锶在土培辣椒不同器官中的富集与迁移规律

姜晓燕，刘淑娟，闫 冬，何映雪，丁库克

(1．中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所放射生态学研究室，北京 100088；2．新疆医科大学附属肿瘤医院，新疆乌鲁木齐 830011)

目前开展放射生态学研究已成为研究的热点，一方面集中在研究放射性核素在生态环境中的富集与迁移特征，寻找超富集植物，对放射性核素污染土壤具有修复潜力的植物筛选和培育，进行生物修复方面研究；另一方面对可食植物蔬菜等食品进行放射性风险评估以及研究食用后对机体健康产生的影响。锶-90为核试验及核电站事故特征性人工放射性核素，为长寿命核素，物理半衰期29.1年[1]，核试验产生的放射性落下灰通过沉降落在土壤、植物表面，可经植物叶片吸附、吸收和根系吸收而进入植物体内，经过植物的代谢及食物链之间的各级生物体循环，对食物链内各级生物体及人类造成潜在的内、外照射危害[2]。锶-88是放射性核素锶-90的稳定同位素，两者具有相同的化学性质和环境行为，本研究利用稳定性核素锶-88替代放射性核素锶-90。前期已对叶类、茎类蔬菜进行此方面研究[3]，但对于以常用果实类蔬菜辣椒(Capsicum annuum L.)为代表的果类蔬菜研究报道较少，因此，本研究采用土培实验方式，探讨辣椒对锶的迁移和富集能力。本次实验研究目的是掌握果实类蔬菜对锶的富集特征，为核事故后食品安全风险评估提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 实验核素

选用锶的稳定核素锶-88的化合物模拟锶-90研究，锶-88的化合物无毒，易溶于水，本实验采用SrCl2·6H2O提供Sr2+，为优级纯试剂，由国药集团化学试剂有限公司生产。

1.2 主要仪器

电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES，Spectro Arcos，德国)、Milli-Q纯水仪、组织研磨仪、粉碎机、离心机、分光光度计、恒温水浴、分析天平、微波消解仪等。

1.3 实验蔬菜

选择国内大部分地区均有栽培的常见食用蔬菜——辣椒作为研究对象。辣椒为十字花科，萝卜属，果实供食用，为果菜类蔬菜。辣椒种子购自中国农科院中蔬良种研究开发中心。

1.4 实验土壤及理化性质测定

供试土壤采自北京市昌平区兴寿镇农田，采样深度为表层0～20 cm褐土，pH值为7.45，有机物含量为16.85 g/kg、测定该土壤中的本底总锶浓度均值为159.33 mg/kg。取3.0 kg的风干土壤于聚乙烯塑料花盆中，直径为25 cm，高为20 cm。锶以SrCl2·6H2O溶液形式均匀地拌入土壤中，所用去离子水中锶的浓度为6.0×10-5μg/mL。每个处理浓度设3个重复。土壤加锶处理后，室温静置14 d，使其在土壤中锶浓度达到平衡状态，备用。土壤理化性质测定：土壤pH值测定采用玻璃电极法，水土比为2.5∶1(V/m)，水溶液为0.01 mol/L的CaCl2溶液；有机质含量测定采用水合热重铬酸钾氧化-比色法。

1.5 实验分组

实验设置空白对照组1组：以土壤中锶本底值159.33 mg/kg为对照组，记为CK；土壤污染组为5组：设置锶含量为对照组的1.5、2、2.5、3和3.5倍，分别记为Sr1.5、Sr2、Sr2.5、Sr3和Sr3.5。

1.6 辣椒种植与管理

种植地点在北京昌平区兴寿镇一个农用大棚内，光照周期为10 h。植物生长温度为20～25℃。首先将辣椒种子播种于平衡好的土壤中，每盆均匀播种6粒，出苗后，减株至每盆保留3棵植株，实验期间定期按需浇去离子水，维持土壤中持水量在70%左右，各组的实验条件保持一致。待生长周期结束后，收取辣椒样品和土壤样本进行锶含量的测定。

