鎘和鉛在蓮藕各器官中累積規律的研究

許曉光，盧永恩，李漢霞

（華中農業大學園藝林學學院，園藝植物生物學教育部重點實驗室，國家蔬菜改良中心武漢分中心，湖北武漢，430070）

蓮藕（Nelumbo nuciferaGaertn.），也稱蓮，為多年生水生蔬菜，主要分別在亞洲，我國主栽區主要在長江流域和黃淮流域，栽培歷史悠久。蓮藕因使用目的不同，可將其分為花蓮、子蓮和藕蓮。蓮藕植株分為荷葉、荷梗（葉柄）、匍匐莖（藕帶）和藕（膨大的莖）。在蓮藕生長初期，匍匐莖生長柔嫩，可以食用，即藕帶；在生長后期，匍匐莖頂端膨大，可食用，即藕。蓮藕全身是寶，有很高的營養價值，可供生食、熟食、制作罐頭、加工藕粉和蜜餞等[1]。

近些年來，由于工業發展和城市的擴張，水體遭受工業“三廢”污染，農業的農藥、化肥污染情況也逐漸顯現，而與之緊密相關的蓮藕等水生蔬菜的食用安全問題也日益凸顯，其中的重金屬污染問題尤為突出。重金屬如鎘（Cd）、鉛（Pb），不僅影響植株生長發育、導致水生蔬菜的減產，更重要的是污染產品，造成重金屬在人體的積累，危害公民健康。目前，有關重金屬Cd和Pb對蓮藕生長發育影響的報道不多，對重金屬在蓮藕各器官中的積累和分布規律研究鮮有報道。

本研究旨在探索Pb和Cd在蓮藕不同器官中累積和分布規律及其與土壤中Pb和Cd的濃度關系，以期為進一步研究蓮藕對重金屬的吸收和分配規律的分子機理奠定基礎，同時為指導蓮藕安全生產和水質凈化提供一定的依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

蓮藕品種為鄂蓮5號，武漢市蔬菜研究所提供。

1.2 試驗設計

在相同大小水缸（高×直徑=50 cm×70 cm）內裝入曬干過篩的菜園土，每缸50 kg，復合肥100 g。栽植前一周按濃度在缸中加入重金屬。對于Cd，取含Cd為3 mg/mL 的 CdCl2母液各 0（CK），10，20，30，40 mL，分別倒入不同的缸中，攪拌，使Cd均勻分布于土壤中，使添加濃度分別為 0，0.6，1.2，1.8，2.4 mg/kg，每缸為1次重復，每處理3次重復。

對于 Pb，取含 Pb 為 0.25 g/mL 的 Pb（NO3）2母液各 50，100，150，200，500 mL，分別倒入不同水缸，攪拌均勻，Pb 添加濃度分別為 0（CK），250，500，750，1 000 mg/kg，每缸為1次重復，每處理3次重復。

經測定，試驗所用土壤Cd和Pb的含量分別為0.13和 14.6 mg/kg，符合國家標準的自然背景值（GB15618-1995）

1.3 栽培管理

于2009年5月5日，取大小一致的鄂蓮5號子藕1支作為種藕，栽植于水缸中，每缸一支。常規栽培管理，及時澆水、除草、噴藥殺蟲等。在蓮藕膨大初期（8月15日）和膨大后期（10月13日）取樣，清洗，烘干，并稱干鮮質量，粉碎機粉碎，裝入鋁盒待用。

1.4 蓮藕各器官Cd和Pb含量測定

Cd和 Pb含量測定參照 GB/T 5009.12-2003進行。稱取各器官樣品1.00 g于消化管中（可放數粒玻璃珠），加 10 mL 混合酸（濃硝酸∶高氯酸=4∶1），加蓋浸泡過夜，電爐上消解，若變棕黑色，再加混合酸，直至冒白煙，消化液呈無色透明或略帶黃色，放冷，用滴管將樣品消化液過濾入25 mL容量瓶中，用蒸餾水少量多次洗滌消化管，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度，混勻備用；同時作試劑空白對照，原子吸收光譜儀（AA240FS美國，Varian公司）測定Cd和Pb含量。

1.5 土壤Cd和Pb含量測定

稱取過2 mm目篩的風干土1.0 g于消化管中，少量超純水潤濕，加王水（濃硝酸∶濃鹽酸=1∶3）4 mL搖勻，在消化爐中由低溫至微沸，待棕煙冒完，取下冷卻，加高氯酸2～4 mL，繼續消化產生濃白煙揮發高氯酸，樣品呈灰白狀，冷卻過濾至20 mL容量瓶，少量多次沖洗殘渣，定容。同時作試劑空白，測定方法同上。

