不同檸檬酸處理濃度對小麥Pb毒害的影響

摘要：以小麥（Triticum aestivum L.）為試材，采用盆栽試驗，研究了外源檸檬酸對不同濃度Pb脅迫下小麥生長以及Pb在小麥植株體內積累的影響。結果表明，低濃度（1.0 g/kg）檸檬酸處理對Pb毒害具有緩解作用，隨著檸檬酸處理濃度的增加，Pb、檸檬酸復合處理對小麥生物量的毒害影響表現出加劇作用。小麥各部分Pb積累量整體上隨著Pb處理濃度的增加而增加，加入低濃度檸檬酸后小麥各部分Pb積累量與不加檸檬酸處理相比明顯增加，其中根部Pb積累量最多，表明加入適量的檸檬酸能夠促進小麥對Pb的吸收。

關鍵詞：Pb毒害；檸檬酸；處理濃度；小麥（Triticum aestivum L.）

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）15-3501-03

重金屬污染對生態系統，尤其是對植物-土壤生態系統的影響是近年來人們所關注的一個重要的環境污染問題[1，2]。土壤中的Pb會導致作物減產和品質下降，并且能夠在作物可食部分富集從而進入食物鏈，進而危害人類健康，因此Pb是一種亟待治理的環境污染物。

研究發現，有機酸能與金屬形成穩定的復合體，將離子態的金屬轉變成低毒或無毒的螯合態形式[3]，故可通過向培養介質中添加有機酸來調節植物對重金屬的耐性以減少重金屬對植物的影響和在植物中的殘留[4]。選取小麥生產區比較典型的污染物Pb作為研究對象，分析其在檸檬酸的作用下對土壤-小麥生態系統的脅迫效應，以期為小麥生產區農業環境污染的防治提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試作物：供試小麥（Triticum aestivum L.）為鄭麥366，種子購自河南省新鄉市小麥良種繁育基地。

供試藥品與儀器：所用儀器有BP61S型電子分析天平（德國賽多利斯公司）、JH404-1型電熱板（河北省黃驊市新興儀器廠）、Z-5000原子吸收光譜測定儀（日本日立公司）、FR-I全聚四氟乙烯密封增壓微波消化罐（清華大學科教儀器廠）、KD21B-C美的微波爐（中國美的公司）。所用化學試劑鹽酸、HNO3、HClO4、Pb（NO3）2、檸檬酸均為分析純，購自河南洛陽市化學試劑廠。200目尼龍篩網，50 mL容量瓶若干。

供試土壤：供試土壤采自河南省新鄉市牧業區豐樂里村附近的農田，土壤pH 6.8、有機質含量1%、速效氮含量86 mg/kg、速效磷含量18 mg/kg、速效鉀含量80 mg/kg、Pb含量38.5 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗設置5個Pb濃度，分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g/kg；3個檸檬酸濃度，分別為0.0、1.0、3.0 g/kg，以Pb濃度和檸檬酸濃度均為0.0 g/kg時作為對照，共16個處理[5]，3次重復。土壤晾干后，過2 mm篩，裝入直徑20 cm、高20 cm的塑料桶內，每桶裝2.5 kg。檸檬酸、Pb（NO3）2以固體粉末形式與土壤混合均勻，同時每桶以底肥的形式施5 g有機肥，土壤加Pb后混合均勻，平衡熟化14 d。種子經消毒催芽后，每盆播15粒，出苗后每盆保苗5株。小麥于2011年5月2日播種，6月23日（開花期）收獲取樣。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 植株處理與測定 植株取樣后立即用蒸餾水沖洗干凈。量取株高后，沿根軸處將根和莖葉剪開，洗凈根系，量取根長，量取后在105 ℃烘箱里殺青10 min，再將溫度降為41 ℃烘干至恒重，之后稱重。

