鍶在土培辣椒不同器官中的富集與遷移規律

姜曉燕，劉淑娟，閆 冬，何映雪，丁庫克

(1．中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫學所放射生態學研究室，北京 100088；2．新疆醫科大學附屬腫瘤醫院，新疆烏魯木齊 830011)

目前開展放射生態學研究已成為研究的熱點，一方面集中在研究放射性核素在生態環境中的富集與遷移特征，尋找超富集植物，對放射性核素污染土壤具有修復潛力的植物篩選和培育，進行生物修復方面研究；另一方面對可食植物蔬菜等食品進行放射性風險評估以及研究食用后對機體健康產生的影響。鍶-90為核試驗及核電站事故特征性人工放射性核素，為長壽命核素，物理半衰期29.1年[1]，核試驗產生的放射性落下灰通過沉降落在土壤、植物表面，可經植物葉片吸附、吸收和根系吸收而進入植物體內，經過植物的代謝及食物鏈之間的各級生物體循環，對食物鏈內各級生物體及人類造成潛在的內、外照射危害[2]。鍶-88是放射性核素鍶-90的穩定同位素，兩者具有相同的化學性質和環境行為，本研究利用穩定性核素鍶-88替代放射性核素鍶-90。前期已對葉類、莖類蔬菜進行此方面研究[3]，但對于以常用果實類蔬菜辣椒(Capsicum annuum L.)為代表的果類蔬菜研究報道較少，因此，本研究采用土培實驗方式，探討辣椒對鍶的遷移和富集能力。本次實驗研究目的是掌握果實類蔬菜對鍶的富集特征，為核事故后食品安全風險評估提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 實驗核素

選用鍶的穩定核素鍶-88的化合物模擬鍶-90研究，鍶-88的化合物無毒，易溶于水，本實驗采用SrCl2·6H2O提供Sr2+，為優級純試劑，由國藥集團化學試劑有限公司生產。

1.2 主要儀器

電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-AES，Spectro Arcos，德國)、Milli-Q純水儀、組織研磨儀、粉碎機、離心機、分光光度計、恒溫水浴、分析天平、微波消解儀等。

1.3 實驗蔬菜

選擇國內大部分地區均有栽培的常見食用蔬菜——辣椒作為研究對象。辣椒為十字花科，蘿卜屬，果實供食用，為果菜類蔬菜。辣椒種子購自中國農科院中蔬良種研究開發中心。

1.4 實驗土壤及理化性質測定

供試土壤采自北京市昌平區興壽鎮農田，采樣深度為表層0～20 cm褐土，pH值為7.45，有機物含量為16.85 g/kg、測定該土壤中的本底總鍶濃度均值為159.33 mg/kg。取3.0 kg的風干土壤于聚乙烯塑料花盆中，直徑為25 cm，高為20 cm。鍶以SrCl2·6H2O溶液形式均勻地拌入土壤中，所用去離子水中鍶的濃度為6.0×10-5μg/mL。每個處理濃度設3個重復。土壤加鍶處理后，室溫靜置14 d，使其在土壤中鍶濃度達到平衡狀態，備用。土壤理化性質測定：土壤pH值測定采用玻璃電極法，水土比為2.5∶1(V/m)，水溶液為0.01 mol/L的CaCl2溶液；有機質含量測定采用水合熱重鉻酸鉀氧化-比色法。

1.5 實驗分組

實驗設置空白對照組1組：以土壤中鍶本底值159.33 mg/kg為對照組，記為CK；土壤污染組為5組：設置鍶含量為對照組的1.5、2、2.5、3和3.5倍，分別記為Sr1.5、Sr2、Sr2.5、Sr3和Sr3.5。

1.6 辣椒種植與管理

種植地點在北京昌平區興壽鎮一個農用大棚內，光照周期為10 h。植物生長溫度為20～25℃。首先將辣椒種子播種于平衡好的土壤中，每盆均勻播種6粒，出苗后，減株至每盆保留3棵植株，實驗期間定期按需澆去離子水，維持土壤中持水量在70%左右，各組的實驗條件保持一致。待生長周期結束后，收取辣椒樣品和土壤樣本進行鍶含量的測定。

