2016年6月 Jun.2016 热带农业科学 CHINESE JOURNAL 0F TROPICAL AGRICUIJTURE 第36卷第6期 Vo1.36,No.6 铅镉复合污染对不同品种蕹菜生长和 重金属累积特性的影响① 朱 娜 ,2)② 李富荣 ,。’ 李 敏 ’ 王富华 ,3)③ 邹素敏 , ) 赵 迪 ,2] (1广东省农业科学院农产品公共监测中心 广东广州510640: 2华中农业大学资源与环境学院 湖北武汉430070: 3农业部农产品质量安全检测与评价重点实验室 广东广州510640) 摘 要 通过盆栽试验.研究铅镉复合污染胁迫下l1个蕹菜品种在生物量、铅镉吸收量及其对铅镉转运系数等 的品种间差异。结果显示:不同品种蕹菜的生物量受重金属铅镉复合污染胁迫的影响不同,其中品种K1、K2、K4 和K9的地上可食部分生物量被抑制.抑制率在l1.8% ̄44.1%,而其他7个蕹菜品种地上可食部分生物量均有所 提高,促进率在l1.2% ̄72.6%。在铅镉复合污染胁迫下,地上可食部分生物量依然较高的蕹菜品种有K2、K3、 K6、K7、K8、KIO和Kl1;吸收Pb、Cd能力均较高的蕹菜品种有K4、K7和K8,吸收Pb、Cd能力均较低的蕹菜品 种有K2和K11 所有品种蕹菜对重金属Cd的转运系数平均值为60% 而对Pb的转运系数平均值为26%.说明Cd 由蕹菜根部转运到其地上可食部分的能力更强.对蕹菜的毒害作用更强。研究还表明。不同品种蕹菜在重金属铅 镉复合污染胁迫下其生物量、铅镉累积量和转运系数存在差异性,以产量高、铅镉吸附量低为原则,蕹菜品种K2 青梗大叶空心菜和K11半青自空心菜是栽培在重金属铅镉复合污染土地上相对较好的选择。 关键词 铅;镉;蕹菜:生物量;吸收能力;转运系数 中图分类号X171.5 文献标识码A Doi:10.12008/j.issn.1009—2196.2016.06.014 Effects of Combined Pb and Cd Pollution on Growth and Heavy Metal Accumulation Characteristics of Diferent Ipanoea aquatica Cultivars ZHU Na LI Furong LI Min WANG Fuhua ZOU Sumin ZHAO Di (1 Public Monitoring Center for Agro—product,GAAS,Guangzhou,Guangdong 501 640; 2 College of Resource and Environment,Huazhong Agricultural University,Wuhan,Hubei 430070; 3 Laboratory of Quality&Safety Risk Assessment for Agro—product(Guangzhou). Ministry of Agriculture,Guangzhou,Guangdong 5 10640) Abstract The biomass,absorption of cadmium(Cd)and lead(Pb)and their transport coe衔cients differences among 11 water spinach were analyzed under the pollution of heavy metals by pot experiment. The results showed that the effect of Cd and Pb combined pollution on different Ipanoea aquatic iS not same.The decrease rates are 11.8%.44.1%among the cultivars of K1.K2.K4 and K9 and the increase rates are l1.2%.72.6%for