重金屬鉻脅迫對油菜生長狀況與鉻積累的影響

肖夢婷，崔雪梅，聶豪杰，張文嬌

(湖北工程學(xué)院 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 孝感 432000)

重金屬鉻(Cr)由于具有質(zhì)硬而脆、耐腐蝕等優(yōu)良特性，因此被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、鑄鐵及高精端科技等領(lǐng)域，其在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量含鉻廢水。隨著我國工業(yè)化不斷發(fā)展，土壤污染和安全問題特別是土壤的重金屬污染問題日益嚴(yán)重[1-2]。大部分農(nóng)田采用工業(yè)污水與生活污水進(jìn)行灌溉而且缺乏長期有效治理手段，使灌溉區(qū)內(nèi)的土壤受到較為嚴(yán)重的重金屬污染[3]，繼而對糧食、蔬菜造成污染，通過食物鏈進(jìn)入人體，危害人體健康[4]。關(guān)于鉻對植物生長發(fā)育的影響已有一些報道，其中農(nóng)作物和蔬菜在鉻脅迫下生長發(fā)育的研究報道較多[5]。徐成斌等[6]研究表明，以玉米作為農(nóng)作物進(jìn)行水培實驗，六價鉻會明顯抑制玉米的生長，并隨溶液中六價鉻濃度的增加，抑制加重，且玉米幼苗植株吸收六價鉻的量隨其脅迫濃度的增加而增加。趙雨云等[7]研究表明，高濃度鉻不利于辣椒種子的萌發(fā)和生長，而且六價鉻對辣椒幼根的毒害作用高于對芽的毒害作用。任立研等[8]研究表明，以小白菜作為農(nóng)作物進(jìn)行水培實驗，不同濃度的六價鉻處理液對小白菜種子的萌發(fā)、根長和苗高都表現(xiàn)出一定的影響，隨著濃度逐漸增大，毒害抑制作用逐漸增大。但有關(guān)鉻對油菜生長發(fā)育的影響報道較少。

油菜是我國最常用的食用油來源之一，油菜籽中含有脂肪油、蛋白質(zhì)、大量的丙氨酸，還含有磷脂酰肌醇、磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺等物質(zhì)，具有潤腸通便、活血化瘀、消腫散結(jié)的作用，還具有一定的軟化血管、延緩衰老的功效。本文以油菜為材料，研究不同濃度的重金屬Cr對油菜的生長發(fā)育的影響，為油菜的安全生產(chǎn)提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

油菜品種為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所選育的“中雙八號”。

供試土壤為無污染的農(nóng)田表土(0 ～ 20 cm)，將土中的雜質(zhì)去除，裝進(jìn)帶有托盤的塑料花盆(高10 cm，直徑10 cm)中。

1.2 材料處理

將土裝在花盆中，每盆裝2.5 kg土，根據(jù)濃度梯度的不同，準(zhǔn)確地向每盆土中加入不同濃度的硫酸鉻(Cr6+)溶液并攪拌均勻，并放3 ～ 5天穩(wěn)定。本實驗共設(shè)置5個重金屬鉻濃度梯度，將濃度為98%的硫酸鉻溶液按照一定濃度移入超純水中溶解并倒入花盆中混合均勻，土壤中的鉻含量分別為0、50、100、200、300 mg/kg，每個濃度重復(fù)3次。

1.3 實驗設(shè)計

將油菜種子放入10%次氯酸鈉溶液中浸泡10 min，用去離子水反復(fù)沖洗3 ～ 5次。將托盤洗凈鋪一層衛(wèi)生紙，將種子均勻、分散的平鋪在托盤內(nèi)，加適當(dāng)?shù)乃旁?5(±2) ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)3 d。待幼苗長到3 ～ 5 cm時，選擇長勢一致的幼苗10 ～ 12株移栽到含有0、50、100、200、300 mg/kg的硫酸鉻的土壤，每天定量澆水200 mL，培養(yǎng)周期為65 d。

