電子垃圾污染土壤種植生菜的毒理研究

于芳芳　王瑾豐　于 敏

(1.惠州市惠城區環境技術中心， 廣東　惠州　516003； 2.華南理工大學 環境與能源學院， 廣州　510006；3.工業聚集區污染控制與生態修復教育部重點實驗室， 廣州　510006)

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電子垃圾污染土壤種植生菜的毒理研究

于芳芳1王瑾豐2,3于 敏2

(1.惠州市惠城區環境技術中心， 廣東惠州516003； 2.華南理工大學 環境與能源學院， 廣州510006；3.工業聚集區污染控制與生態修復教育部重點實驗室， 廣州510006)

摘要：通過采集電子垃圾堆放點周圍的土壤，在室內栽種生菜，研究電子垃圾污染土壤中的重金屬對生菜的毒性影響以及生菜對重金屬的抗性。研究結果表明，隨著土壤中重金屬含量的增加，生菜體內葉綠素含量降低，距離電子垃圾堆放點2 m、20 m、40 m、50 m的土壤和水稻土上生長的生菜葉綠素平均含量分別是汕頭土的21.2%、23.0%、64.3%、74.1%、62.9%，生菜表現出明顯的失綠癥狀，光合作用的能力明顯下降；土壤中重金屬含量越高，生菜的過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)活性越高；生菜的CAT活性并未隨著生菜的生長出現較大變化，但POD活性在生長后期有所增強；生菜對土壤重金屬污染的自身調節能力較差。

關鍵詞：電子垃圾；重金屬；土壤；生菜

電子垃圾的產量隨著電子信息等高科技產業的迅猛發展逐年增加，其不當的處理方式，將導致重金屬等有害物質進入環境，并嚴重危害人類生存環境和身體健康[1-6]。有研究表明[7-8]，電子垃圾拆解區一般都被重金屬污染。電子垃圾中重金屬等有害物質在介質中的轉化吸收和在生物體內的富集過程非常緩慢，其危害可能在數年甚至數十年后才能被發現[9]。生菜屬菊科萵苣屬，為一年生或二年生草本作物，在東南沿海，特別是大城市近郊、兩廣地區栽培較多。生菜根系淺，須根發達，對土壤要求不嚴，適應性廣，因此將其作為研究對象。

目前，電子垃圾對植物的毒理研究主要是通過測定受污染土壤和土壤上生長的植物體內的重金屬來評估電子垃圾對植物的影響，但較少研究植物各個生長階段所受的影響。本文利用受電子垃圾污染的土壤在室內栽種生菜，分析生菜體內葉綠素含量、過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)的活性，從而研究電子垃圾污染土壤中的重金屬對生菜的毒性影響以及生菜對重金屬的抗性。

1　材料與方法

1.1樣品的采集

根據實驗需要，采集受不同程度重金屬污染的同類型土壤，采樣點分別距電子垃圾拆解區2m、20m、40m、50m，同時采集電子垃圾拆解區附近水稻田的土壤和未受重金屬污染的汕頭土。土壤中5種重金屬的含量如表 1所示。

表1　土壤中重金屬含量　(mg/kg)

1.2實驗方法

采集地表下5～8 cm的土壤作為試樣，土壤自然風干后去除雜物并過100目篩。每個盆栽中放入3 kg土壤，每種土壤另設2個平行樣。在播種前，將生菜種子在清水中浸泡24h。在溫室(25～45℃)，將6粒生菜種子播種于表1所述六種土壤中，每天9：00和16：00各澆一次水。培養周期為71天。

在生菜生長過程中觀察其生長狀態，每周測試其葉綠素a和葉綠素總含量、過氧化氫酶和過氧化物酶的活性。

1.3分析方法

生菜葉綠素a和總葉綠素含量均采用分光光度法測定，先用95%乙醇和丙酮的混合液提取，然后分光光度法于 663、645 nm處測定吸光值，并計算其含量。過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)活性采用比色法測定[10]。