others.Under the combined pollution stress of Pb and Cd.the high level biomass of water spinach varieties iS K2,K3,K6,K7,K8,K1 0,K11.K4,K7 and K8 show greater absorption abilities of Pb and Cd.K2 and Kll show 1ower absorption abilities of Pb and Cd.The mean value of transport coe ̄cient of Cd among all cultivars is 60%.while for Pb is 26%,this indicates that Cd transfers better to the edible parts from the roots than Pb,which may cause superior toxic effect to water spinach.There are differences between different如a ̄oea ca7uatic biomass,uptake of Cd and Pb,transport ①基金项目:广东省农业科学院院长基金(No.201418);广东省自然科学基金(No.2015A030313571);2014年度省公益研 究与能力建设专项(No.2014A020208069)。 收稿日期:2016—02—22:责任编辑/叶庆亮;编辑部E-mai1:rdnk@163.com。 ②朱娜(1989 ̄)。女,在读硕士,主要从事农产品质量与安全研究,E-maii:977530569@qq.tom。 ③通讯作者:王富华,研究员,主要从事农产品质量与安全研究,E-mai1:wfhwqs@163.com。 一66— 朱娜等 铅镉复合污染对不同品种蕹菜生长和重金属累积特性的影响 coeficifents.Based on the principle of high output and low absorption capacity of Pb and Cd,culivars of tK2 and K1 1 is fit for growing on the earth that combined Pb and Cd pollution. Keywords lead;cadmium;Ip ̄oea aquatic;biomass;absorptive capaciy;ttransforming coeficifent 近年.重金属铅镉带来严重的环境污染和食品 安全问题.而土壤重金属复合污染问题则进一步增 加了重金属污染治理难度.尤其是铅镉复合污染更 是广受国内外学者关注[1-2] 复合污染下污染物对 作物的毒害效应与单一污染物作用存在差异[3].作 表1 供试土壤理化性状和重金属含量 物体内Pb、Cd浓度可能与土壤中Pb、Cd的交互作 用相关。邱喜阳等[ ]研究显示,Pb、Cd复合污染 下,Cd含量的升高.可以促进蕹菜对Pb的吸收。 同等环境条件下.同一种蔬菜的不同品种具有不同 的生理机制,其产量、品质及对污染物的耐受性亦 不同 ].其吸收重金属的能力亦有所差异忉 因 此.开展重金属复合污染研究.探讨重金属复合污 染对蔬菜影响的品种间差异性。对揭示重金属复合 污染规律和指导重金属污染修复具有重要意义 蕹菜种质资源丰富品种数量也较多,生长快、 适应性强.在水田或终年有水的浅沟、泽地都能很 好地生长。由于近年来水源和土壤的严重污染.蕹 菜作为重金属污染的高风险种。其栽培和品质安全 受到了极大的影响。给消费者的身体健康和生命安 全带来了隐患.成为社会广泛关注的问题 目前关 于重金属复合污染情况下对不同品种蕹菜影响的相 关研究仍然较少 本文通过研究铅镉复合污染胁迫 下蕹菜生物量、铅镉吸收量及不同蕹菜品种对铅镉 转运系数品种间的差异性.