1.7 样品处理与测试

1.7.1 土壤样品处理土壤样品经风干研磨，过100目筛，准确称取0.10 g，置于微波加热高压聚四氟乙烯消解罐中，加入6 mL硝酸与2 mL氢氟酸，放于微波消解仪(Mars，美国)中进行消解，冷却，加入1 mL高氯酸在电热板上敞口加热，待酸液挥发，加入1 mL硝酸微热，冷却至常温，用高纯水定容至25 mL，再取1 mL稀释10倍后检测。

1.7.2 辣椒样品处理将每棵辣椒从花盆中完整取出，用去离子水冲洗，沥干水分。将蔬菜分为根、茎、叶、果实于80℃烘干至恒重；粉碎后称取0.200 0 g，置于微波加热高压聚四氟乙烯罐中，加入2 mL硝酸和1 mL过氧化氢静置3 h以上，在165℃下消解4 h，完全消解后定容至10 mL，再取1 mL稀释10倍后检测，实验用水均为经Milli-Q过滤后的超纯水，消解后液体澄清。

1.7.3 锶含量测试采用ICP-AES测定锶元素的浓度。使用土样标准参考样GBW07401(GSS-1，国家标准物质)作为标准样品，与采集土壤样品以同样方式消解后进行测量对比，仪器对锶元素的检出限为0.02 μg/L。

1.8 数据统计、计算与分析

数据以 xˉ±s表示，采用SPSS 16.0进行统计分析，对照组和实验组之间锶含量、富集系数和迁移系数差异采用方差分析，进行t检验，以α=0.05为检验水准。富集系数(concentration coefficient，CR)和迁移系数(transfer coefficient，TF)计算[4-5]如下所示：

CR=植物器官中的核素含量/土壤中的核素含量

TF=植物地上器官中的核素含量/植物根系中的核素含量

2 结果

2.1 辣椒各器官的锶含量

锶胁迫下辣椒不同器官对锶吸附能力影响结果见表1。如表1所示，土壤锶浓度处理对辣椒不同器官的锶含量具有显著影响(P＜0.05)。辣椒不同器官锶含量在Sr2.5、Sr3和Sr3.5组土壤锶处理条件下均高于对照组(P＜0.05)，且根部锶含量随土壤中锶浓度增加而增加，辣椒茎、叶和果实锶含量在Sr3组达最高，辣椒茎和叶的锶含量在Sr3.5组达最高。辣椒在不同土壤锶浓度处理下，各器官锶含量排序为：C根＞C叶＞C茎＞C果实，即可食用部分——果实中的锶含量最低。

表1 辣椒各器官中锶含量(±s，mg/kg)

表1 辣椒各器官中锶含量(±s，mg/kg)

与CK组比较，*P＜0.05.

果实0.33±0.04 5.45±3.67 9.56±3.02 31.36±3.43*42.91±8.32*34.84±10.06*组别CK Sr1.5 Sr2 Sr2.5 Sr3 Sr3.5根茎叶86.13±14.28 370.95±149.6 565.36±392.21 983.69±240.91 2 262.68±208.30*3 205.58±140.13*13.77±0.92 135.57±49.55 229.26±75.92*340.51±82.03*342.87±46.54*530.59±150.07*26.25±3.29 280.32±109.12*477.58±96.41*660.86±117.22*933.18±66.00*1 412.50±208.67*

2.2 辣椒各器官的富集系数

辣椒各器官对锶的CR值见表2，辣椒根的CR值随着锶浓度水平的升高逐渐增加，在Sr3.5组达到最大值。茎和叶的CR值变化一致，随着锶浓度的升高而增加，在Sr2组达到第一个高值，在Sr2.5和Sr3组逐渐下降，Sr3.5组时达到第二个高值。在土壤不同浓度处理下，辣椒各器官的CR值排序为：CR根＞CR叶＞CR茎＞CR果实。

表2 辣椒各器官的CR值(±s)

表2 辣椒各器官的CR值(±s)

与CK组比较，*P＜0.05.