1.3.2 植株體內Pb積累量的測定 將根、莖和葉分別粉碎，采用HCl+HClO4+HNO3法消解，用原子吸收光譜測定儀測定植株體內積累的Pb量。

1.4 數據處理

數據采用Excel軟件計算平均值和標準差，用SPSS軟件進行方差分析和顯著性檢驗，顯著水平為0.05。

2 結果與分析

2.1 不同濃度檸檬酸對Pb脅迫下小麥生物學性狀的影響

小麥的生物量在一定程度上反映了其受脅迫和危害的程度。由圖1可見，在不投加檸檬酸的情況下，小麥的株高（圖1A）、根長（圖1B）、單株干重（圖1C）隨著Pb處理濃度的升高呈下降趨勢，說明隨著Pb濃度的升高，重金屬對植物的毒害作用越來越強[6]。當Pb的濃度為0.5 g/kg時，小麥的平均株高、根長和單株干重比CK分別增加了11.50%、17.36%、22.81%，說明外源少量Pb的加入刺激了植物的生長，這可能是因為少量Pb的加入促使其他必需營養元素能更為有效吸收，這與王學鋒等[7]的研究結果相似。當檸檬酸處理濃度為1.0 g/kg時，同一濃度Pb脅迫下植物的株高、根長和單株干重比不投加檸檬酸時均有顯著（P<0.05）增加，最大增幅分別為42.13%、86.73%、34.57%；當檸檬酸處理濃度為3.0 g/kg時，小麥的根長和單株干重較不投加檸檬酸時有所下降，一定程度上反映出1.0 g/kg檸檬酸更能有效緩解Pb的毒害作用，這與王鴻燕等[8]的研究相似。當檸檬酸處理濃度為3.0 g/kg時，植株從6月3日開始出現黃化現象，直至試驗結束黃化現象仍沒有消失，而且隨著Pb濃度的增加，黃化、矮化現象加重，說明Pb和高濃度的檸檬酸復合加劇了對小麥的毒害作用。高濃度（3.0 g/kg）檸檬酸脅迫下小麥的3項生物學指標較低濃度（1.0 g/kg）處理時均有所下降，這可能是因為檸檬酸是一種弱酸性化合物，高濃度的檸檬酸會降低土壤溶液的pH，在較低pH條件下Pb解吸量較大[8]，這就加重了重金屬的毒害程度。研究結果表明，檸檬酸的加入對Pb脅迫下小麥生長的影響既表現有緩解的效應也表現有加劇毒害的作用，這種影響作用與有機酸的濃度以及Pb濃度有關，這與夏小燕等[4]研究檸檬酸、草酸對Cd脅迫下小麥生長發育的影響結果類似。

2.2 不同濃度檸檬酸對Pb脅迫下小麥植株體內Pb積累量的影響

Pb在小麥植株體內的積累是Pb通過食物鏈進入人體的一個重要渠道。不同濃度檸檬酸作用下，小麥根部、莖部和葉部Pb含量的積累情況見表1。由表1可以看出，各處理下小麥各個部位對Pb的富集量要遠遠高于對照，且各處理根部和莖部與對照相比差異均達顯著水平（P<0.05），同時地下部分的富集量要明顯高于地上部分，表明根系是小麥富集Pb的主要器官，這與王中強等[9]的研究結果相同。值得注意的是，檸檬酸的適量加入能夠增強小麥各部分對Pb的吸收，低濃度檸檬酸處理較高濃度處理小麥對Pb的吸收能力更強，說明檸檬酸對土壤中的Pb具有一定的活化能力，促進小麥對Pb的吸收。尤其當檸檬酸處理濃度為1.0 g/kg、Pb處理濃度為2.0 g/kg時，小麥根、莖和葉的Pb積累量均達到最大值，這似乎是小麥吸收Pb的一個飽和濃度點。另外，當檸檬酸處理濃度為3.0 g/kg、Pb處理濃度≥2.0 g/kg時，小麥各部分Pb含量開始下降，這是因為檸檬酸和Pb共同作用加劇了對小麥的毒害作用，使小麥出現黃化、矮化等現象，嚴重影響了小麥的生長，導致根系吸收重金屬Pb的能力較差，這與在此濃度處理下小麥的生物學性狀表現特征相一致。

3 結論

1）隨著Pb濃度的增加，小麥生物量整體呈下降的趨勢；少量的Pb處理能促進小麥的生長。

2）檸檬酸的加入對Pb脅迫下小麥生長的影響既表現有緩解的效應也表現有加劇毒害的作用，這與有機酸的濃度以及Pb濃度有關。

3）小麥根部Pb積累量遠遠大于地上部，檸檬酸的適量加入能夠增強小麥各部位對Pb的吸收，低濃度檸檬酸處理比高濃度處理小麥對Pb的吸收能力更強。各處理中，以檸檬酸濃度為1.0 g/kg、Pb濃度為2.0 g/kg處理的小麥植株Pb積累量最高，此時Pb的吸收可能達到飽和。

參考文獻：

[1] 王學鋒，羅曉東，皮運清.EDTA對Pb、Cd 及Pb-Cd處理下茼蒿中葉綠素的影響[J].環境科學與技術，2011，34（1）：52-55.

[2] 孟超敏，姬俊華，鄭躍進. Pb2+、Cr3+單一及復合污染對小麥幼苗MDA積累及保護酶活性的影響[J].廣東農業科學，2011（15）：15-17.

[3] 黃蘇珍，原海燕，孫延東，等.有機酸對黃菖蒲鎘、銅積累及生理特性的影響[J].生態學雜志，2008，27（7）：1181-1186.

[4] 夏小燕，楊麗琴，翟福勤，等.有機酸對小麥幼苗鎘毒的緩解作用[J].農業環境科學學報，2007，26（3）：990-995.

[5] 金彩霞，周啟星，王 新.鎘-豆磺隆復合污染對小麥生物學性狀與品質的脅迫[J].農業環境科學學報，2004，23（6）：1160-1163.

[6] 王學鋒，師東陽，劉淑萍，等.煙草對重金屬錳的吸收積累及其相互影響[J].環境科學與技術，2007，30（4）：19-20.

[7] 王學鋒，師東陽，劉淑萍，等.煙草對土壤中環境激素鉛的吸收及其相互影響的研究[J].農業環境科學學報，2006，25（4）：890-893.

[8] 王鴻燕，佟海英，黃蘇珍，等.檸檬酸和草酸對Pb脅迫下馬藺生長和生理的影響[J].生態學雜志，2010，29（7）：1340-1346.

[9] 王中強，龍翠玲，付寶龍，等.幾種螯合劑對玉米吸收重金屬的影響[J].貴州師范大學學報（自然科學版），2009，27（3）：40-43.