1.4 測定項目和方法

脅迫處理結(jié)束后，用刻度尺測量植株的高度，用葉面積儀測定植株葉片的表面積，用分析天平測定植株的鮮重，用分析天平測定植株葉片的鮮重，使用分析天平和烘箱測定葉片的相對含水率(RWC)，使用原子吸收分光光度法測定植物中的鉻含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

實驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行處理，用SPSS25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和差異性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度鉻脅迫對油菜株高的影響

培養(yǎng)結(jié)束后測定不同濃度鉻處理下油菜的株高，結(jié)果見圖1。

圖1 不同濃度梯度的重金屬鉻對油菜株高的影響

由圖1可知，油菜的株高隨著鉻脅迫的增高呈現(xiàn)出先遞增后降低的趨勢，但整體呈現(xiàn)的是促進(jìn)作用。當(dāng)鉻濃度為100 mg/kg時，油菜生長高度達(dá)到最大，此時株高為10.81 cm，約為對照組的1.3倍，隨后呈下降趨勢，但在0～300 mg/kg的鉻濃度范圍內(nèi)，油菜植株高度始終高于對照組。

2.2 不同濃度鉻脅迫對油菜鮮重的影響

培養(yǎng)結(jié)束后測定不同濃度鉻處理下油菜的鮮重，結(jié)果見圖2。

圖2 不同濃度梯度的重金屬鉻對油菜鮮重的影響

由圖2可知，在鉻脅迫作用下，油菜的鮮重在大體上呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。濃度為200 mk/kg時，油菜鮮重達(dá)到最大值，為2.2886 g，約是對照組的1.6倍，顯著高于對照組。濃度為300 mk/kg時，植株鮮重降低，但始終高于對照組，呈現(xiàn)促進(jìn)作用。

2.3 不同濃度鉻脅迫對油菜葉片鮮重的影響

培養(yǎng)結(jié)束后測定不同濃度鉻處理下油菜葉片的鮮重，結(jié)果見圖3。

圖3 不同濃度梯度的重金屬鉻對油菜葉片鮮重的影響

從圖3可以看出，油菜葉片鮮重隨著鉻濃度的增加總體呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。鉻濃度為200 mg/kg時，葉片鮮重到達(dá)最大值。當(dāng)鉻濃度為100 mg/kg時，葉片鮮重低于50 mg/kg的一組，但差異不顯著。鉻濃度為300 mg/kg時，葉片鮮重顯著降低，但仍略高于對照組。

2.4 不同濃度鉻脅迫對油菜葉片表面積的影響

培養(yǎng)結(jié)束后測定不同濃度鉻處理下油菜葉片表面積，結(jié)果見圖4。由圖4可知，重金屬鉻脅迫下油菜葉片表面積隨著鉻濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，鉻濃度為50 mg/kg和100 mg/kg時呈上升趨勢。當(dāng)鉻濃度為100 mg/kg時，油菜葉片表面積達(dá)到最大值。鉻濃度從100 mg/kg至300 mg/kg呈下降趨勢，但仍然表現(xiàn)促進(jìn)作用。

圖4 不同濃度梯度的重金屬鉻對油菜葉片表面積的影響

2.5 不同濃度鉻脅迫對油菜葉片相對含水率的影響

培養(yǎng)結(jié)束后測定不同濃度鉻處理下油菜葉片相對含水率，結(jié)果見圖5。

圖5 不同濃度梯度的重金屬鉻對油菜葉片相對含水率的影響

由圖5可知，葉片相對含水率隨著鉻濃度的增加呈現(xiàn)先降低后升高再下降的趨勢。對照組的葉片相對含水量最高，濃度為50 mg/kg的一組葉片相對含水率減少極為顯著，100 mg/kg和200 mg/kg兩組的葉片含水量持續(xù)增加，鉻濃度為300 mg/kg的一組葉片相對含水率顯著減少。除對照組外的四組，葉片相對含水率都低于對照組，整體是抑制作用。

