五種重金屬在小麥植株不同器官中的分布特征(共4頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上五種重金屬在小麥植株不同器官中的分布特征邵 云，姜麗娜，李向力，魯旭陽(yáng)，李春喜河南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 摘要：為研究Cd、Pb、As、Cu、Zn等5種重金屬在小麥植株不同器官的分布特征，以鄭州9023為供試品種，采用田間試驗(yàn)方法，應(yīng)用原子吸收分光光度法和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICPS）分別測(cè)定了小麥植株不同器官的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)并進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，小麥植株中較易富集Cd的器官是根、葉及廢棄物，較易富集Pd、As的器官是根、莖及廢棄物，較易富集Zn、Cu的器官是根、莖和籽粒；在這5種重金屬中，Zn在小麥莖和籽粒中的富集系數(shù)最高，Cd在地上部分其他

2、器官的富集系數(shù)最高，而Pb在這些器官中富集系數(shù)均為最低，Cu和As則居中。關(guān)鍵詞：小麥；重金屬；器官；分布中圖分類(lèi)號(hào)：X171.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-2175（2005）02-0204-04專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾募Z食作物，全世界約有一半以上的人口以小麥作為主要糧食；在我國(guó)，小麥又是僅次于水稻的第二大作物，其產(chǎn)量和品質(zhì)直接影響我國(guó)人民飲食水平的提高。目前，“優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效、生態(tài)、安全”協(xié)調(diào)發(fā)展已成為小麥生產(chǎn)的目標(biāo)。而重金屬是涉及農(nóng)產(chǎn)品安全問(wèn)題的主要污染物之一。重金屬具有很強(qiáng)的蓄積性、隱蔽性、不可逆性和長(zhǎng)期性1，它性質(zhì)穩(wěn)定，難以降解，半衰期大多較長(zhǎng)；同時(shí)重金屬在土

3、壤中移動(dòng)性相對(duì)較小，主要積累在020 cm的耕作層土壤中，很少遷移至40 cm以下，且只有很少一部分能隨作物地上部分的收獲而被移去2，所以土壤或植物一旦遭受重金屬污染，就會(huì)不斷積累，不易治理恢復(fù)。如果重金屬進(jìn)一步通過(guò)食物鏈進(jìn)行傳遞和富集，在人體內(nèi)蓄積起來(lái)，則會(huì)對(duì)人體造成潛在性的危害，引起致畸、致癌、致突變等疾病。本文就5種重金屬在小麥植株不同器官分布的情況進(jìn)行研究，以期為小麥安全生產(chǎn)中重金屬控制技術(shù)體系的建立提供理論依據(jù)。1 材料與方法表1 田間試驗(yàn)重金屬處理質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 Content of heavy metals treatments in field處理w(Cd)/(mg&#

4、183;kg-1)w(Pb)/(mg·kg-1)w(As)/(mg·kg-1)w(Cu)/(mg·kg-1)w(Zn)/(mg·kg-1)投放質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.601.27600680.063033.26100145.71250525.00試驗(yàn)于20022003年在河南師范大學(xué)小麥試驗(yàn)田進(jìn)行，試驗(yàn)地土壤類(lèi)型為兩合土，pH為8.08.5，土壤肥力水平較高：有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.2，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.08，速效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)40.4 g/g，速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)23.5 g/g，速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)77.4 g/g。播種前分別將CdCl2、Pb(CH3COO)2、NaAsO

5、2、CuSO4、ZnSO4（均為AR）5種重金屬鹽均勻添加到010 cm耕作層的土壤中，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表1所示，小區(qū)面積24 m2（12 m×2 m）。小麥于10月12日播種，控制基本苗為180萬(wàn)/hm2，人工打畦，條播，寬窄行種植，播深5 cm。其它管理同大田常規(guī)措施。于小麥臘熟期采集各小區(qū)植株，分離成根、莖、葉、葉鞘、穗軸、穎片、籽粒和廢棄物（小麥植株上已變黃的葉片、葉鞘和心葉已死的無(wú)效蘗等）個(gè)不同器官，依次用自來(lái)水、蒸餾水、去離子水反復(fù)沖洗，烘干，稱(chēng)重，粉碎，過(guò)篩，采用HNO3-H2O2-HClO4酸消解法消解；同時(shí)在各小區(qū)內(nèi)用對(duì)角線(xiàn)法取020 cm的耕作層土壤，充分混合，風(fēng)干

6、，粉碎，過(guò)篩，采用王水-HClO4酸消解法消解。消解后的溶液用原子吸收分光光度儀（日本HITACHI公司生產(chǎn)，Z-5000型）測(cè)定樣品中Cd、Pb、Cu、Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)3，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國(guó)TJA公司生產(chǎn)，IRIS Advantage型）測(cè)定樣品中As質(zhì)量分?jǐn)?shù)4。試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用Excel和SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。2 結(jié)果與分析2.1 5種重金屬在小麥植株不同器官的分布從試驗(yàn)結(jié)果（表2、表3）可知，在臘熟期，小麥不同器官Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)從大到小依次為：廢棄物>葉>根>葉鞘>穎片>穗軸>莖>籽粒。Cd累積量大小依次為：廢棄物>葉>