1.7 樣品處理與測試

1.7.1 土壤樣品處理土壤樣品經風干研磨，過100目篩，準確稱取0.10 g，置于微波加熱高壓聚四氟乙烯消解罐中，加入6 mL硝酸與2 mL氫氟酸，放于微波消解儀(Mars，美國)中進行消解，冷卻，加入1 mL高氯酸在電熱板上敞口加熱，待酸液揮發，加入1 mL硝酸微熱，冷卻至常溫，用高純水定容至25 mL，再取1 mL稀釋10倍后檢測。

1.7.2 辣椒樣品處理將每棵辣椒從花盆中完整取出，用去離子水沖洗，瀝干水分。將蔬菜分為根、莖、葉、果實于80℃烘干至恒重；粉碎后稱取0.200 0 g，置于微波加熱高壓聚四氟乙烯罐中，加入2 mL硝酸和1 mL過氧化氫靜置3 h以上，在165℃下消解4 h，完全消解后定容至10 mL，再取1 mL稀釋10倍后檢測，實驗用水均為經Milli-Q過濾后的超純水，消解后液體澄清。

1.7.3 鍶含量測試采用ICP-AES測定鍶元素的濃度。使用土樣標準參考樣GBW07401(GSS-1，國家標準物質)作為標準樣品，與采集土壤樣品以同樣方式消解后進行測量對比，儀器對鍶元素的檢出限為0.02 μg/L。

1.8 數據統計、計算與分析

數據以 xˉ±s表示，采用SPSS 16.0進行統計分析，對照組和實驗組之間鍶含量、富集系數和遷移系數差異采用方差分析，進行t檢驗，以α=0.05為檢驗水準。富集系數(concentration coefficient，CR)和遷移系數(transfer coefficient，TF)計算[4-5]如下所示：

CR=植物器官中的核素含量/土壤中的核素含量

TF=植物地上器官中的核素含量/植物根系中的核素含量

2 結果

2.1 辣椒各器官的鍶含量

鍶脅迫下辣椒不同器官對鍶吸附能力影響結果見表1。如表1所示，土壤鍶濃度處理對辣椒不同器官的鍶含量具有顯著影響(P＜0.05)。辣椒不同器官鍶含量在Sr2.5、Sr3和Sr3.5組土壤鍶處理條件下均高于對照組(P＜0.05)，且根部鍶含量隨土壤中鍶濃度增加而增加，辣椒莖、葉和果實鍶含量在Sr3組達最高，辣椒莖和葉的鍶含量在Sr3.5組達最高。辣椒在不同土壤鍶濃度處理下，各器官鍶含量排序為：C根＞C葉＞C莖＞C果實，即可食用部分——果實中的鍶含量最低。

表1 辣椒各器官中鍶含量(±s，mg/kg)

表1 辣椒各器官中鍶含量(±s，mg/kg)

與CK組比較，*P＜0.05.

果實0.33±0.04 5.45±3.67 9.56±3.02 31.36±3.43*42.91±8.32*34.84±10.06*組別CK Sr1.5 Sr2 Sr2.5 Sr3 Sr3.5根莖葉86.13±14.28 370.95±149.6 565.36±392.21 983.69±240.91 2 262.68±208.30*3 205.58±140.13*13.77±0.92 135.57±49.55 229.26±75.92*340.51±82.03*342.87±46.54*530.59±150.07*26.25±3.29 280.32±109.12*477.58±96.41*660.86±117.22*933.18±66.00*1 412.50±208.67*

2.2 辣椒各器官的富集系數

辣椒各器官對鍶的CR值見表2，辣椒根的CR值隨著鍶濃度水平的升高逐漸增加，在Sr3.5組達到最大值。莖和葉的CR值變化一致，隨著鍶濃度的升高而增加，在Sr2組達到第一個高值，在Sr2.5和Sr3組逐漸下降，Sr3.5組時達到第二個高值。在土壤不同濃度處理下，辣椒各器官的CR值排序為：CR根＞CR葉＞CR莖＞CR果實。

表2 辣椒各器官的CR值(±s)

表2 辣椒各器官的CR值(±s)

與CK組比較，*P＜0.05.