2.6 不同濃度鉻脅迫下油菜中鉻的含量

培養(yǎng)結(jié)束后測定不同濃度鉻處理下油菜中重金屬鉻的含量，結(jié)果見圖6。

圖6 油菜對不同濃度梯度的重金屬鉻的吸收效果

由圖6可知，油菜中重金屬鉻的含量隨著土壤中鉻濃度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。當(dāng)重金屬鉻的濃度為50 mg/kg、100 mg/kg和300 mg/kg時，油菜對重金屬鉻的吸收效果不顯著，濃度為200 mg/kg時葉片中濃度為極顯著增加,且濃度最大，最大值為0.0088 mg/kg。根據(jù)《GB2762-2011 食品中污染物限量》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，蔬菜鉻含量應(yīng)在0.5 mg/kg以內(nèi)，因此，在外源鉻濃度為0 ～ 300 mg/kg內(nèi)，油菜對鉻的積累量屬于安全范圍。

3 討論

油菜正常健康生長是保證油菜籽質(zhì)量的基礎(chǔ)和前提。研究表明，當(dāng)油菜受到鉻的脅迫時，低濃度的鉻(0 ～ 300 mg/kg)對植物的生長高度、植株鮮重和葉片鮮重有一定的促進(jìn)作用，高濃度的鉻會對植株高度、鮮重和葉片鮮重有抑制作用，本文結(jié)果與曾淑華等[9]的研究結(jié)果基本一致。產(chǎn)生差異的原因可能是本實驗設(shè)置鉻濃度較低，抑制作用不明顯。

葉片是植物進(jìn)行光合作用的主要器官，因此葉片的葉表面積直接影響植物的生長。本文結(jié)果表明，低濃度的鉻會促進(jìn)葉片生長，濃度在100 mg/kg時促進(jìn)作用最為顯著，但隨著鉻濃度的增加，抑制作用逐漸增加，推測鉻濃度足夠大時將完全抑制植株葉片生長。

葉片相對含水率的大小直接影響植物的蒸騰作用，從而影響植物生長。本文研究表明，對照組葉片中的相對含水率都高于其他組。鉻濃度為50 mg/kg一組中的葉片相對含水率抑制作用極顯著，但在濃度為100 mg/kg和200 mg/kg時，抑制作用減緩，其原因可能是植物受到脅迫時，油菜中的相對含水率提高，以抵御重金屬鉻的傷害。當(dāng)濃度為300 mg/kg時，植物葉片相對含水率顯著下降，表明此時植株受到鉻的脅迫較為嚴(yán)重。

植物中富集的重金屬，會導(dǎo)致人體產(chǎn)生各種疾病如糖尿病、高血壓、腫瘤等。本文中的鉻濃度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。當(dāng)鉻濃度為200 mg/kg時，植株中鉻含量增加尤為顯著，可以看出此濃度能促進(jìn)植物對重金屬的積累，濃度為300 mg/kg時，促進(jìn)作用不顯著，其原因可能是植物具有自我防御機(jī)制，抑制自身對重金屬的積累。

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明：油菜的株高、鮮重、葉表面積和葉片鮮重隨鉻脅迫濃度增加而先增后降，與對照相比，整體呈現(xiàn)增加趨勢。

油菜的葉片相對含水率隨鉻脅迫濃度增加而先降后增，與對照組相比，整體呈現(xiàn)降低趨勢。

油菜葉片中的鉻濃度呈現(xiàn)先增后降的趨勢，在鉻濃度為200 mg/kg時顯著增加，在鉻濃度為300 mg/kg時顯著下降。說明油菜能適應(yīng)一定濃度的鉻脅迫，具有較強(qiáng)的適應(yīng)力和耐污力，可作為處理含鉻廢水的植物之一。