旨在为蔬菜安全生产提 供理论依据和数据支撑.为选择适合在重金属中轻 度污染菜地土壤上生长的品种提供参考 1材料与方法 1.1 材料 1.1.1 供试土壤 供试土壤为黄壤.采自广州市天河区.其土壤 基本理化性质见表1 1.1.2供试蔬菜 供试蔬菜为11种蕹菜.均为市售常见品种. 各品种相关信息见表2 1.2 方法 表2 11个供试空心菜品种相关信息 1.2.1 试验设计 盆栽试验于2014年在广东省农科院农产品公 共监测中心试验基地进行。试验主要研究不同品种 蕹菜对Pb、Cd的吸收特性,从中筛选出对重金属 Pb、cd具有较低和较高累积特性的品种。将供试 土壤分装入塑料盆,每盆6.5 kg,盆的规格为:直 径35.5 cm,深12 cm。试验设CK和PC两种处理. 11个蕹菜品种,3次重复。其中CK代表不添加重 金属;PC代表铅镉复合污染处理,依据前期铅、 镉复合污染对蕹菜品种种子萌发和幼苗生长影响的 研究 ,以Pb(N0。)。、Cd(N03)。的形式分别施加 400、5 mg/kg的外源铅镉人工模拟污染土壤。定期 向盆中加入基本等量的自来水培养。土壤老化20 d 后,向每个盆中加入等量的肥料:尿素2.83 g、 KH2P04 1 g、K2CO3 1.03 g。继续浇水平衡15 d后播 种。6月23日播种.每盆播种25粒.待种子发 芽、幼苗生长稳定后于7月8日间苗.每盆留10 株。7月28日.分根部和地上可食部分分别采收 一67— 2016年6月 记录生物量并检测其重金属Pb、Cd含量 1.2.2分析方法 热带农业科学 第36卷第6期 在铅镉复合污染处理下.11种蕹菜地上可食 部分生物量大小顺序为K8>K2>K3>K7>KI1> 蕹菜采收后先用自来水冲洗.然后用去离子水 清洗,用吸水纸吸干表面水分,鲜样称重、制成匀 浆。采用混酸电热板法进行消解,消解液用原子吸 KIO>K6>K5>K9>KI>K4。蕹菜品种K8.K2. K3,K7,K11.KIO和K6之间其地上可食部分生物 量差异不显著.且均较高:品种K5、K9和Kl之间 差异亦不显著.其地上可食部分生物量中等。其中 收光谱仪测定Pb、cd含量。测定方法参照GB 5009.12—2010、GB 5009.15—2014.且以GSB一30作 为未知样品的分析测定.进行分析质量控制 转运系数可用来评价作物将重金属元素从地下 部转运到地上部的能力,计算公式为:转运系数= 植物地上部某器官中重金属元素生物富集量/植物 地下部器官中重金属元素生物富集量 1.2.3数据处理 试验数据分析和作图用Sigma Plot 10.0和 SPSS19.0 2结果与分析 2.1 不同处理对各品种蕹菜生物量的影响 11个蕹菜品种的生物量见图l 由图l可知, 不同品种蕹菜的地上可食部分生物量受重金属铅镉 复合污染的影响不同。有的被抑制,有的却因Pb、 Cd存在而促进其生长.地上可食部分生物量得到 提高.其中蕹菜品种Kl、K2、K4和K9其地上可食 部分生物量均受到抑制.且Kl和K4达到极显著水 平 其他品种蕹菜的地上可食部分生物量均高于 CK处理,说明Pb、cd存在对这些品种蕹菜的生长 起到了促进作用.且K3、K5、K7、K8和K11均达 到显著性水平 12 1O bo 8 \ 啦Ij 6 4 2 O K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 KIO K1l 蕹菜品种 图1 11个蕹菜品种的生物量 说明:字母:品种间差异性: :处理间差异性。下同。 一68一 蕹菜品种K8地上可食部分生物量最高。与K5、 K9、Kl、K4有显著性差异;蕹菜品种K4的地上可 食部分生物量最低.与其他l0种蕹菜相比差异显 著,且与除Kl、K9的其他品种差异达极显著水平。 2.2 不同品种蕹菜吸收重金属Pb、Cd的差异性 铅镉复合污染下11种蕹菜中重金属Pb、Cd含 量见图2 由图2可知.不同品种蕹菜吸收土壤中 重金属Pb、Cd的水平不同,且同一品种蕹菜吸收 重金属Pb、Cd的水平亦有差异。