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酞酸酯(PAEs)高、低積累水稻品種根系吸收PAEs的動力學差異

2025-04-24 00:00:00肖佩云陳雪雪趙海明莫測輝向壘李彥蔡全英
農業環境科學學報 2025年3期
關鍵詞:水稻

摘要:為探究不同品種水稻根系吸收酞酸酯(PAEs)的動力學差異,利用3種PAEs化合物、設置不同濃度進行水稻水培試驗,研究不同品種水稻對PAEs的吸收積累差異。結果表明:PAEs高、低積累水稻品種根系對PAEs的吸收量隨時間延長而增加,吸收過程可分為快速吸收(0~2 h)和慢速吸收(4~36 h)兩個階段,二者以主動吸收為主;高PAEs積累品種培雜泰豐的根系對PAEs的吸收能力比低PAEs積累品種豐優絲苗的強。水稻根系的PAEs吸收速率受其營養液濃度影響,二者之間的關系能用Michaelis-Menten方程擬合;培雜泰豐的米氏常數(Km)較豐優絲苗的小,而對PAEs吸收載體的親和力以培雜泰豐的更高,這可能是2種水稻吸收積累PAEs差異的原因之一。3種PAEs化合物相比,水稻根系對其親和力大小為鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)gt;鄰苯二甲酸正二丁酯gt;鄰苯二甲酸二乙酯,導致水稻積累更多的DEHP。水稻根系吸收PAEs會導致其營養液pH升高,增幅(ΔpH)為培雜泰豐gt;豐優絲苗,即培雜泰豐對PAEs吸收轉運載體的親和力較豐優絲苗強。研究表明,豐優絲苗具有更低的PAEs親和力和吸收速率,因此其比培雜泰豐可吸收積累更少的PAEs,更有利于農產品安全。

關鍵詞:水稻;鄰苯二甲酸酯;吸收動力學;品種差異;新污染物

中圖分類號:X53;X173;S511 文獻標志碼:A 文章編號:1672-2043(2025)03-0784-10 doi:10.11654/jaes.2024-1169

酞酸酯(PAEs,俗稱塑化劑)被廣泛用作塑料增塑劑、農藥載體等[1-3]。我國是PAEs和塑料制品的生產和使用大國,2020年我國農用塑料薄膜使用量達260.3萬t[4],2020—2022年我國西北六省區農田地膜殘留量平均為70.3 kg·hm-2 [5]。農用塑料薄膜中的PAEs會被釋放到農業土壤中,導致土壤PAEs持續污染[3,6-7]。另外,施用化肥(我國2020年達5 984萬t)[4]和污水灌溉等也會增加土壤PAEs 殘留[2,8]。我國農業土壤PAEs污染較國外嚴重,尤其是發達地區和使用地膜覆蓋的土壤,如某地土壤中PAEs最高達1 232mg·kg-1,超過國外相關控制標準,呈大面積污染特征,其中以鄰苯二甲酸正二丁酯(DBP)和鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)檢出率和含量較高[4,8]。廣東省5 種不同利用類型的農業土壤中6 種優控PAEs的總含量以水田的最高[9]。另外,谷類食品是我國居民攝入PAEs的主要來源,其占膳食總攝入量的39.4%~44.6%[10]。我國居民的PAEs暴露水平高于德國和比利時等歐美多國;國內以珠三角居民對PAEs的暴露水平最高[11]。課題組前期從珠三角稻田采集的稻谷樣品中也普遍檢測到了PAEs(最高3.22 mg·kg-1,干質量)[12]。PAEs是國家《新污染物治理行動方案》重點關注的具有內分泌效應的一類新污染物。土壤PAEs等有機污染,以及其對農產品安全與人體健康的影響已經引起廣泛關注[13-14]。探索降低作物尤其是水稻對PAEs的吸收積累對保障農產品安全和人體健康有重要意義。

