鎘鉻脅迫對西紅花重金屬吸收及轉移的影響

饒君鳳 呂偉德 曹方彬

摘要：在鎘和鉻脅迫條件下，研究西紅花（Crocus sativus）對金屬元素的吸收及轉移變化。結果表明，西紅花對鎘和鉻具有較強的吸收和轉移能力，吸收的鎘和鉻大部分集中于根部。鎘和鉻脅迫打亂了西紅花雄蕊及柱頭內正常金屬元素間的平衡，會影響西紅花的產量及品質。

關鍵詞：西紅花（Crocus sativus）；金屬元素；吸收及轉移

中圖分類號：O657.31； X56 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）06-1422-04

西紅花（Crocus sativus）屬鳶尾科植物，具有活血化瘀、涼血解毒、解郁安神功效，用于治療經閉癥瘕、產后瘀阻、濕毒發斑、憂郁痞悶、驚悸發狂等[1]，西紅花原產歐洲南部和伊朗，經印度傳入西藏，故亦稱藏紅花，沿用至今，我國浙江、江西、江蘇、北京和上海等地均有栽培。它既屬名貴藥材，也為名貴香料，因其具有抗腫瘤和抗氧化等生物活性而備受關注。

鎘（Cd）和鉻（Cr）是有毒重金屬，在生物體內的遷移性較強，易被植物吸收，并通過食物鏈威脅人類健康[2，3]。有毒重金屬一旦進入人體，不易排出，在導致骨骼疏松的同時，也會影響磷、鈣吸收[4]。隨著人們對重金屬污染研究的開展，中藥材的重金屬污染問題也越來越受到重視。為研究西紅花是否對鎘、鉻污染的土壤敏感，本試驗研究了鎘、鉻脅迫對西紅花的金屬吸收及轉移的影響，以期西紅花栽培土壤的選擇提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 儀器及工作條件

iCAP 6300型等離子發射光譜儀（美國賽默飛世爾有限公司）。儀器功率為1 150 W，泵速50 r/min，輔助氣體流量0.5 L/min，霧化器流量為0.56 L/min，驅氣氣體流量為一般。

1.2 試劑和標準溶液

Cd、Cr、Na、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn和Cu標準溶液（1 000 mg/L），由國家標準物質中心提供。以去離子水稀釋，配制濃度為10 mg/L的標準工作液；HNO3為優級純；去離子水。

坩堝及玻璃儀器經1 mol/L HCl浸泡過夜，清洗后用去離子水沖洗。

1.3 方法

1.3.1 脅迫處理 稱取氯化鎘1.097 g，重鉻酸鉀1.490 g，加水定容至1 000 mL。分別配成濃度為50 μmol/L的重金屬水溶液，浸西紅花種球（種球的一半浸在溶液中），24 h后取樣測定雄蕊和柱頭中金屬元素；稱取氯化鎘1.085 g，加水定容至1 000 mL，分別配成5、10和50 μmol/L的重金屬水溶液，浸西紅花種球（種球的一半浸在溶液中），分別于第4天和第7天取樣，測定雄蕊、花瓣和柱頭中金屬元素；稱取氯化鎘1.097 g，重鉻酸鉀1.490 g，加水定容至1 000 mL，分別配成5、10和50 μmol/L的重金屬水溶液，浸入西紅花種球（種球的一半浸在溶液中），14 d后取樣測定西紅花葉、種球和根中的金屬元素。

1.3.2 樣品測定 樣品用去離子水徹底沖洗后，置于烘箱中，105 ℃殺青2 h，80 ℃烘干至恒重，粉碎后稱重，550 ℃馬弗爐灰化12 h，灰化后用30%（V/V）HNO3浸提12 h，去離子水稀釋定容到25 mL，以iCAP 6300型等離子發射光譜儀分析金屬含量。

2 結果與分析

2.1 儀器的精密度和準確度

將樣品灰化浸提后平行測定6次，結果見表1。結果表明，各元素檢測方法滿足分析需要。

2.2 Cd和Cr脅迫處理分析

50 μmol/L Cd和Cr脅迫處理1 d后樣品中重金屬含量以及對照樣品（未處理）見表2。由表2可知，經Cd和Cr脅迫處理1 d后，西紅花柱頭和雄蕊的Cr含量增加，雄蕊的Cd含量也大幅度提高，說明高濃度的Cd和Cr能快速被西紅花種球吸收并轉移到上部。

