鎘在水芹不同器官中富集特性的研究

華大春，徐文娟，王昕

（安徽農業大學園藝學院，合肥，230036）

鎘（Cadmium，Cd）是目前公認的對人體非常有害的重金屬元素，是環境污染和食品衛生分析中必測的毒性元素之一。鎘在體內的半衰期長達10～35 a，為已知的最易在體內蓄積的毒物，美國毒物管理委員會（ATSDR）已將其列為第六位危及人類健康的有毒物質[1～3]。而水生蔬菜栽培需要大量的灌溉用水，大都在主要水系周邊區域種植，因此受到隨水系擴散的重金屬污染的可能性大于其他種類的農作物，研究鎘在水芹產品器官內的積累特性，對于水芹衛生品質安全具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試水芹苗為鄂水芹1號，取材于安徽省合肥市肥東建華水生蔬菜基地。栽培試驗在安徽農業大學園藝學院試驗中心進行，鎘含量測定在安徽農業大學生物科技中心進行。

供試土壤取自安徽農業大學農萃園的菜園土，pH 值 7.32，有機質 27.1 g/kg，全氮 1.8 g/kg，有效磷 50.1 mg/kg，速效鉀 159.8 mg/kg，鎘 0.09 mg/kg（＜0.2 mg/kg，符合國家食用農產品產地土壤環境質量標準）[4]。

1.2 試驗方法

選取10 cm左右高度的健壯水芹苗，用蒸餾水沖洗數次后，分別定植到相應塑料盆（直徑80 cm，高 15 cm），每盆定植20株（每盆填入15 kg菜園土）。定植前1 d在盆中按濃度加入重金屬鎘，使用化學純 CdCl2·2.5H2O充分溶解，一次性加入，使土壤含鎘量（以純鎘計算）為 0.2，0.8，1.4，2.0 mg/kg，空白為對照（CK）。每個處理設 3次重復，于 2012年 10月11日定植。定植后保持各盆內的水位一致，常規栽培管理，于定植后50 d統一采收所有樣本，并進行試驗前樣本處理。

1.3 測定方法與儀器條件

①葉片、葉柄（含莖）、根生物量的測定 將水芹從試驗盆中取出，根系用水沖洗干凈，再在20 mmol/L乙二胺四乙酸鈉（EDTA-Na2）溶液中交換30 min，以除去根系表面粘附的金屬離子，再用去離子水沖洗干凈，吸水紙吸干表面水分，將葉片、葉柄（含莖）、根分離開，105℃下殺青 2 h，然后再 60℃下烘干至恒重，測定葉片、葉柄（含莖）、根各部分的干物質量[5～6]。

②鎘含量的測定 取烘干的各部分樣品，用不銹鋼研磨機磨細，各稱取0.5 g，采用國標GB/T 5009.15-2003《食品中鎘的測定》中濕式消解法進行樣品消解：加 HNO3-HClO4混酸（優級純，4∶1）10 mL放置過夜，第二天于電熱板上加熱消解至樣品清亮無色（白色或微黃），冷卻后轉移至 50 mL容量瓶，定容。待測液中Cd的含量采用ICP-MS（i-CAP 6000等離子體發射光譜儀，美國熱電公司）方法測定[7]。

表1 不同濃度鎘處理下水芹不同器官的生物量差異

1.4 數據分析

運用Excel 2007進行數據整理；SAS 9.0進行方差分析。

地上部生物量=葉柄（含莖）生物量+葉片生物量；富集系數=植物各部分鎘質量分數/土壤中鎘質量分數；地上部植物中元素質量分數=（葉干質量×質量分數+莖干質量×質量分數）/（葉干質量+莖干質量）；轉運系數=地上部植物中元素質量分數/地下部植物中元素質量分數；轉運量系數=（地上部植物中元素質量分數×地上部生物量）/（地下部植物中元素質量分數×地下部生物量）[8～13]。

2 結果與分析

2.1 不同濃度鎘處理水芹不同器官的生物量差異

由表1所知，不同濃度鎘處理下，水芹的各器官生物量隨著濃度的增大，總體呈先增大后減小的趨勢。在鎘濃度為0.2 mg/kg時，葉柄（含莖）、地上部分的生物量均達到最大，分別為0.572 0 g、0.801 9 g，濃度低于0.8 mg/kg時，各器官的生物量差異不顯著，當鎘濃度達到1.4 mg/kg時，葉柄（含莖）的生物量與0.2 mg/kg處理相比，下降達到顯著水平；葉片的生物量與對照相比下降呈顯著水平，其余處理間差異不顯著。當鎘濃度達到2.0 mg/kg時，根、葉柄（含莖）的生物量與0.2 mg/kg處理的呈顯著水平，葉片的生物量與對照相比下降呈顯著水平；且與對照相比，根、葉柄（含莖）、葉片、地上部分的生物量分別下降了19.43%、11.49%、33.69%、19.51%。