針對大面積中、低程度污染的農業土壤,篩選和種植污染物低積累作物品種是有效利用和保障農產品質量安全的重要舉措[14-15]。研究者們已篩選獲得了一批適用于鎘、鉛等重金屬輕、中度污染耕地種植的水稻高產、重金屬低積累品種[16]。課題組前期圍繞不同作物品種吸收積累新污染物的差異(即種內差異或基因型差異)進行了一定研究,篩選獲得了對PAEs、全氟辛烷磺酸等新污染物的高、低吸收積累差異的水稻、菜心、生菜等不同基因品種,發現作物根系吸收并向上遷移是植物地上部PAEs 的主要來源[17-19],同時從植物體內代謝PAEs、根際消減等研究了作物高、低積累PAEs差異的影響機制[14,18,20]。某些作物如菜心、菠菜能通過根系吸收和莖葉吸收兩種途徑吸收積累脂溶性新污染物如多環芳烴和PAEs[2,21]。研究發現,水稻和菜心莖葉中DEHP和DBP的主要來源途徑是根系吸收運移[20,22]。而且,植物根系對有機污染物的吸收方式有主動吸收和被動吸收兩種,即共質體和質外體途徑[21,23]。但水稻對PAEs的吸收積累途徑及其動力學過程和影響因素尚不清楚。不同水稻品種對PAEs的吸收動力學及其對水稻積累PAEs的差異也鮮見報道。因此,本研究采用前期篩選出的PAEs高、低積累的水稻品種培雜泰豐與豐優絲苗作為供試作物,進行營養液培養試驗,研究水稻根系對PAEs的吸收動力學及其影響因素,探討其對PAEs的吸收途徑,為初步闡明PAEs 高、低積累水稻品種積累PAEs的差異機理、保障農產品質量安全提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

課題組前期從廣東省廣泛種植的20個水稻品種中篩選獲得了PAEs高積累和低積累水稻品種,分別為培雜泰豐和豐優絲苗[17,20],本研究以這兩個品種作為供試作物。以理化性質差異較大的PAEs 化合物DBP、DEHP、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)(表1)為代表,其購自阿拉丁試劑公司。

1.2 水稻培養試驗

采用溶液培養法培養水稻,按照國際水稻營養液通用配方配制營養液[20]。試驗容器為2.0 L的玻璃燒杯,用錫箔紙和黑牛皮紙包裹燒杯的周圍和瓶口,避免PAEs 光解。選擇均勻飽滿的水稻種子,經10%H2O2消毒、25 ℃催芽24 h后,將種子轉移到有機基質與土壤混合物(體積比1∶1)中培育至5片真葉,幼苗根系洗凈后轉移至未添加PAEs的1/2濃度與全濃度營養液中各培養5 d,再換成超純水饑餓培養1d,每個燒杯分5蔸種植20株[20,24]。根據PAEs的水溶度和前期預試驗及文獻報道的方法,按以下方案進行水稻培養:①分別設置濃度為40 mg·L-1 的DEP、DBP、DEHP 3 種營養液,pH 為5.50,25 ℃下培養2、4、8、16、24、36 h 時采樣;②分別設置營養液中DEP和DBP 的濃度分別為0、2、5、10、15、20、40 mg·L-1,pH 為5.50,在25 ℃下培養36 h。各方案以0.1% 甲醇促溶,此濃度范圍內甲醇對植物生長無影響,同時加入1 mg·L-1的NaN3防止微生物降解[20]。每個處理設置3個平行,隨機排列。根據培養時間采集樣品,水稻根系樣品先用超純水清洗,再將其在二氯甲烷中浸泡2 min,最后用蒸餾水洗凈,將水稻分為根系和地上部(即莖葉),各部分樣品冷凍干燥后用不銹鋼粉碎機粉碎,分析PAEs 的含量。同時采用pH 計測定水稻培養36 h時營養液的pH值。