2 結果與分析

2.1 土壤Cd含量與蓮藕各器官Cd累積規律

圖1 Cd的施入與土壤Cd含量變化

圖2 8月份各器官中Cd的積累

通過對土壤Cd含量測定表明（圖1），隨著外施Cd的增加，土壤Cd含量相應增加。當外施Cd濃度為0.6 mg/kg時，8月和10月土壤Cd濃度分別為 0.285 mg/kg 和 0.32 mg/kg，超出國家二級土壤環境質量標準值（0.2 mg/kg）。10月份土壤Cd濃度較8月份有所下降，表明隨著蓮藕的生長，部分Cd已經被蓮藕吸收。

蓮藕Cd梯度脅迫試驗表明，隨著外施Cd量增加，蓮藕各器官Cd濃度相應增加（圖2，圖3）。在相同的Cd濃度下，蓮藕各器官Cd積累量有明顯差異。如在早期（圖2），當外施Cd濃度為0.6 mg/kg時，荷葉與匍匐莖積累量已經超出國家標準（0.05 mg/kg），且顯著高于荷梗與蓮藕積累量；當外施Cd濃度達到1.2 mg/kg時，各器官均已超標。外施濃度高于1.2 mg/kg后，荷葉、荷梗和匍匐莖中的Cd含量急劇升高，匍匐莖中Cd濃度增加最快，當施入量為 2.4 mg/kg 時，其 Cd 含量已達到 0.47 mg/kg，是荷葉的 1.91 倍、荷梗的 3.48 倍以及藕的 2.47 倍。

生長晚期Cd積累方式與早期類似（圖3），各器官Cd含量隨土壤施入濃度的增加而增加。當施入量高于0.6 mg/kg時，藕的Cd濃度急劇增加，當施入含量達到1.8 mg/kg時，膨大藕中Cd含量達到0.2 mg/kg，是荷葉的 1.31 倍，荷梗的 2.60 倍。

縱向比較前期和后期Cd在各器官中的累積表明，在外施 Cd 濃度逐漸增加時（0～1.8 mg/kg），隨著生長期的延長，蓮藕各器官中Cd積累也逐漸增加（圖2，圖3）。

綜合來看，在外施一定Cd濃度下，蓮藕中Cd含量以匍匐莖最高，荷葉次之，藕再次，而荷梗最低。但隨生長期的延長，特別是成熟期，在高濃度下，藕中Cd含量增加，可能超過荷葉。

2.2 土壤Pb含量與蓮藕各器官Pb累積規律

結果表明，隨Pb施入量的增加，土壤Pb含量也隨之增加（圖4），當Pb施入濃度為500 mg/kg時，8月和10月土壤Pb含量分別達到 266.1和251.4 mg/kg，均超出國家二級土壤環境質量標準值（250 mg/kg）。

圖3 10月份各器官中Cd的積累

圖4 Pb的施入與土壤Pb含量變化

圖5 8月份各器官中Pb的積累

圖6 10月份各器官中Pb的積累

土壤Pb濃度與蓮藕各器官中Pb含量也存在明顯的正相關性（圖5，圖6），隨著土壤Pb濃度的增加，各器官Pb含量也隨之增加。不過，各器官Pb含量的增幅并不相同，以匍匐莖增幅最大，含量也最高。如8月份，當Pb外施濃度從250 mg/kg增加到750 mg/kg時，匍匐莖Pb含量從2.4 mg/kg增加到 8.78 mg/kg，是荷葉的 5.22 倍、荷梗的 2 倍和藕的 3.56 倍，Pb 含量在匍匐莖中凈增加了 5.38 mg/kg，而在同樣狀況下，Pb在藕中的含量卻僅增加了2.29 mg/kg。

10月份，當外施Pb濃度低于250 mg/kg時，藕中Pb含量也較低，但隨著外施Pb的增加，其Pb含量迅速增加，在外施500 mg/kg時已經超過荷葉的Pb含量。在相同Pb濃度處理下，8月份的荷葉、荷梗、藕中的Pb累積量分別低于10月份相應器官的累積量，即隨生長期的延長，各器官Pb含量增加。其中8月份匍匐莖Pb含量與其他器官各時期相比，增加更為明顯。可見，匍匐莖最容易造成Pb累積。