2　結果與討論

2.1電子垃圾污染土壤對生菜葉綠素的影響

葉綠素是光合作用的物質基礎，其含量高低將直接影響光合作用的強弱及物質合成速率的高低，不同重金屬離子對植物葉片葉綠素含量的影響存在明顯的差異[11-12]。各種土壤上生長生菜的葉綠素a和葉綠素總量變化如圖1和圖2所示。從圖中可以看出，不同土壤上生長的生菜中葉綠素平均含量表現為：2 m土<20 m土<水稻土<40 m土<50 m土<汕頭土，2 m土、20 m土、水稻土、40 m土、50 m土上生長的生菜葉綠素平均含量分別是汕頭土的21.2%、23.0%、62.9%、64.3%、74.1%。這表明隨著土壤中重金屬含量的增加，生菜體內葉綠素含量降低，表現出明顯的失綠癥狀。這說明電子垃圾污染土壤會降低生菜體內葉綠素含量，減弱其光合作用，從而使其生長受到影響。

圖1　生菜葉綠素a的含量

圖2　生菜總葉綠素的含量

2.2電子垃圾污染土壤對生菜過氧化氫酶(CAT)的影響

電子垃圾污染土壤對生菜CAT的影響如圖3所示。從圖中可以看出，受污染土壤上種植生菜的CAT活性均高于汕頭土，且隨著污染程度的增加，生菜的CAT活性也相應增加。這是由于植物在逆境時，體內活性氧代謝加強而使H2O2積累，H2O2可以直接或間接地氧化細胞內核酸、蛋白質等生物大分子，并使細胞膜遭受損害，加速細胞的衰老和解體。CAT可以消除H2O2，植物組織中的CAT活性與植物的抗逆性密切相關[13]。生菜對重金屬污染十分敏感，為減輕重金屬污染對自身的傷害，重金屬污染越嚴重，其CAT活性越高。從圖3中還可以看出，生菜的CAT活性并未隨著生菜的生長出現較大變化。

圖3　生菜的CAT活性

2.3電子垃圾污染土壤對生菜過氧化物酶(POD)的影響

電子垃圾污染土壤對生菜POD的影響如圖4所示。從圖中可以看出，土壤受重金屬的污染越嚴重，所栽種生菜的POD活性也越高。從總體上看，不同土壤種植生菜的POD活性，在生菜生長后期都有所增強。這主要是由于生菜受到重金屬污染時，通過調節自身的POD活性以減輕活性氧傷害的能力較差。

圖4　生菜的POD活性

3　結論

(1) 電子垃圾污染土壤會降低生菜體內葉綠素含量，減弱其光合作用，從而使其生長受到影響。

(2) 生菜對重金屬污染十分敏感，土壤中重金屬含量越高，其CAT和POD活性越高。

(3) 生菜的CAT活性并未隨著生菜的生長出現較大變化，但POD活性在生長后期有所增強。

(4) 生菜對土壤重金屬污染的自身調節能力較差，受污染土壤上生菜CAT和POD活性明顯高于汕頭土。

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收稿日期：2016-01-21；2016-03-01修回

作者簡介：于芳芳，女，1982年生，中級工程師，研究方向：環境污染及其防治。E-mail:87201226@qq.com

中圖分類號：X503.231

文獻標志碼：A

Toxicology study on lettuce grown in E-Waste contaminated soil

Yu Fangfang1,Wang Jinfeng2,3,Yu Min2

(1. Huicheng District Environmental Technology Centre, Huizhou 516003;2. College of Environment and Energy, South China University of Technology, Guangzhou 510006;3. The Key Lab of Pollution Control and Ecosystem Restoration in Industry Clusters,Ministry of Education, Guangzhou 510006, China)

Abstract:To study the toxicity of heavy metals in the soil contaminated by e-waste and the resistance of lettuce to heavy metals, indoor lettuce plantation was carried out with soil collected in the surrounding areas of e-wastes dumping site. The results indicated that chlorophyll content of lettuce decreased with the increase of the content of heavy metals in soil. The chlorophyll content of lettuce grown in the soil sampled 2, 20, 40 and 50 m away from the e-waste dumping sites were 21.2%，23.0%，64.3%, 74.1% and 62.9% respectively of that for the control group, and lettuce showed a symptom of significant green loss and the photosynthesis ability was therefore decreased evidently. The activity of CAT and POD were also witnessed to increase with the increase of heavy metal content in soil. The CAT activity did not change with the growth of lettuce, but the activity of POD was enhanced in the late growth stage. The results also showed a poor adaptation of lettuce to heavy metal contaminated soil.

Keywords:E-waste; heavy metal; soil; lettuce