草莓葉面施硒對其重金屬鎘和鉛積累的影響-

1、園藝學報 2011,38(3:409416 http: / www. ahs. ac. cn Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao 草莓葉面施硒對其重金屬鎘和鉛積累的影響張海英1,2,韓濤2,田磊4,王有年3,*(1北京林業(yè)大學林學院,北京100083;2北京農(nóng)學院食品科學系,北京102206;3北京農(nóng)學院植物科學系,北京102206; 4內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院,呼和浩特 010020摘 要:以北農(nóng)3號草莓為試材,以清水噴施為對照,用0.5、1.0、2.5、5.0、10.0 mg L-1濃度的亞硒酸鈉進行葉面噴施,定期采樣進行硒、鎘和鉛和相

2、關(guān)生理指標的動態(tài)監(jiān)測,研究葉面施硒后重金屬鎘和鉛在草莓機體內(nèi)的積累情況和草莓生理代謝機制的變化,探明硒對鎘和鉛的互作效應。結(jié)果表明,草莓在展葉期和盛花期對硒的吸收能力最強,且施用2.5 5.0 mg L-1適宜濃度硒后,硒可通過清除膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA,保護細胞膜的完整性,降低重金屬離子的含量,有效抑制草莓葉片和果實對重金屬鎘和鉛的吸收,證明葉面施硒不僅是草莓補硒的較好手段,而且適宜濃度的硒可減少草莓對重金屬鎘和鉛的吸收。關(guān)鍵詞:草莓;硒;富集;葉片;果實;重金屬中圖分類號:S 668.4 文獻標識碼:A 文章編號:0513-353X(201103-0409-08 Effects of

3、 Cadmium and Lead Accumulation in Strawberry Growing Period by Spraying Se-fertilizer to LeavesZHANG Hai-ying1,2,HAN Tao2,TIAN Lei4,and WANG You-nian3,*(1College of Forestry,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China;2Department of Food Sciences,Beijing University of Agriculture,Beijing 102206

4、,China;3Department of Plant Science,Beijing University of Agriculture,Beijing 102206,China;4Agricultural College,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot 010020,China Abstract:Beinong 3strawberry was sprayed Se-fertilizer on leaves in different growing stages at the Na2SeO3 concentrations of 0,

5、0.5,1.0,2.5,5.0 and 10.0 mg L-1. The Se,Cd and Pb content and other physiological indexes of leaves were detected after Se-fertilizer was sprayed. Heavy metal cadmium(Cd and lead(Pbaccumulation affected by spraying Se-fertilizer to strawberry leaves. The changes of metabolic mechanism of strawberrie

6、s after exogenous selenium being sprayed,and the interactive effects of selenium and heavy metal was investigated. The research results show that the strawberry had the highest absorption capacity of Se in the leaf-expansion period and full opening flower period,and Se can slow down the damage of ce

7、ll membrane integrity by removing malonaldehyde(MDAaccumulation of membrance lipid peroxidation. Further,the toxic action of heavy metals was reduced,and the deposition of Cd and Pb in the strawberry leaves and fruits was effectively controlled. This research shows收稿日期:20101118;修回日期:20110131基金項目:國家自

8、然科學基金項目(30872029;農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程北京市重點建設學科項目(PXM2009-014207-078172;北京市委組織部優(yōu)秀人才培養(yǎng)項目(2009D005021000005;北京市屬高校人才強教深化計劃項目(PHR20090516;植物抗逆的生理生態(tài)研究平臺項目(PXM2009-0142070-79965410 園藝學報38卷spraying Se-fertilizer to leaves is a sound method for supplementing selenium to the strawberries and suitable amount of seleniu