不同Cd和Cr溶液脅迫處理4 d和7 d，西紅花不同部位的Cd含量見圖1。從圖1可知，脅迫處理樣品的雄蕊、花瓣和柱頭中Cd含量均隨重金屬濃度增加而增加，隨時間延長而增加。

脅迫處理14 d對西紅花不同部位重金屬積累的影響見圖2。由圖2可知，Cd和Cr脅迫處理14 d后，西紅花的葉、根和種球中的Cd和Cr含量均隨溶液中Cd和Cr濃度的增加而增加，且根中濃度遠大于其種球和葉中的含量，表明西紅花根部是Cd和Cr的主要蓄積組織。

2.3 Cd和Cr脅迫處理對樣品中常量元素和微量元素的影響

脅迫處理1 d對樣品中微量元素的影響見表3。由表3可知，50 μmol/L Cd和Cr脅迫處理下，西紅花雄蕊和柱頭中微量元素含量變化較為顯著，表明重金屬脅迫打亂了西紅花雄蕊及柱頭內正常的離子平衡，即重金屬可能會對西紅花的產量及品質產生負面影響。

脅迫處理4 d和7 d后，西紅花不同部位的微量元素含量見表4，結果表明，在脅迫條件下，雄蕊、花瓣和柱頭中Zn、雄蕊中Cu、花瓣中Mn、K以及柱頭中K的含量均隨脅迫時間的延長而增加，而花瓣中Na和柱頭中Ca的含量均隨脅迫時間的延長而降低。另外，Fe、Mg、Mn、Ca等含量變化還與脅迫濃度以及試樣部位有關，如在低、中脅迫濃度下，雄蕊和柱頭中的Fe含量隨脅迫時間的延長而降低，但在高脅迫濃度時，其含量卻隨時間延長而增加，但是花瓣中的Fe只在低脅迫濃度下，含量才隨脅迫時間延長而降低。

脅迫處理14 d對西紅花葉、種球和根中微量元素的影響見表5，由表5可知，脅迫處理14 d，在西紅花葉、種球和根中的Cd和Cr含量增加的條件下，其葉中的Na、Mg和Ca含量增加，而K、Fe、Mn、Zn、Cu含量降低；另外，在種球和根中也存在類似現象，但根中Cu規律不明顯。

3 討論

前期研究表明，植物對Cd和Cr具有較強的吸收和積累，且大部分積累在根部[5]。本試驗也得到了類似結果，表明西紅花能積累重金屬。因此，在西紅花種植時，為保證西紅花的品質，應選擇無重金屬污染的土壤，并通過改變土壤的理化性質，如pH值等，來降低西紅花對重金屬的積累。另外，Cd和Cr會與無機元素競爭進入植株，進而干擾植株的正常生長代謝，不僅打破了植株的離子平衡，影響部分元素的吸收和正常生長，并最終影響西紅花的品質和產量[6]。由于重金屬在植株中的積累受多種因素影響。因此，后期將重點研究自然條件下西紅花柱頭中重金屬的積累分析，為合理開發西紅花提供參考。

參考文獻：

[1] 國家藥典委員會. 中華人民共和國藥典（一部）[M]. 北京： 中國醫藥科技出版社，2010. 120-121.

[2] PANDA S K， CHOUDHURY S. Chromium stress in plants[J]. Toxic Metals in Plants， 2005，17（1）：95-102.

[3] GRANT C A， BUCKLEY W T， BAILEY L D， et.al. Cadmium accumulation in crops [J]. Canadian Journal of Plant Science，1998，78（1）：1-17.

[4] 楊肖蛾，楊明杰.鎘從農業土壤向人類食物鏈的遷移[J].廣東微量元素科學，1996，3（7）：1-13.

[5] LIU J， QIAN M， CAI G， et al. Uptake and translocation of Cd in different rice cultivars and the relation with Cd accumulation in rice grain[J]. J Hazard Mater，2007，143（1-2）：443-447.

[6] 鄔飛波，張國平.不同鎘水平下大麥幼苗生長和鎘及養分吸收的品種間差異[J]. 應用生態學報，2002，13（12）：1595-1599.