整體來看，一定Pb濃度下，蓮藕各器官Pb含量為：匍匐莖＞荷梗＞藕＞荷葉。但在較低濃度下，荷梗和荷葉Pb含量變化幅度較小，結藕早期荷梗高于荷葉，結藕后期則荷葉高于荷梗。當外施Pb濃度高于250 mg/kg時，各器官Pb含量已經全部超標。

3 討論

3.1 外施濃度與器官差異對Cd和Pb累積的影響

重金屬的施入量影響其在各器官中的積累。在一定的Cd，Pb濃度范圍內，隨Cd，Pb施入濃度的增多，蓮藕各器官的累積量也逐漸增多，土壤重金屬含量與蓮藕累積量呈正相關。當外施Pb濃度低于 500 mg/kg，鎘濃度低于 1.2 mg/kg 時，荷葉、荷梗Cd，Pb累積量高于藕的積累量，這對于蓮藕食品安全是有利的。各器官中Cd，Pb含量是一個累積過程，而且隨外施濃度的增加，累積速度也增加。因此，控制重金屬污染源在一定的濃度范圍內，對于改善土壤環境和蓮藕的安全生長尤為重要。

重金屬在各器官中的累積量與重金屬的種類有關。Cd在荷梗中的積累量低于荷葉，而Pb在荷梗中的積累量卻高于荷葉。這可能與重金屬在植物體內的吸收和代謝存在差異有關。因此，了解不同重金屬在蓮藕體內的運輸、代謝及積累規律，發掘影響其轉運和代謝的關鍵基因，對于揭示重金屬的調控分子機理，解決蓮藕的重金屬污染問題具有重要意義。

重金屬的積累量存在器官差異。本研究表明，低濃度下，Cd，Pb在蓮藕中的分布是：地下匍匐莖＞荷葉或荷梗＞藕。研究認為，Cd在植物器官中的分布一般為：根＞葉＞莖＞花、果、籽粒[2]，也有人持不同觀點[3]。藕較其他器官Cd，Pb含量低的原因可能為以下幾點：①匍匐莖通氣組織發達，葉片巨大，蒸騰作用與光合作用強，利于Cd，Pb的向上轉運；②匍匐莖、荷葉或荷梗等器官中谷胱甘肽等螯合物在相應酶的作用下，與Cd離子形成絡合物的能力比藕強；③蓮藕是非超積累植物，其地下部器官和地上部器官對鎘的代謝途徑和調控存在差異。

Pb在蓮藕器官中的分布基本上是：地下匍匐莖＞荷梗＞藕＞荷葉。荷梗中的含量高于荷葉，可能與Pb離子半徑較大，其不易轉運和形成穩定的絡合物有關。

3.2 土壤污染與蓮藕的食用安全

外施Cd濃度高于0.6 mg/kg，Pb濃度高于500 mg/kg 后，土壤 Cd，Pb 濃度均超標（圖1，圖4）。當外施Cd濃度大于1.2 mg/kg，外施Pb濃度大于250 mg/kg時，蓮藕食用器官Cd，Pb均超標。可見，蓮藕食用安全與土壤的污染狀況有直接的關系。

當土壤外施Cd濃度（0.6 mg/kg）超出國家二級標準（0.2 mg/kg）時，葉片和藕中 Cd的積累量卻未超標。而當土壤外施Pb濃度在國家二級標準范圍內（250 mg/kg）時，除藕以外的其他器官Pb積累量均超標。這種現象表明，蓮藕對Cd，Pb的吸收除與土壤中全Pb、全Cd含量有關外，還與他們在土壤中的有效態有關[4]。

因此，研究土壤全Cd、全Pb和有效Cd、有效Pb含量的關系，以及它們在蓮藕各器官中積累的關系，找出蓮藕各食用器官在未超標狀態下土壤重金屬的最高上限，對于蓮藕食用安全檢測指標的優化和蓮藕重金屬污染標準制定具有重要的參考價值。

[1]孔慶東.中國水生蔬菜品種資源[M].武漢：湖北科學技術出版社，2004.

[2]張軍，束文圣.植物對重金屬鎘的耐受機制[J].植物生理與分子生物學學報，2006，32：1-8.

[3]黎先超，孫曉梅.蓮藕吸收重金屬含量的分布狀況[J].中南民族大學學報:自然科學版，2006，25：26-27.

[4]李其林，劉光德，黃昀，等.大田蔬菜Pb、Cd污染途徑的研究[J].中國生態農業學報，2004，12：149-152.