鎘脅迫下硫元素與肥料交互作用對鎘在茭白各器官中積累的影響

黃凱豐，江解增

（1.貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物遺傳育種研究所，貴州貴陽，550001；2.揚州大學(xué)水生蔬菜研究室）

鎘脅迫下硫元素與肥料交互作用對鎘在茭白各器官中積累的影響

黃凱豐1，2，江解增2

（1.貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物遺傳育種研究所，貴州貴陽，550001；2.揚州大學(xué)水生蔬菜研究室）

以茭白（Zizania latifoliaTurcz.）的單季茭品種蔣墅茭和雙季茭品種葑紅早為材料，以土壤為栽培介質(zhì)，研究了100 mg/L Cd2+脅迫下，不同濃度硫處理和不同種類肥料交互作用對茭白各器官中Cd2+積累的影響。研究結(jié)果表明，Cd2+在茭白不同器官的積累表現(xiàn)為根＞短縮莖＞葉＞肉質(zhì)莖；不同肥料間，有機肥處理下茭白各器官中Cd2+的積累量同比均顯著低于無機肥處理；品種間存在明顯差異，葑紅早各器官中Cd2+的積累量高于蔣墅茭；硫元素能促進茭白根系中的Cd2+向地上部轉(zhuǎn)移。

茭白；Cd2+；硫；積累

隨著工業(yè)的發(fā)展和人口數(shù)量的增加，環(huán)境問題越來越嚴重，其中重金屬最具為害性，嚴重威脅人類健康[1，2]。 重金屬進入人體主要是通過食物鏈[3，4]，因此重金屬在植物中的積累越來越受到關(guān)注[5]。Mclauglin等[6]報道，高硫肥料（30～120 mm/L）施入土壤會增加甜菜地上部鎘的累積，說明如果提高植物體內(nèi)或植物生長環(huán)境中硫的含量，就有可能促進植物根系中的鎘向地上部轉(zhuǎn)移，增強植物根系對鎘脅迫的抗性，但同時可能會造成植物地上部分食用器官鎘含量超標，影響人類健康。目前硫?qū)︽k在植物體內(nèi)的分布和積累研究較少。茭白（Zizania latifoliaTurcz.）是原產(chǎn)我國的特色水生蔬菜[7]，多生長在湖泊沼澤等多濕環(huán)境，受隨水系擴散的重金屬污染的可能性要大于其他農(nóng)作物。因此，本試驗以江蘇省特色水生蔬菜茭白為材料，研究了Cd2+脅迫下，不同肥料處理和不同濃度的硫處理交互作用對Cd2+在茭白器官中積累的影響，旨在闡述硫在Cd2+對茭白脅迫傷害中的緩解作用，同時也為茭白無公害生產(chǎn)、生態(tài)和環(huán)境保護提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試重金屬離子：Cd2+（CdCl2·2.5H2O，分析純）；供試肥料：有機肥（菜籽餅）、無機肥（三元復(fù)合肥）；供試硫元素：Na2SO4，分析純；供試茭白品種：單季茭品種蔣墅茭、雙季茭品種葑紅早。

1.2 種植管理

試驗在揚州大學(xué)水生蔬菜試驗水池中進行。2007年4月24日，將取自揚州大學(xué)水生蔬菜試驗田的土壤（Cd2+含量0.16 mg/kg，pH值 7.54）按20 cm的厚度，鋪設(shè)到每個水泥池中，每個水池長1.5 m，寬1 m，高0.5 m。有機肥處理的水池施入菜籽餅100 kg/667 m2作基肥，無機肥處理的水池施入與菜籽餅N，P，K含量相當?shù)娜獜?fù)合肥50 kg/667 m2作基肥。水池中灌水至30 cm，并在試驗過程中通過不斷灌自來水保持該水位。5月13日，選擇大田中上年種植的、具有典型種性的蔣墅茭和葑紅早茭墩，每墩帶有3～5支新生分蘗并有少量老墩，分行種植于各池中，株行距為30 cm×35 cm，每個品種各6墩，品種間用濾網(wǎng)分隔。

待茭白植株返青成活、長出新葉后，于5月25日，按土壤和水的總體積為準設(shè)置重金屬濃度，向池中均勻投放高濃度的100 mg/L Cd2+溶液，同時，分別按0，2，6，12 mmol/L的濃度均勻投放高濃度Na2SO4母液并攪拌均勻，設(shè)空白對照（CK），3次重復(fù)。在茭白返青期、分蘗期、孕茭期，分別分批施入15 kg/667m2三元復(fù)合肥和30 kg/667m2菜籽餅于無機肥和有機肥處理的水池中。管理過程中所有枯葉均混入水池中漚爛，以避免重金屬的損失。水池上方2.5～3.5 m處覆蓋塑料薄膜，以防止降雨。

1.3 試驗方法

2007年秋季采收盛期（蔣墅茭為9月30日，葑紅早為10月16日），從各處理中隨機選取正常露白的肉質(zhì)莖，并采收對應(yīng)的根系、短縮莖、倒三片（以頂葉起）功能葉。將上述樣品先用自來水沖洗干凈，再用蒸餾水反復(fù)沖洗，最后用去離子水反復(fù)沖洗，洗凈后用吸水紙吸干，分別測定其鮮質(zhì)量，置105℃烘箱中殺青30 min，后在70℃烘干至恒重，稱取干質(zhì)量，計算干物質(zhì)量，粉碎機粉碎后過100目（孔徑 0.147 mm）篩，于干燥器中保存，測定前在75℃下烘至恒重。

