的应用研究，但在部分发明专利中使用了含硒成分。在“一种含硒农药残留清除剂”中应用了亚硒酸钾或亚硒酸钠[9]，在“一种缓释可降解残留农药、降低重金属含量的土壤硒肥及其制备方法”中使用了亚硒酸钾[10]，在“一种能促进果蔬生长降解残留农药的生物肥料”中应用了亚硒酸钾[11]。这表明亚硒酸钠或亚硒酸钾可能作为主要或重要成分参与了农药残留降解过程。本研究结果表明，叶面喷施不同浓度及pH的Na2SeO3溶液促使各处理的啶虫脒含量显著下降。这可能是因为硒被叶面吸收后可以刺激植物细胞内某些生物酶产生特殊的生理活性，加速农药残留中高分子碳氢化合物分子链的老化、断裂，使农药大分子化合物因改变结构而失去毒性，减少了植物体内的农药残留[9-10]。然而，硒是否参与农药残留降解过程及其降解机理仍需要大量试验进行验证和深入研究。

Fargašová等[7]研究表明，加硒能够显著降低Cd、Zn、Cu和Pb在芥菜(SinapisalbaL.)地上部分的积累；He等[8]的大田试验表明，给Pb和Cd胁迫的莴苣(LactucasativaL.)施用亚硒酸盐，显著降低了这两种重金属在植物地上部的含量。戚霄晨等[20]研究表明，甜樱桃(PrunusaviumL.)果实和叶片中的硒含量随施硒浓度的增加而递增，重金属Cd和Pb的含量均有不同程度的降低。本研究结果也表明，低、中浓度的Na2SeO3溶液可以非常显著地降低Cd和Pb两种重金属在矮脚黄白菜叶片中的积累，而高浓度喷施则效果不明显。这可能因为硒可以和重金属形成Se-重金属复合物，从而减少植物对重金属的吸收[21]。还有学者[22-23]认为硒可以激活植物螯合肽(Phytochelatin，PC)合成酶及增加PC的合成前体GSH，使植物有条件产生更多的PC，配合更多的重金属离子形成重金属-PC 螯合物，从而使重金属离子失去活性，最终达到缓解植物重金属胁迫和累积的作用。

4 结论

叶面喷施不同浓度和pH的亚硒酸钠溶液对于矮脚黄白菜具有一定的促生效果，其中以浓度为1 mg/L且pH 7.0时的促生效果最好，叶绿素含量最高；在5 mg/L且pH 6.5时，可以显著降低叶片中农药啶虫脒和重金属Cd、Pb含量；浓度为10 mg/L时对降低重金属含量的效果不明显。本研究表明，亚硒酸钠在降低植物农药残留和重金属积累方面具有一定的应用潜力。