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(yàn)，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(nèi)積累的影響。結(jié)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(fù)合處理對小麥生物量的毒害影響表現(xiàn)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(jìn)小麥對Pb的吸收。

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

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）15-3501-03

重金屬污染對生態(tài)系統(tǒng)，尤其是對植物-土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響是近年來人們所關(guān)注的一個(gè)重要的環(huán)境污染問題[1，2]。土壤中的Pb會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)和品質(zhì)下降，并且能夠在作物可食部分富集從而進(jìn)入食物鏈，進(jìn)而危害人類健康，因此Pb是一種亟待治理的環(huán)境污染物。

研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)酸能與金屬形成穩(wěn)定的復(fù)合體，將離子態(tài)的金屬轉(zhuǎn)變成低毒或無毒的螯合態(tài)形式[3]，故可通過向培養(yǎng)介質(zhì)中添加有機(jī)酸來調(diào)節(jié)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(chǎn)區(qū)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(tài)系統(tǒng)的脅迫效應(yīng)，以期為小麥生產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)環(huán)境污染的防治提供依據(jù)。

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(xiāng)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(xué)科教儀器廠）、KD21B-C美的微波爐（中國美的公司）。所用化學(xué)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(xué)試劑廠。200目尼龍篩網(wǎng)，50 mL容量瓶若干。

供試土壤：供試土壤采自河南省新鄉(xiāng)市牧業(yè)區(qū)豐樂里村附近的農(nóng)田，土壤pH 6.8、有機(jī)質(zhì)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(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)Pb濃度，分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g/kg；3個(gè)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(shí)作為對照，共16個(gè)處理[5]，3次重復(fù)。土壤晾干后，過2 mm篩，裝入直徑20 cm、高20 cm的塑料桶內(nèi)，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(shí)每桶以底肥的形式施5 g有機(jī)肥，土壤加Pb后混合均勻，平衡熟化14 d。種子經(jīng)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(biāo)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(nèi)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(nèi)積累的Pb量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel軟件計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，用SPSS軟件進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)，顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度檸檬酸對Pb脅迫下小麥生物學(xué)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(qiáng)[6]。當(dāng)Pb的濃度為0.5 g/kg時(shí)，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?yàn)樯倭縋b的加入促使其他必需營養(yǎng)元素能更為有效吸收，這與王學(xué)鋒等[7]的研究結(jié)果相似。當(dāng)檸檬酸處理濃度為1.0 g/kg時(shí)，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(shí)均有顯著（P<0.05）增加，最大增幅分別為42.13%、86.73%、34.57%；當(dāng)檸檬酸處理濃度為3.0 g/kg時(shí)，小麥的根長和單株干重較不投加檸檬酸時(shí)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(dāng)檸檬酸處理濃度為3.0 g/kg時(shí)，植株從6月3日開始出現(xiàn)黃化現(xiàn)象，直至試驗(yàn)結(jié)束黃化現(xiàn)象仍沒有消失，而且隨著Pb濃度的增加，黃化、矮化現(xiàn)象加重，說明Pb和高濃度的檸檬酸復(fù)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(xiàng)生物學(xué)指標(biāo)較低濃度（1.0 g/kg）處理時(shí)均有所下降，這可能是因?yàn)闄幟仕崾且环N弱酸性化合物，高濃度的檸檬酸會(huì)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(jié)果表明，檸檬酸的加入對Pb脅迫下小麥生長的影響既表現(xiàn)有緩解的效應(yīng)也表現(xiàn)有加劇毒害的作用，這種影響作用與有機(jī)酸的濃度以及Pb濃度有關(guān)，這與夏小燕等[4]研究檸檬酸、草酸對Cd脅迫下小麥生長發(fā)育的影響結(jié)果類似。

2.2 不同濃度檸檬酸對Pb脅迫下小麥植株體內(nèi)Pb積累量的影響

Pb在小麥植株體內(nèi)的積累是Pb通過食物鏈進(jìn)入人體的一個(gè)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(gè)部位對Pb的富集量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對照，且各處理根部和莖部與對照相比差異均達(dá)顯著水平（P<0.05），同時(shí)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(qiáng)等[9]的研究結(jié)果相同。值得注意的是，檸檬酸的適量加入能夠增強(qiáng)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(qiáng)，說明檸檬酸對土壤中的Pb具有一定的活化能力，促進(jìn)小麥對Pb的吸收。尤其當(dāng)檸檬酸處理濃度為1.0 g/kg、Pb處理濃度為2.0 g/kg時(shí)，小麥根、莖和葉的Pb積累量均達(dá)到最大值，這似乎是小麥吸收Pb的一個(gè)飽和濃度點(diǎn)。另外，當(dāng)檸檬酸處理濃度為3.0 g/kg、Pb處理濃度≥2.0 g/kg時(shí)，小麥各部分Pb含量開始下降，這是因?yàn)闄幟仕岷蚉b共同作用加劇了對小麥的毒害作用，使小麥出現(xiàn)黃化、矮化等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了小麥的生長，導(dǎo)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(xué)性狀表現(xiàn)特征相一致。

3 結(jié)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(jìn)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(xiàn)有緩解的效應(yīng)也表現(xiàn)有加劇毒害的作用，這與有機(jī)酸的濃度以及Pb濃度有關(guān)。

3）小麥根部Pb積累量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地上部，檸檬酸的適量加入能夠增強(qiáng)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(qiáng)。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P(guān)b積累量最高，此時(shí)Pb的吸收可能達(dá)到飽和。

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