重金屬含量的測定：稱取試樣2.00 g經(jīng)HNO3加H2O（2∶3，體積比）硝化后，參照GB18406.1-2001，用美國Thermo Elemental公司生產(chǎn)的SOLAAR S4型原子吸收光譜儀測定，折算為鮮樣中的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘脅迫下硫元素與肥料交互作用對Cd2+在茭白各器官中積累的影響

由表1可以看出，隨硫處理濃度的增加，兩茭白品種根中Cd2+的積累量呈明顯下降的變化趨勢，而短縮莖、葉、肉質(zhì)莖中Cd2+的積累量逐漸上升，表明硫的使用能促進茭白地下部積累的Cd2+向地上部轉(zhuǎn)移。Cd2+在茭白不同器官中的積累表現(xiàn)為根＞短縮莖＞葉＞肉質(zhì)莖，但隨硫處理濃度的增加，其差異程度逐步減小。不同肥料處理間，有機肥處理的茭白品種各器官中Cd2+的積累量顯著低于無機肥處理。品種間則表現(xiàn)為葑紅早各器官中Cd2+的積累量高于蔣墅茭。

2.2 不同處理下茭白根系對Cd2+的富集系數(shù)比較

富集系數(shù)（吸收系數(shù)，BCF）是衡量植物對重金屬積累能力大小的一個重要指標，它是指植物體內(nèi)某種重金屬含量與土壤中該種重金屬含量的比值，富集系數(shù)越大，說明富集能力越強[8]。由表2可以看出，隨著硫處理濃度的增加，兩品種茭白根系對Cd2+的富集系數(shù)呈明顯下降的變化趨勢，說明硫的施用能有效降低茭白根系對Cd2+的富集。無機肥處理時，茭白根系對Cd2+的富集系數(shù)顯著大于有機肥處理，說明有機肥處理能有效降低茭白根系對Cd2+的富集。相同條件下不同品種間比較，葑紅早對Cd2+的富集系數(shù)整體高于蔣墅茭。

表2 茭白根系對Cd2+的富集系數(shù)

3 小結(jié)與討論

硫作為植物生長的必需營養(yǎng)元素，在較大的濃度范圍內(nèi)不會對植物生長有明顯的抑制作用，Mclauglin等[6]研究發(fā)現(xiàn)，即使外界供硫濃度達到8～ 48 mmol/L時，仍不會顯著影響甜菜的生長。在本試驗中，供硫濃度2～12 mmol/L，雖然已經(jīng)明顯超過植物生長所需的硫濃度，但并未影響茭白植株生長，與前人研究一致。

表1 鎘脅迫下硫元素與肥料處理對Cd2+在茭白各器官中積累的影響

Nocito等[9]發(fā)現(xiàn)在田間施入高量硫肥可導(dǎo)致鎘在甜菜中的累積，但衣純真等[10]卻認為硫肥施用與水稻鎘累積沒有明顯的關(guān)系。在本試驗中，外源供硫水平的提高會降低鎘在茭白根部的積累，增加鎘在地上部等器官的積累，這可能是由于在鎘脅迫環(huán)境下，外源硫含量的提高為促進植物體內(nèi)GSH和PCs等物質(zhì)的合成提供了豐富的硫源，增加了這些物質(zhì)與鎘形成的絡(luò)合物數(shù)量，而鎘在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運是以PC-Cd絡(luò)合物或Cd-GSHx絡(luò)合物的形式運輸[11]，所以導(dǎo)致根系中的鎘向地上部運輸，使得茭白地上部各器官中Cd2+的積累量增加，關(guān)于硫?qū)︽k向地上部運輸?shù)拇龠M作用機制有待進一步研究。同時，由于含硫化肥的使用或酸雨的影響等會提高農(nóng)田土壤中硫的含量，從而增加鎘在植物食用器官中的積累，為害人類健康，對此應(yīng)予以關(guān)注和研究。

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Effects of Sulfate and Cadmium Interaction on Cadmium Accumulation of Zizania latifolia

HUANG Kaifeng,JIANG Jiezeng
(1.Institute of Plant Genetics and Breeding,School of Life Sciences,Guizhou Normal University,Guizhou 550001; 2.Institute of Aquatic Vegetable Research,Yangzhou University)

Change of the Cd2+accumulation in leaves,culms,roots and galls ofZizania latifoliawere studied on singleharvested cultivar Jiangshujiao and double-harvested cultivar Fenghongzao,which cultured with organic fertilizer and organic fertilizer in soil with different concentrations of sulfate and Cd2+100 mg·L-1interaction treatment.The results showed that,the Cd2+accumulation in different tissues ofZ.latifoliawere in the order of root>culm>leaf>gall.Accumulation of Cd2+in different tissues ofZ.latifoliawas lower when treated with organic fertilizer than with inorganic fertilizer. The Cd2+accumulation in Fenghongzao tissues was higher than those in Jiangshujiao.The Cd2+accumulation was transported from root to aboveground,treated with sulfate.

Zizania latifolia;Cd2+;Sulfate;Accumulation

10.3865/j.issn.1001-3547.2011.02.011

國土資源部與江蘇省政府合作項目[（2003）019 -01]，江蘇省農(nóng)業(yè)三項工程項目[sx（2005）089]

黃凱豐（1979-），男，副教授，博士，研究方向為污染生態(tài)，E-mail：hkf1979@163.com

江解增（1964-），男，通信作者，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為蔬菜栽培，E-mail：jzjiang@yzu.edu.cn

2010-11-11