組別CK Sr1.5 Sr2 Sr2.5 Sr3 Sr3.5根莖葉0.45±0.12 1.33±0.33 2.30±0.09 2.62±0.36 4.49±1.28*5.51±1.83*0.07±0.01 0.52±0.25 0.89±0.45*0.86±0.23*0.68±0.09*0.97±0.07*0.14±0.03 1.07±0.53*1.78±0.44*1.68±0.45*1.85±0.21*2.46±0.40*果實0.01±0.00 0.02±0.01 0.03±0.00*0.08±0.03*0.08±0.01*0.06±0.01*

2.3 辣椒各器官的遷移系數

辣椒不同器官對鍶的TF值見表3，結果顯示，辣椒總的TF值較低，葉TF值相對較高、莖部TF值次之、果實TF值最低。TF作為植物將某物質從根系部分向地上部分轉移能力大小的評價指標，其值越大，表明植物根系向地上部分轉運某物質的能力越強。

表3 辣椒各器官的TF值(±s)

表3 辣椒各器官的TF值(±s)

與CK組比較，*P＜0.05.

組別CK Sr1.5 Sr2 Sr2.5 Sr3 Sr3.5莖葉0.16±0.03 0.43±0.24 0.43±0.26 0.35±0.08 0.16±0.07 0.19±0.11 0.31±0.04 0.83±0.40 0.99±0.11*0.69±0.15 0.44±0.15 0.46±0.10果實0.00±0.00 0.01±0.00 0.03±0.02*0.03±0.01*0.02±0.01 0.01±0.00

3 討論

研究中采用的指標有遷移系數(TF)和富集系數(CR)。CR表示植物從土壤中吸收鍶元素的能力。不同植物的CR值具有一定的差異性。對于可食用植物來說，某種有害物質在植物可食用部分的CR越小，說明食物越安全；對于篩選污染土壤的植物修復來說，CR值越大，其植物修復的可行性也越大。TF值作為植物將某物質從根系部分向地上部分遷移能力大小的評價指標，其值越大，表明植物根系向地上部分轉運某物質的能力越強。在植物修復技術中，希望篩選出TF較大的植物，這樣便于對地上部分植物的收獲，有利于除去土壤中的污染物，TF值在不同品種作物之間存在差異性[6]。可食用蔬菜有作為有效修復鍶污染土壤的可能性物種之一，用于鍶污染的區域或土壤。有研究表明[7]，可食用植物表現為抗高濃度鍶脅迫能力從高到低分別為：芝麻＞向日葵＞菊苣＞西葫蘆＞黃秋葵＞高粱＞木耳菜＞四季豆，綜合植物對鍶的抗性及富集能力，可利用菊苣、西葫蘆、黃秋葵及木耳菜對較高濃度鍶污染土壤進行植物修復。本研究中辣椒果實在各器官對鍶的富集系數中最低，CR值也最小，TF值最低，且辣椒果實的吸收和富集特征比其余組織小；同樣在前期對3種不同類型蔬菜研究中，蘿卜作為可食用塊根類蔬菜，食用部分根部鍶的富集情況也相對較少[3]，可以考慮辣椒和蘿卜作為食品級蔬菜作物種植在鍶輕度污染的地區。若食用部分的鍶含量達到相關食品安全標準，且鍶核素又較多的被植物吸收并轉運到非食用部分，通過收獲不同組織，達到既避免資源浪費又清除污染的目的。綜上，本研究的結果表明，辣椒可食用部分——果實的鍶含量最低，從食品安全角度考慮，辣椒果實相對安全；辣椒根、葉具有較強富集能力；辣椒葉、莖具有較強遷移能力，即非食用部分可考慮作為植物修復備選植物。