砂基培養檉柳對菲的吸收及分布研究

王 攀，孫愛花，張光耀，郭慶斌，李 格，崔康佳，陳少華，姜理想，謝文軍*

（1.濱州學院生物與環境工程學院，山東 濱州 256603；2.濱州職業學院，山東 濱州256600）

近年來，因石油開采由內陸向海域轉移，國內外濱海區域遭受石油污染的事件時有發生，2010年發生的Deepwater Horizon石油泄漏事件，造成了約480萬桶原油進入墨西哥灣，海岸線污染區域超過了1600 km，濱海濕地植被及生態功能受損嚴重，至今尚未恢復[1,2]。據統計，我國采油區周邊土壤總石油烴（TPH）含量已遠超500 mg/kg的臨界值[3]。檉柳（Tamarix chinensis Lour.）耐鹽、適應性強，是濱海濕地生態系統中的優勢植物物種，對于維護濱海生態系統穩定發揮重要作用，但其對石油污染響應的報道很少。

石油組分復雜，由脂肪烴、芳香烴、瀝青、膠質等成分組成，一般條件下，脂肪烴在土壤中降解較快，而瀝青、膠質等組分則較穩定，在土壤等介質中賦存時間較長，芳香烴組分具有揮發性，易在生物體富集轉化，進而危害機體健康，影響環境質量[4]。本文以石油典型芳香烴組分菲為研究對象，研究濱海濕地優勢植物物種檉柳生長對菲污染的響應，對菲的吸收及體內分布特征，旨在為分析評價石油等污染物對濱海生態系統的影響，以及濱海植物吸收、轉運菲等物質提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

菲購自Aldrich Chemical Co.，純度〉98%。石油醚（60～90℃）、丙酮、正己烷、二氯甲烷、無水硫酸鈉、層析用硅膠（200～300目），均為分析純，海砂為化學純，經高錳酸鉀浸泡，清水洗凈后晾干。主要儀器包括：KQ-300DE數控超聲波清洗器，RM-3旋轉濃縮蒸發儀，氣相色譜儀（Aligent7890A）。檉柳為1個月苗齡的實生苗，培養液為Hoagland半強度營養液。

1.2 試驗方法

將海砂裝入直徑為20 cm的塑料缽中，植入檉柳苗，每缽3株，清水澆透，置光照培養室中培養2周，期間每天用營養液澆灌，待生長穩定后進行菲污染處理。設置3個菲濃度：0mg/L、5mg/L、10 mg/L，每個濃度重復3次，以0 mg/L作為對照。連續處理14 d后，將檉柳取出，用清水沖洗干凈，分成地上、地下兩個部分，稱重后，分別粉碎、冷凍干燥。同時將試驗外砂培種植的檉柳置烘箱中干燥，計算含水量，依此，分別計算不同菲污染處理的植株干重。

稱取1～2 g干燥后植株樣品，用 10 mL（V/V=1：1）丙酮和石油醚混合液，超聲提取30 min，重復3次，將提取液合并后，過無水硫酸鈉，在40℃條件下，濃縮近干，用正己烷溶解，過硅膠株凈化，用二氯甲烷和正己烷（V/V=1：1）洗脫，洗脫體積30 mL，濃縮近干，再用正己烷定容至2 mL，進行GC分析。

GC條件：HP-5石英毛細柱（30m×0.32mm×0.25 μm），進樣口溫度為290℃，柱溫箱初始溫度80℃，保持 2min，然后以 10℃ /min速度升至 290℃，保持5min，進樣量1μL，不分流，外標法定量。

1.3 數據分析

富集系數（CF）：植株地上部或地下部體內污染物含量（Cp）與水溶液中污染物濃度（Cw）的比值，即CF=Cp/Cw[5]；

傳導系數（TF）：植株地上部富集系數（SCF）與地下部富集系數的比值（RCF），即TF=SCF/RCF[6]。

利用Excel及SPSS13.0統計軟件進行試驗數據整理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 檉柳生物量