9、m can alleviate the toxic action to the strawberry caused by heavy metal.Key words:strawberry;selenium;accumulation;leaf;fruit;heavy metal果品生產(chǎn)過程中重金屬污染以鎘(Cd和鉛(Pb兩種重金屬污染最為嚴重(周建利和陳同斌, 2002。研究發(fā)現(xiàn),重金屬(如Cd可通過影響細胞質(zhì)膜的透性來影響部分營養(yǎng)元素的吸收和積累,導致果品中營養(yǎng)元素和成分的改變(柯慶明等,2008。Clarke和Brennan(1989的研究表明,隨著土壤Cd含量的增加,草莓葉片生長受到顯著抑

10、制。張金彪和黃維南(2000研究發(fā)現(xiàn),Cd處理使草莓結(jié)果數(shù)量、果實質(zhì)量、果實維生素C及礦質(zhì)元素含量減少,盆栽試驗中25 mg kg-1 Cd脅迫導致草莓葉肉和根細胞發(fā)生質(zhì)壁分離,細胞壁斷裂變形,使細胞膜透性和K+滲漏率增大。董悅等(2009研究發(fā)現(xiàn),Pb對果樹的危害表現(xiàn)為葉綠素含量下降,呼吸及光合作用受阻,影響正常生長。Munzuroglu和Gur(2000研究發(fā)現(xiàn),Pb抑制蘋果花粉萌發(fā)和花粉管伸長。受重金屬污染土壤生長的果品與其未受污染的相比,可能有時候有毒物質(zhì)含量可達土壤中有害物質(zhì)含量的3 6倍(李想和張勇,2008。Cd和Pb是環(huán)境中的有毒物質(zhì),在自然界中往往伴隨存在。如何增強果品生產(chǎn)過

11、程中對重金屬污染土壤的修復能力,已成為目前研究和探索的熱點。Douchkov等(2005和Delhaize等(2003研究分析,利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)克隆耐重金屬基因,可提高作物對重金屬的抗性與耐性,利用轉(zhuǎn)基因作物來富集重金屬,或合理選用重金屬鈍化劑,增加土壤對重金屬的吸附能力,提高土壤對重金屬的緩沖性,從而可減少植物對重金屬吸收。王春濤等(2004研究發(fā)現(xiàn),外源釹能減輕重金屬鎘對菹草的毒害作用。硒作為人體中一種重要的微量元素,其對農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的緩解機制也開始受到關(guān)注,但主要以小麥、水稻、萵苣等方面研究較多(譚周磁等,2000;呂選忠等,2006;李春喜等, 2007。作者以設施栽培的草莓為試材,研

12、究不同濃度外源硒對草莓葉和果中Cd和Pb蓄積量的影響,以期為富硒果品的生產(chǎn)和利用硒對重金屬的拮抗作用提供參考依據(jù)。1 材料與方法1.1材料試驗材料為草莓(Fragaria ananassa北農(nóng)3號。田間試驗于2008年8月2009年2月和2009年8月2010年2月在北京農(nóng)學院東大地科研基地溫室進行,正常栽培管理。試驗地有機質(zhì)含量19.60 g kg-1,速效氮、磷、鉀含量分別為100.18 mg kg-1、27.33 mg kg-1和150.86 mg kg-1,土壤pH 7.11,鎘含量為0.153 mg kg-1,鉛含量為28.97 mg kg-1,全硒79.67 g kg-1,無機硒7

13、4.84 g kg-1,為貧硒土壤。1.2葉面噴施亞硒酸鈉3期張海英等:草莓葉面施硒對其重金屬鎘和鉛積累的影響 411草莓分別于2008年8月20日、2009年8月17日溫室定植,緩苗后、展4 6片新葉時,即2008年9月28日、2009年9月20日開始進行硒肥葉面噴施,以后每間隔8 d噴施1次,于果實成熟前20 d左右停止。噴施程度以葉正反面均勻布滿霧狀水滴為度。1.3樣品的采集與測定于定植75 d后開始采樣(表1,每株草莓均勻采取新葉2 3片,放入自封袋中,清洗淋干后,進行各項指標檢測。于定植145 d后選取果體飽滿。果面3/4轉(zhuǎn)紅,大小均勻,無病蟲害,無機械傷的成熟期果實采收,用于測定。