7、穎片>葉鞘>籽粒>莖>穗軸。可見(jiàn)，小麥植株中較易富集Cd的器官是根、葉及廢棄物。不同器官Pd質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為：根>廢棄物>葉>莖>葉鞘>穎片>穗軸>籽粒。Pd累積量依次為：廢棄物>莖>葉鞘>穎片>葉>籽粒>穗軸?？梢?jiàn)，小麥植株中較易富集Pd的器官是根、莖及廢棄物。不同器官As質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為：根>廢棄物>葉>莖>葉鞘>穗軸>穎片>籽粒。As累積量依次為：廢棄物>莖>葉>籽粒>葉鞘>穎片>穗軸?？梢?jiàn)，小麥植株中較易富集As

8、的器官是根、莖及廢棄物。不同器官Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為：根>葉>廢棄物和穎片>葉鞘>籽粒>莖和穗軸。Cu累積量依次為：籽粒>莖>穎片>廢棄物>葉鞘>葉>穗軸。所以，小麥植株中較易富集Cu的器官是根、莖和籽粒。不同器官Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為：根>莖>籽粒>廢棄物>穎片>穗軸>葉鞘>葉。Zn累積量依次為：籽粒>莖>穎片>廢棄物>葉鞘>葉>穗軸，即小麥植株中較易富集Zn的器官是根、莖和籽粒。由此可見(jiàn)，臘熟期小麥植株不同器官重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)和累積量大相徑庭。表2 5種重

9、金屬在小麥植株不同器官的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 2 Content of five heavy metals in different organs of wheat器官w(Cd)/(mg·kg-1)w(Pb)/(mg·kg-1)w(As)/(mg·kg-1)w(Cu)/(mg·kg-1)w(Zn)/(mg·kg-1)根1.80±0.07176.43±5.0645.44±1.7849.42±0.83244.19±8.22葉4.51±0.118.55±0.083.78±0

10、.177.85±0.3138.76±0.00葉鞘1.44±0.077.40±0.370.73±0.036.40±0.0046.51±0.00廢棄物6.07±0.2532.27±0.074.98±0.227.56±0.001184.30±4.11莖0.35±0.027.95±0.030.83±0.044.65±0.22162.79±8.12穗軸0.70±0.035.31±0.230.65±0.014

11、.65±0.0058.14±2.11穎片1.23±3.5×10-46.00±0.280.52±0.027.56±0.001163.95±3.13籽粒0.20±2.9×10-50.83±0.030.15±0.00565.08±7.2×10-4121.31±3.992.2 5種重金屬在小麥不同器官富集能力的比較表3 5種重金屬在小麥植株地上部分不同器官的累積量及其分布系數(shù)1)Table 3 Accumulation and distribution

12、coefficients of five heavy metals in different above-ground organs of wheat器官CdPbAsCuZn累積量/(µg·株-1)分布系數(shù)/%累積量/(µg·株-1)分布系數(shù)/%累積量/(µg·株-1)分布系數(shù)/%累積量/(µg·株-1)分布系數(shù)/%累積量/(µg·株-1)分布系數(shù)/%葉3.15619.564.2946.640.94211.484.7475.7521.8222.14葉鞘1.73610.766.3149.760.5

13、036.137.7879.4343.2564.24廢棄物6.72041.6532.14949.704.10249.988.1709.8955.6715.46莖1.0696.6311.51017.791.45417.7213.65816.54346.09133.94穗軸0.2581.601.1051.710.1441.751.6041.9417.0561.67穎片1.93712.006.1239.460.4946.0211.92614.4467.0236.57籽粒1.2587.803.1964.940.5686.9234.69842.01468.83945.981) 分布系數(shù)，即植株某器官某種重

14、金屬累積量占地上部分該重金屬總累積量的百分比表4 5種重金屬在小麥不同器官的富集系數(shù)Table 4 Enrichment coefficients of five heavy metals in different organs of wheat器官富集系數(shù)/%排序位次CdPbAsCuZnCdPbAsCuZn根141.6125.94136.6233.9246.5115243葉354.061.2611.375.397.3815243葉鞘113.281.092.194.398.8615432廢棄物476.964.7514.975.1916.0615342莖27.411.172.503.1931.0

15、125431穗軸54.820.781.953.1911.0715432穎片96.830.881.565.1912.1815432籽粒15.970.120.453.4923.1125431富集系數(shù)（又稱(chēng)吸收系數(shù)），即植株某器官的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)占土壤相應(yīng)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)（實(shí)測(cè)值）的百分比5。不同重金屬在小麥臘熟期不同器官的富集系數(shù)如表4所示。小麥根和葉的重金屬富集系數(shù)從大到小依次為Cd>As>Zn>Cu>Pb，葉鞘、穗軸和穎片的富集系數(shù)為Cd>Zn>Cu>As>Pb，廢棄物的富集系數(shù)為Cd>Zn>As>Cu>Pb，而莖和籽粒的富