组别CK Sr1.5 Sr2 Sr2.5 Sr3 Sr3.5根茎叶0.45±0.12 1.33±0.33 2.30±0.09 2.62±0.36 4.49±1.28*5.51±1.83*0.07±0.01 0.52±0.25 0.89±0.45*0.86±0.23*0.68±0.09*0.97±0.07*0.14±0.03 1.07±0.53*1.78±0.44*1.68±0.45*1.85±0.21*2.46±0.40*果实0.01±0.00 0.02±0.01 0.03±0.00*0.08±0.03*0.08±0.01*0.06±0.01*

2.3 辣椒各器官的迁移系数

辣椒不同器官对锶的TF值见表3，结果显示，辣椒总的TF值较低，叶TF值相对较高、茎部TF值次之、果实TF值最低。TF作为植物将某物质从根系部分向地上部分转移能力大小的评价指标，其值越大，表明植物根系向地上部分转运某物质的能力越强。

表3 辣椒各器官的TF值(±s)

表3 辣椒各器官的TF值(±s)

与CK组比较，*P＜0.05.

组别CK Sr1.5 Sr2 Sr2.5 Sr3 Sr3.5茎叶0.16±0.03 0.43±0.24 0.43±0.26 0.35±0.08 0.16±0.07 0.19±0.11 0.31±0.04 0.83±0.40 0.99±0.11*0.69±0.15 0.44±0.15 0.46±0.10果实0.00±0.00 0.01±0.00 0.03±0.02*0.03±0.01*0.02±0.01 0.01±0.00

3 讨论

研究中采用的指标有迁移系数(TF)和富集系数(CR)。CR表示植物从土壤中吸收锶元素的能力。不同植物的CR值具有一定的差异性。对于可食用植物来说，某种有害物质在植物可食用部分的CR越小，说明食物越安全；对于筛选污染土壤的植物修复来说，CR值越大，其植物修复的可行性也越大。TF值作为植物将某物质从根系部分向地上部分迁移能力大小的评价指标，其值越大，表明植物根系向地上部分转运某物质的能力越强。在植物修复技术中，希望筛选出TF较大的植物，这样便于对地上部分植物的收获，有利于除去土壤中的污染物，TF值在不同品种作物之间存在差异性[6]。可食用蔬菜有作为有效修复锶污染土壤的可能性物种之一，用于锶污染的区域或土壤。有研究表明[7]，可食用植物表现为抗高浓度锶胁迫能力从高到低分别为：芝麻＞向日葵＞菊苣＞西葫芦＞黄秋葵＞高粱＞木耳菜＞四季豆，综合植物对锶的抗性及富集能力，可利用菊苣、西葫芦、黄秋葵及木耳菜对较高浓度锶污染土壤进行植物修复。本研究中辣椒果实在各器官对锶的富集系数中最低，CR值也最小，TF值最低，且辣椒果实的吸收和富集特征比其余组织小；同样在前期对3种不同类型蔬菜研究中，萝卜作为可食用块根类蔬菜，食用部分根部锶的富集情况也相对较少[3]，可以考虑辣椒和萝卜作为食品级蔬菜作物种植在锶轻度污染的地区。若食用部分的锶含量达到相关食品安全标准，且锶核素又较多的被植物吸收并转运到非食用部分，通过收获不同组织，达到既避免资源浪费又清除污染的目的。综上，本研究的结果表明，辣椒可食用部分——果实的锶含量最低，从食品安全角度考虑，辣椒果实相对安全；辣椒根、叶具有较强富集能力；辣椒叶、茎具有较强迁移能力，即非食用部分可考虑作为植物修复备选植物。