汾河植物体灰藜中重金属元素Cu的分布特征研究

李奋强

(太原市城市排水监测站，山西 太原 0300012)

有些重金属元素是植物生长过程中所必需的微量营养元素，也有些重金属元素是植物生长过程中不需要的元素，植物吸收这些重金属元素过量后，会影响植物的生长甚至导致其萎缩致死。Cu是植物正常生命所必需的微量矿物质元素，它所参与的生命活动十分广泛。Cu是细胞色素氧化酶、多酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶、多胺氧化酶等氧化酶和过氧化物歧化酶的组分，参与呼吸等代谢中的氧化还原反应[1-2]。

许多学者研究表明重金属元素在植物体内不断循环[3]。重金属离子进入植物根部后，一部分被贮存，一部分被转运到茎叶部分。许多实验证明重金属主要分布在植物的根部，但流动性较大的重金属元素可以通过导管向上迁移到叶片中[4]。植物吸收重金属的生理过程可能有两种方式:一种是重金属在细胞壁质外空间的吸收;另一种是重金属透过细胞质膜进入植物细胞，植物可通过根部直接吸收水溶性重金属。重金属进入根细胞质后，存在游离金属离子形态，但当细胞质中游离金属离子过多时，对细胞会产生毒害作用，干扰细胞的正常代谢。本实验选取了汾河胜利桥段的植物灰藜作为研究对象，利用火焰原子吸收分光光度法对其不同部位重金属元素Cu的含量进行了对比研究，初步探讨了重金属元素Cu在植物体内的分布特征。

1 实验部分

1.1 主要仪器及试剂

仪器：TAS-990型原子吸收分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；摩尔Molelement元素型超纯水器，上海摩勒生物科技有限公司；电子天平，北京赛多利斯天平有限公司；电热板，湖北英山无线电元件厂；电热恒温干燥箱，天津市津北真空仪器厂。

试剂：实验过程中所用的HClO4，优级纯，西安化工厂；HNO3，优级纯，北京化工厂；重金属Cu标准溶液，北京有色金属研究院，质量浓度为1 000 μg/mL，使用时配制所需浓度。实验均用超纯水。

1.2 植物样品的采集及预处理

在汾河胜利桥段共选2个采样点，主要采集具有代表性的灰藜(藜科)植物，样品皆为整株采集后放入聚乙烯塑料袋中带回实验室，然后将其用自来水洗净和用去离子水冲洗后，用剪刀将植物的根(G)、茎(J)、叶(Y)分离、用搅拌粉碎机粉碎、自然风干、备用。

1.3 植物中重金属Cu的分析方法

把洗好的植物样品，将根、茎、叶、果实剪好，并自然风干后置于消化瓶中，放入烘箱中，在40 ℃下烘12 h;将烘干后的植物样品，放入密封袋中保存备用;称取(1.000±0.012)g待测样品，在通风橱内用(HNO3-HClO4)加热消解，在电热板上灼烧，然后定容到50 mL。消解方法如下:已经剪好烘干的植物样品根、茎、叶、果实，放入干燥器中冷却待用；从干燥器中取出样品，用电子天平称取(1.000±0.012)g植物样品，放入编号对应的消化瓶中；每个消化瓶中加入8 mL优级纯HNO3，盖上玻璃盖，隔夜12 h，第二天加2 mL HClO4；将加好混酸的消化瓶放在电热板上缓慢加热消化，开始有棕色气体释放，在这加热过程中来回移动消化瓶，防止消化瓶局部受热；保持微沸状态，直至冒白烟、溶液变清并近干为止。如没变清可补加适量的硝酸继续煮沸至溶液变清。将消化瓶从电热板上取下，冷却，用2% HNO3冲洗消化液，移入50 mL容量瓶中，并用2% HNO3的定容、摇匀、离心、待测。

样品采用火焰原子吸收光谱仪(TAS-990，北京普析通用仪器有限责任公司)进行测定,试验中标准溶液的配制均为分析纯。把所测得的吸光度数据进行换算为植物体中的重金属含量。工作条件如下表1所示。

表1 TAS-990原子吸收分光光度计工作条件

2 植物体内重金属的分布

利用Originpro软件绘制重金属元素的分布特征图。

植物灰藜根、茎、叶不同部位中重金属元素Cu含量的分布如图1所示。

图1 植物不同部位的Cu含量

铜元素主要以Cu2+的形式被植物吸收，当Cu浓度较高时对植物有明显的毒害作用。一般来说，植物体内铜元素的正常含量是0.4 mg/kg～45.8 mg/kg。

从图1中可以看出：

1) 从曲线变化趋势来看，采样点中的植物体根、茎、叶中Cu元素含量变化趋势大致相同，根>茎>叶；

2) Cu含量最高的是灰藜根(胜利桥东)，约22.1 mg/kg左右；含量均在植物体内铜元素的正常含量范围，说明各采样点的植物没受到重金属Cu的污染。

3 结论

1) 灰藜植物体中重金属元素Cu在不同部位中的含量分布是根>茎>叶，说明植物在吸收和累积重金属元素时，其主要在根系。

2) 研究发现该河段植物体灰藜中重金属元素Cu在正常值范围之内，说明没有受到污染。