由上述分析可知，隨著土壤中鎘濃度的增高，葉柄（含莖）和葉片先表現出癥狀，隨后是根；且在低濃度時，對水芹的生物量有一定的促進增長作用，但差異不顯著。

2.2 不同鎘處理下水芹不同器官的鎘含量差異

由表2可知，水芹的各器官鎘含量以根最高、葉柄（含莖）次之、葉片中最低。顯然水芹根的富集作用最強，在最大濃度 2.0 mg/kg時，根中鎘含量達到最大 12.74 mg/kg，且葉柄（含莖）和葉片也達到最大，分別為2.87 mg/kg、0.82 mg/kg，此時根中鎘含量是葉片中鎘含量的15.54倍，葉柄（含莖）中鎘含量是葉片中鎘含量的2.87倍。隨著鎘濃度的增大，水芹各器官中的鎘含量均逐漸增大，呈正相關性，其中根鎘含量與處理濃度呈顯著正相關（相關系數為 0.900，P＜0.05）。除 0.8 mg/kg與 1.4 mg/kg處理葉片中隔含量差異顯著外，其余各部分的處理間差異均達到極顯著。

2.3 水芹的富集和轉運特性

富集系數被用來反映土壤-植物體系中元素遷移的難易程度 ，這是植物將重金屬吸收轉移到體內能力大小的評價指標。根據表3可以得知，隨著鎘濃度的增大，水芹各部分的富集系數總體逐漸減小，富集能力在減弱。在隔濃度為0.2 mg/kg時，根的富集系數最大，達到19.65；但濃度升到2.0 mg/kg時，葉片的富集系數最小為0.41。根的平均富集系數＞葉柄（含莖）的平均富集系數＞葉片的平均富集系數。

轉運系數是地上部某元素質量分數與地下部某元素質量分數之比，用來評價植物將重金屬從地下部向地上部的運輸和富集能力。由表3可知，隨著鎘濃度的增大，水芹的轉運系數總體呈逐漸減小的趨勢，平均轉運系數為0.23，最大為對照組的0.4，最小為0.2 mg/kg處理組的0.13。 轉運系數在0.2 mg/kg處理出現最小，可能是由于在低濃度時，水芹的生長狀況最好，根部富集能力最強，其在根部富集了較多的鎘元素，而向葉柄（含莖）、葉片中的轉運量增幅不大，造成0.2 mg/kg處理的轉運系數小。

表2 不同鎘處理下水芹不同器官的鎘含量差異

表3 水芹不同器官的富集系數、轉運系數和轉運量系數

轉運量系數能夠較好地反映植物生長量和吸收量在地上和地下器官分布的規律。由表3可知，在0.2 mg/kg處理時轉運量系數最小為0.23，驗證了上述轉運系數在0.2 mg/kg處理出現最小的問題。轉運量系數總體也呈隨鎘濃度增大而減小的趨勢，本試驗中水芹的平均轉運量系數為0.38，對照組的轉運量系數最大，為0.73。說明土壤中鎘濃度越高，鎘在水芹地下器官的分布越多。

3 結論

不同濃度鎘處理下，水芹的各器官生物量隨著濃度的增大，總體呈先增大后減小的趨勢。隨著鎘濃度的增高，葉柄（含莖）和葉片先表現出癥狀，隨后是根；且在低濃度時，對水芹的生物量有一定的促進增長作用，但差異不顯著。

隨著鎘濃度的增大，水芹各器官中的鎘含量均逐漸增大，呈正相關性，其中根中鎘含量與處理濃度呈顯著正相關（相關系數為0.900，P＜0.05）。在同一水平的鎘處理中，根中鎘含量＞葉柄（含莖）中鎘含量＞葉片中鎘含量。

水芹各器官的富集系數隨著鎘濃度的增大總體逐漸減小，富集能力在減弱，根的平均富集系數＞葉柄（含莖）的平均富集系數＞葉片的平均富集系數；水芹的轉運系數隨著鎘濃度的增大總體呈逐漸減小的趨勢，轉運量系數隨鎘濃度增大總體也呈減小的趨勢。

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