11种蕹菜吸收土 壤中Pb的水平依次为K8>K7>K4>K2>K5>K1> K9>KIl>K6>KIO>K3.其中蕹菜品种K8和K7重 金属Pb含量较高。与除K4、K2和K5的其他蕹菜 品种存在显著性差异.且与KIO和K3差异极显著 蕹菜品种K3重金属Pb含量最低,且与除K9、 Kll、K6和KIO的其他蕹菜品种均呈显著性差异, 与K8、K7和K4差异极显著;其次为K2、K5、K1、 K9、K11、K6和KIO,这7种蕹菜重金属Pb含量差 异不显著。相对也不高 14 12 10 bO o 4 2 O Kl K2 K3 K4 K5 K6 K 7 K8 K9 KlU Kll ’ 蕹菜品种 图2铅镉复合污染下11种蕹菜中重金属Pb、Cd含量 l1种蕹菜吸收土壤中Cd的水平依次为K7> K4>K8>KIO>K9>K3>K5>KI>K6>K2>K11.其 中蕹菜品种K7重金属Cd含量最高.与其他蕹菜品 种有显著性差异,其中与K3、K5、Kl、K6、K2和 K11,差异极显著:蕹菜品种K2和Kl1重金属Cd 朱 娜等 铅镉复合污染对不同品种蕹菜生长和重金属累积特性的影响 含量较低.与除品种K5、Kl和K6的其他蕹菜品种 差异极显著 从蕹菜对重金属Pb、Cd吸收能力看.高吸收 能力蕹菜品种可选K4、K7和K8,低吸收能力蕹菜 品种可选K2和Kl1 2.3不同品种蕹菜对Pb、Cd转运系数的差异性 铅镉复合污染下l1种蕹菜对重金属Pb、Cd转 运系数的差异性见图3。由图3可知,蕹菜对重金 属Pb、Cd的转运系数会因蕹菜品种的不同而有所 差异.且所有品种蕹菜对重金属Cd的转运系数平 均值为60%,而对Pb的转运系数平均值为26%.说 明Cd由蕹菜根部转运到其地上可食部分的能力更 强.对蕹菜的毒害作用更强。 1.0 0.8 暴0.6 1 癣 0.4 O.2 O K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 KIO K1l 蕹菜品种 图3铅镉复合污染下11种蕹菜对重金属Pb、Cd 转运系数的差异性 所有品种蕹菜对Pb的转运系数大小依次为 K5>Kl>K6>K8>K3>K2>K4>K7>KIO>K9> K11,其中蕹菜品种K5和K1对Pb的转运系数较 大.与除K6的其他所有品种蕹菜对Pb的转运系数 存在显著性差异,且与K4、K7、KIO、K9和Kl1差 异极显著;其次为K6、K8、K3>K2、K4、K7、KIO 和K9,这些蕹菜品种对Pb的转运系数差异不显 著:对Pb转运系数最小的品种为Kl1.与其他所 有品种蕹菜对Pb的转运系数差异显著 所有品种蕹菜对Cd的转运系数大小依次为 K3>K7>K10>K5>K8>K2>K1>K9>K4>K6> K11。其中蕹菜品种K3、K7和KIO对Cd的转运系 数较大.与其他所有品种蕹菜对Cd的转运系数存 在显著性差异,且与K2、K1、K9、K4、K6和K11 差异极显著:Kl1对Cd的转运系数最小.与除蕹 菜品种K6外的其他所有蕹菜品种差异显著.且与 K3、K7、KIO、K5、K8和K2差异极显著。 3讨论与结论 有研究表明.重金属对植物生长具有“低抑高 促”现象n .不同品种蔬菜的生物量受重金属铅 镉复合污染胁迫的影响不同 ]。该研究显示,与对 照处理相比.在400 mg/kg Pb、5 mg/kg Cd复合污 染处理下.蕹菜品种Kl白玉大叶空心菜、K2青梗 大叶空心菜、K4纯白骨细柳叶蕹菜和K9竹叶 空心菜,其生物量均受到抑制,抑制率在l1.8%~ 44.1%:K3泰国白骨柳叶空心菜和K5纯白骨细柳 叶蕹菜等其他8种蕹菜品种的生物量均增加.且促进 率在l1.296~72.6% 而茹淑华等网对单一镉污染对白 菜影响研究显示,与不添加Cd的处理相比,5 mg/kg Cd污染处理对同种白菜地上部生物量没有明显促 进或抑制作用.与该研究结果不一致.这可能是因 为不同蔬菜种类所致.也可能是因为Pb的存在. 铅镉污染存在协同效应 在重金属污染土壤上种植蔬菜.可通过筛选蔬 菜品种来控制蔬菜质量安全.品种筛选上除了考虑 其对重金属的吸收能力外.