16、集系數(shù)則為Zn>Cd>Cu>As>Pb。從表4還可以看出，Cd處理下小麥的根、葉、葉鞘、廢棄物和As處理下根的富集系數(shù)都超過(guò)了100，即小麥植株某些器官能夠富集較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的重金屬，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)甚至能超過(guò)土壤中相應(yīng)重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。而Pb處理下各器官富集系數(shù)都未超過(guò)26，Cu處理下各器官富集系數(shù)都未超過(guò)34，Zn都未超過(guò)47%，結(jié)合5種重金屬元素各器官富集系數(shù)排序位次可以看出，Cd是最容易在小麥植株富集的元素；Zn在小麥體內(nèi)富集能力僅次于Cd，且在莖和籽粒中的富集系數(shù)超過(guò)了Cd，說(shuō)明Zn尤其易于在小麥的籽粒和莖中富集，在土壤-小麥系統(tǒng)中遷移能力也比較強(qiáng)；相比之下，Pb是這

17、5種元素中最難于吸收富集的重金屬元素，而Cu表現(xiàn)居中；至于As，則顯示為在小麥地下部分富集較多，越向上部的器官As富集量則陡然減少的變化趨勢(shì)。3 討論3.1 小麥不同器官富集重金屬能力不同由試驗(yàn)結(jié)果可知，小麥植株中較易富集Cd的器官是根、葉及廢棄物，較易富集Pd、As的器官是根、莖及廢棄物，較易富集Zn、Cu的器官是根、莖和籽粒。許多資料顯示小麥不同器官重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)從大到小為：根>莖>籽粒5, 6，而本試驗(yàn)結(jié)果顯示，小麥不同器官的Cd、Pb、As、Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為根>莖>籽粒，Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)則為根>籽粒>莖，與前人試驗(yàn)結(jié)果并不完全相符。原因可能是由于供試小

18、麥的品種、土壤類(lèi)型及背景值、重金屬元素的形態(tài)、水溫條件、選取的生育期及器官不完全統(tǒng)一，盆栽試驗(yàn)或水培試驗(yàn)條件與大田試驗(yàn)條件也不能達(dá)到完全一致所導(dǎo)致的。因此，對(duì)于重金屬在小麥植株體內(nèi)不同器官的分布不能一概而論，還有待進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證和探討。3.2 不同重金屬在小麥植株內(nèi)富集能力不同不同的重金屬元素在土壤-植物系統(tǒng)中的背景值、離子形態(tài)、遷移能力、吸附或絡(luò)合能力及對(duì)植物的毒害作用總是不一樣的，元素在植株中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、累積量、分布系數(shù)等指標(biāo)都不能用于不同重金屬元素間的相互比較，而富集系數(shù)則能夠表征土壤-植物系統(tǒng)中不同重金屬遷移能力的大小，是一個(gè)表示不同元素間差異的較為合適的指標(biāo)。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在

19、土壤-小麥系統(tǒng)中，表現(xiàn)為Cd在小麥根、葉、葉鞘、穗軸、穎片和廢棄物的富集系數(shù)均為最高，Zn在小麥籽粒和莖中富集系數(shù)最高，而地上部分所有器官中Pb的富集系數(shù)均為最低，Cu和As則居中。這一結(jié)果與其他研究者得出的結(jié)論基本一致79。3.3 小麥生產(chǎn)中控制重金屬污染的栽培措施在生產(chǎn)實(shí)踐上，控制小麥重金屬污染可以采取以下三項(xiàng)措施：（1）在重金屬污染的土壤上收割小麥時(shí)，最好將植株連根拔起，以避免根中含有大量的重金屬殘留在土壤中；（2）莖葉和廢棄物等器官也不宜再用于飼料或者漚肥，可以用作造紙及編織工藝品等，避免重金屬重新進(jìn)入食物鏈中；（3）對(duì)于小麥籽粒而言，Cd、Pb、As在籽粒中富集較少，分布系數(shù)均小于1

20、0，而Cu、Zn在籽粒中富集較多，分布系數(shù)都大于40，所以對(duì)待不同重金屬污染情況應(yīng)采取不同的措施，即如果在Cd或Pb或As污染程度較輕的土壤上種植小麥，其可食部分籽粒中相應(yīng)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，有可能低于國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的允許量（Cd為0.1 mg/kg，Pd為0.5 mg/kg，As為0.7 mg/kg），不會(huì)超標(biāo)；但如果在Cu或Zn污染的土壤上種植小麥，籽粒中可能富集較多的Cu或Zn，甚至可能超出國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的允許量（Cu為10 mg/kg，Zn為50 mg/kg），對(duì)人體造成危害，所以不能食用。參考文獻(xiàn)：1 陳懷滿(mǎn). 土壤-植物系統(tǒng)中的重金屬污染M. 北京: 科學(xué)出版社, 1996:

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