不同處理檉柳的生物量見圖1。5mg/L、10 mg/L菲處理2周，檉柳地上部、地下部生物量與對照相比有所升高，但未達顯著水平，表明處理濃度的菲對檉柳生長沒有顯著的表觀影響。凌婉婷等[7]也發現，1 mg/L的菲、芘對黑麥草生長沒有顯著的表觀毒害效應。已有研究表明鹽生植物與甜土植物相比，對菲等污染物具有更強的耐受性[8]。

圖1 不同處理檉柳生物量

2.2 檉柳對菲的吸收

植物對非極性有機污染物的吸收，可以看作是污染物在水-根、根-莖葉之間的連續分配過程[9]。由表1可知，檉柳地下部菲的含量顯著高于地上部，地上部、地下部對菲的吸收隨著菲濃度的增加顯著增加（p〈0.05）。植物根系對有機非極性污染物的吸收與其脂肪含量有關[9]，透過細胞壁后，穿越細胞膜進入根系內部。

表1 不同處理檉柳體內菲含量及分布

富集系數可以反映植物對環境中污染物的富集能力，檉柳地下部富集系數大幅高于地上部，這可能因為地下部根系直接接觸污染物，且根系中脂肪含量高所致。隨著菲濃度增加，檉柳地下部菲富集系數顯著降低（p〈0.05）。根系對有機污染物富集主要集中在根表皮中，難以向上遷移[10]，本研究發現檉柳地上部菲含量達1.0～2.0 mg/kg，表明進入根內的菲隨著蒸騰拉力向地上部莖葉運輸，但富集系數較地下部降低達10倍以上。與地下部相似，隨菲濃度升高，富集系數顯著降低。黑麥草、秋茄吸收轉運菲也有相近的報道[7,11]。對照處理檉柳地上部有菲檢出，表明檉柳莖葉能夠吸收少量揮發于空氣中的菲，但與污染處理相比，所占比例僅為2.0%左右，因而不是菲在檉柳地上部富集的主要途徑。對照處理中地下部沒有菲檢出，表明通過莖葉吸收的菲，難以沿著韌皮部向地下遷移。

2.3 菲在檉柳中的傳導

傳導系數可以用來反映污染物在植物體內由地下部向地上部的轉運能力，TF值越大表明污染物由植物根部向莖葉轉移的能力越強。理論上TF值小于1，本研究兩個污染處理的TF值較小，在0.08左右（表1），表明菲在檉柳體內由地下根系向地上莖葉轉運有限。有機污染物在植物體內運轉主要取決于其辛醇-水分配系數（Kow），LogKow為1.0～2.0時，較易在植物體內運轉，大于4.0時，在植物體內運轉較難，菲的LogKow約為4.55左右[12]，因而，菲在檉柳中TF較小。在兩個菲濃度下，TF值相差不大，表明檉柳體內的菲沒有隨地下部濃度的升高而顯著增加。通過熒光觀察的方法發現，莖葉中的菲主要分布在葉脈的維管束內，以及附近的海綿組織中，最終到達葉肉進行貯存，并在其中進行降解轉化[11]。

對于疏水性強的有機污染物在植物體內運轉一直存在爭議，莖葉中的污染物是來自地上部的直接吸收還是由地下部轉運而來?已有多個報道證實植物地上部的莖葉能夠直接吸收周圍環境中的有機污染物[13]，本研究表明檉柳地上部直接吸收菲僅占其含量的2.0%左右，因而，盡管菲脂溶性強，在檉柳體內運轉較弱，但其地上部菲富集還是主要來自于地下部運轉傳導。通過同位素示蹤結合色譜分析技術證明，菲及其代謝物能夠通過燈芯草根向莖葉傳導[14]，Wild等采用 TPEM（Two-photon excitation microscopy）技術直接觀察了菲的母體化合物在玉米、小麥根中的傳導過程[15]。這與本研究發現菲能夠在檉柳體內進行傳導轉運是一致的。

3 結論

（1）5 mg/L、10 mg/L菲連續處理14 d對檉柳生長無顯著抑制作用。

（2）檉柳地上部菲富集能力顯著低于地下部，富集系數較地下部低10倍以上；菲在檉柳體內傳導系數約為0.08左右，在5 mg/L、10 mg/L菲污染條件下，地上部莖葉菲富集主要來自地下部的轉運傳導。