还要考虑其可食部分生 物量 该研究显示。在铅镉复合污染胁迫下.蕹菜 品种K2青梗大叶空心菜.K3泰国白骨柳叶空心 菜,K6泰国空心菜.K7泰国柳叶空心菜,K8泰国 竹叶种油青蕹菜,KIO玉帅竹叶通心菜和K1 1半青 白空心菜生物量均较高 但是前期种子萌发试验显 示。蕹菜品种K3萌发率很低[ ,考虑到产量的问 题,在品种筛选上,K2、K6、K7、K8、KIO和K1l 为较好选择 不同植物或同一植物不同品种对重金属的耐性 和吸收规律存在很大差异.在同一种蔬菜中筛选对 重金属具有不同耐性的品种用于农田土壤重金属污 染修复具有重要实际意义n。 同一种蔬菜的不同 品种对Pb、Cd吸收能力不同。该研究显示.11种 蕹菜对重金属的富集能力均表现为Ccl>Pb.与张 露尹等[15 研究空心菜对重金属吸收累积特征结果一 致。铅镉复合胁迫下.所有蕹菜品种地上可食部分 的Cd含量范围为综合比较11种蕹菜对Pb、Cd的 吸收能力,可发现,吸收Pb、Cd能力均较高的蕹 69— 2016年6月 热带农业科学 205—2l 1. 第36卷第6期 菜品种有K4纯白骨细柳叶蕹菜、K7泰国柳叶空心 菜和K8泰国竹叶种油青蕹菜.吸收Pb、Cd能力均 较低的蕹菜品种有K2青梗大叶空心菜和K11半青 白空心菜。 所有品种蕹菜对重金属Cd的转运系数平均值 [6]Hu M H,Yuan J H,Yang X E,et a1.Study on nu— traceutical properties of different cultivars ,Domoea aquatica Forsskal(‘Chunbai’and‘Liulv’) in an eutrophic water body[J]. Scientia Borti— culturae,2010,124:419—422. 为60%.而对Pb的转运系数平均值为26%.说明 Cd由蕹菜根部转运到其地上可食部分的能力更强. 对蕹菜的毒害作用更强 赵明等 研究不同品种花 生对重金属Pb、Cd转运规律,结果亦显示,花生 [7]茹淑华,张国印,孙世友,等.不同白菜品种吸收累积 重金属镉的差异研究[J].农产品质量与安全。 2013,O6:33—37. [8]李富荣.朱娜,杨锐,等.铅、镉单一及复合污染 可食部分籽仁对Cd的平均转运系数大于其对Pb的 转运系数.与该研究结果一致。但是该研究结果显 示 不同蕹菜对Pb、Cd吸收能力的大小与不同蕹 菜对Pb、Cd生物转运系数的大小,并不完全一致, 说明其对某重金属转运系数大的,吸收能力未必 高.原因是其转运到地上可食部分的多少还取决于 其根部的累积量 参考文献 [1]Chen X,Zhou H,Li X S,et a1.Effects of lead and cadmium co——exposure on hemoglobin in a Chi—— nese population[J].Environmental Toxicology and Pharmacology,2015,39(2):758—763. [2]孙建伶.罗立强.土壤铅、镉单一和复合污染及与钙、 锌交互作用对韭菜生长和铅镉积累特性的影响[J].农 业环境科学学报,2014,33(6):1 100—1 105. [3]贾丽.姜爱霞,王兆军,等.济南市石灰性菜地土 壤和蔬菜重金属含量特征及健康风险评价[J].土壤通 报.2015(3):733—738. [4]邱喜阳,许中坚,史红文,等.重金属在土壤一空心 菜系统中的迁移分配[J].环境科学研究.2008,06: 187—192. [5]Cai Q Y,Mo C H,Zeng Q Y.Potential of Ipanoea aquatica cultivars in phytoremendiation of solls contaminated with dinbutyl phthalate[J]. 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