14、表 1 樣品采集時間與生長時期Table 1 The sampling time and growing period of plant采樣時間Sampling time2008 2009 定植天數(shù)/dDays of plantation生長時期Growing period1104 1101 75 展葉期 Leaf-expansion period1114 1111 85 花前期 Pre-flowering period1124 1121 95 盛花期Full opening flower period1204 1201 105 坐果期 Fruit-set period1224 1221 12

15、5 果實膨大期Fruit swelling period0114(下年Next year 0101(下年Next year 145 果實成熟期 Fruit maturation period土壤有機質(zhì)、土壤pH、速效氮、磷、鉀參照文獻(徐秀華,2007方法測定;有機硒含量通過差值法計算得出,硒的測定采用酸式消解-原子熒光光譜法(田磊等,2010;鎘和鉛的測定參照國家標準(GB/T5009.15-2003;GB/T5009.12-2003進行;細胞膜滲出率采用電導法(李合生,1999測定;丙二醛(MDA含量采用硫代巴比妥酸法(李合生,1999測定。各項生理指標的測定均在農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)(北方重點開

16、放實驗室和都市農(nóng)業(yè)食品安全實驗室完成。數(shù)據(jù)為兩年重復試驗的平均值,應用數(shù)理統(tǒng)計分析軟件SPSS進行方差分析。2 結(jié)果與分析2.1施用葉面硒肥后草莓葉片中有機硒含量的變化從圖1可以看出,噴施清水對照的草莓在生長發(fā)育過程中,葉中有機硒含量呈單峰曲線變化趨勢,硒的吸收峰值出現(xiàn)在定植后95 d(盛花期,有機硒含量達1 617.14 g kg-1,與土壤背景值中硒含量(79.67 g kg-1相比,草莓葉片中的硒含量為土壤中硒含量的4.49 20.30倍,說明草莓對硒具有一定的生物富集能力,且在盛花期富集量最高。葉面噴施硒肥后,草莓葉片內(nèi)有機硒含量明顯增加,說明外源施硒可有效提高草莓葉中硒含量。412

17、園藝學報38卷 圖 1 噴施不同濃度葉面硒肥草莓葉片中硒含量的變化Fig. 1 Changes of selenium content in leaves of strewberry in different concentration Na2SeO32.2施用葉面硒肥后草莓葉片中鎘含量的變化如圖2所示,草莓葉中鎘含量隨生長期的延長呈現(xiàn)逐漸積累的態(tài)勢;噴施外源硒肥后,草莓葉中鎘含量明顯下降,說明外源硒可有效減輕草莓葉中鎘的蓄積;不同濃度硒處理也表現(xiàn)出明顯差異,其中 5.0 mg L-1硒濃度處理抑制效果最為顯著(P 0.01,不同生長時期鎘含量較對照減少了10.20% 94.65%。而0.5、

18、1.0 和2.5 mg L-1硒濃度處理效果表現(xiàn)其次,10.0 mg L-1硒濃度處理與對照相比,在生長前期表現(xiàn)抑制效應,但在生長后期卻表現(xiàn)出促進鎘積累的趨勢。這表明草莓施用外源硒可有效控制鎘的積累,5.0 mg L-1硒濃度處理抑制效果最為明顯。 圖 2 噴施不同濃度葉面硒肥草莓葉片中鎘含量的變化Fig. 2 Changes of Cd content in leaves of strewberry in different cocentration Na2SeO32.3施用葉面硒肥后草莓葉片中鉛含量的變化3期 張海英等:草莓葉面施硒對其重金屬鎘和鉛積累的影響 413 圖 3 噴施不同濃度葉

19、面硒肥草莓葉片中鉛含量的變化Fig. 3 Changes of Pb content in leaves of strewberry in different concentration Na 2SeO 32.4 施用葉面硒肥后草莓葉片中丙二醛含量的變化噴施不同濃度硒肥后,草莓生長中后期開始MDA 含量表現(xiàn)出比對照減少的趨勢;且不同濃度處理間存在明顯差異。中等濃度2.5 5.0 mg L -1硒濃度處理抑制MDA 積累最為明顯,其次為低濃度0.5 1.0 mg L -1,最后是高濃度10.0 mg L -1硒處理;2.5 5.0 mg L -1硒處理與對照相比MDA 含量減少了18.48% 8

20、6.76%,差異達極顯著(P 0.01,而低濃度0.5 1.0 mg L -1硒處理減少了1.95% 59.36%,10.0 mg L -1硒處理減少的幅度僅為18.40% 46.10%(圖4。表明草莓中MDA 含量并不是隨著硒水平升高而顯著降低,在草莓上抑制MDA 積累的最佳的硒處理濃度應該是中等硒濃度水平,即2.5 5.0 mg L -1,其次為0.5 1.0 mg L -1水平,而高濃度硒反而對草莓葉片MDA 的清除效果不如中、低濃度效果明顯。 圖 4 噴施不同濃度葉面硒肥草莓葉片中丙二醛含量的變化Fig. 4 Changes of MDA content in leaves of st

21、rawberry in different concentration Na 2SeO 32.5 施用葉面硒肥后草莓葉片細胞膜滲透率的變化細胞膜是細胞和環(huán)境之間的界面和屏障,各種不良環(huán)境對細胞的影響往往首先作用于生物膜(江行玉和趙可夫,2001。電導率反映了電解質(zhì)外滲的程度,其值越高,表明質(zhì)膜系統(tǒng)受損害的程度越大。試驗結(jié)果(圖5表明,葉面噴施不同濃度的硒肥可降低電解質(zhì)外滲率;不同濃度硒降低電解質(zhì)外滲率效果不同,經(jīng)5.0 mg L -1硒濃度處理后與對照相比明顯降低(P 0.053期 張海英等：草莓葉面施硒對其重金屬鎘和鉛積累的影響 415 度下則起抑制作用，即硒在生物體內(nèi)具有雙重性（荀黎紅和吳

22、叢雅，2005a，2005b） 。作者研究發(fā)現(xiàn)， 其表現(xiàn)是通過清除與細胞膜完整性 硒緩解鎘和鉛在草莓植株內(nèi)的蓄積最適濃度為 2.5 5.0 mg L-1， 密切相關(guān)的膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛（MDA）保護膜系統(tǒng)的完整度，從而減少對重金屬離子的吸收和 積累。這說明施硒對草莓細胞膜有明顯的影響，當施適量硒肥時，有利于促進草莓植株和果實細胞 膜的穩(wěn)定性，但較高或過低的硒肥則不利于這種穩(wěn)定性的維持，其機理可能是當亞硒酸鈉質(zhì)量濃度 達到一定限度時，反而對其造成毒害，對細胞膜的結(jié)構(gòu)造成破壞，影響細胞膜的穩(wěn)定性。 綜上所述，得出以下結(jié)論： 1. 草莓不同生長發(fā)育時期葉片吸收硒的能力不同，展葉期和盛花期對硒的積累

23、量最高，這兩個 時期也是草莓栽培期間葉面噴施硒肥的關(guān)鍵時期。果實中有機硒含量與葉面施硒的濃度呈指數(shù)正相 關(guān)。 2. 草莓葉面噴施用適宜濃度的硒肥，即 2.5 5.0 mg L-1 的硒在提高草莓硒含量的同時，降低 Cd 和 Pb 的含量，說明適宜含量的硒可對重金屬 Cd 和 Pb 產(chǎn)生拮抗。 References Clarke B B，Brennan E. 1989. Differential cadmium accumulation and phytotoxicity in sixteen cultivars. Air Waste Management Association，39： 131

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