1.3 樣品中PAEs的提取、凈化和色譜分析方法

樣品中PAEs的提取、凈化和色譜分析等,采用課題組已優化的方法[12,14]。上述凍干樣品(1.00 g)中的PAEs 采用二氯甲烷(色譜純,20 mL)超聲波提取3次,4 000 r·min-1 離心5 min,合并提取液[14]。提取液采用真空旋轉蒸發器濃縮至約1.0 mL,并用色譜柱(自下而上填充3 cm氧化鋁、10 cm二氧化硅和3 cm無水硫酸鈉)凈化和二氯甲烷洗脫3次,洗脫液再用旋轉蒸發儀濃縮、氮吹儀吹干后定容至1 mL。待測液中PAEs 采用氣相色譜-質譜儀聯機(GC-MS)分析[14,20]。柱溫箱的初始溫度為100 ℃,以30 ℃·min-1升溫到280 ℃,保持6 min,溶劑延遲時間2 min,運行時間15 min。采用選擇離子檢測,根據質譜特征離子及相對保留時間對DEP、DBP和DEHP定性。采用包括DEP、DBP 和DEHP 的混合標樣,配制濃度為0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、4.0、10.0 μg·mL-1的標準曲線進行定量。DEP的回收率為84.7%~91.6%,檢出限為1.2 μg·kg-1;DBP的回收率為87.1%~93.2%,檢出限為1.4 μg·kg-1;DEHP 的回收率為81.2%~103.5%,檢出限為2.0μg·kg-1。水稻體內PAEs含量以干質量計。

1.4 數據處理

試驗數據結果為3 次重復的平均值,使用Excel2013進行數據圖表處理;采用SPSS 20進行單因素方差統計分析,并用Duncan′s新復極差法進行顯著性分析。

(1)水稻根系對PAEs的吸收與時間的關系采用Elovich方程進行擬合:

Ct =C0+kln(t/2)

式中:Ct為t 時刻水稻根系PAEs的吸收量,mg·kg-1,以干質量計;C0為初始吸收量,mg·kg-1;t 為吸收時間,h;k 為根系PAEs的吸收速率常數,h-1。

(2)水稻根系對PAEs的吸收速率與時間的關系采用一級動力學方程進行擬合:

Vt =V0×e-kt

式中:Vt為t 時間內水稻根系PAEs的平均吸收速率,mg·kg-1·h-1;V0為初始吸收速率,mg·kg-1·h-1;t 為吸收時間,h;k為根系PAEs的吸收速率消減速率常數,h-1。

(3)水稻根系吸收PAEs的動力學曲線與酶促反應動力學曲線相似[21],可用Michaelis-Menten 方程的雙倒數方程進行擬合:

1/V=Km/Vmax×1/C0+1/Vmax

式中:V 是水稻根系PAEs 的吸收速率,mg·kg-1·h-1;Vmax 是水稻根系對PAEs 的最大吸收速率,mg·kg-1·h-1;C0是營養液中PAEs的初始濃度,即PAEs吸收速率達到0.5Vmax時營養液中PAEs的初始濃度,mg·L-1;Km是米氏常數。

2 結果與分析

2.1 不同水稻根系吸收DEHP的動力學特征及差異

在水稻生長時間(0~36 h)內,兩種水稻根系對DEHP的吸收量隨時間延長而增加(圖1)。在0~2 h內,兩種水稻根系對DEHP的吸收量迅速增加,培雜泰豐根系對DEHP 的吸收量達到8.39 mg·kg-1,而豐優絲苗的為6.04 mg·kg-1。在4~36 h內,兩種水稻根系對DEHP的吸收減慢,而且培雜泰豐根系對DEHP吸收量的增加速率比豐優絲苗的快。總體上,同一時間培雜泰豐根系DEHP的含量均比豐優絲苗的大,而且隨時間延長,兩種水稻根系的DEHP含量差異呈現增大趨勢(圖1a)。

兩種水稻根系對DEHP的吸收量與時間關系可用Elovich方程進行擬合。由于在一定的溫度條件下吸收速率常數的大小只由作物品種和污染物的種類決定,因此可將其作為表征植物根系吸收污染物能力的指標。由擬合結果可知,培雜泰豐根系對DEHP的吸收速率常數(4.340 h-1)大于豐優絲苗的(3.236 h-1)(表1),說明培雜泰豐對DEHP的吸收能力比豐優絲苗的更強。

為了進一步探討在36 h 內兩種水稻根系對DEHP的吸收動力學特征,用根系對DEHP的吸收速率和時間作圖(圖1b)。兩種水稻吸收DEHP的過程均分為快速吸收階段和慢速吸收階段:快速吸附主要發生在前2 h,培雜泰豐和豐優絲苗根系對DEHP 的平均吸收速率分別為4.19 mg·kg-1 ·h-1 和3.02 mg·kg-1·h-1;而慢速吸收現象主要發生在2~36 h。兩種水稻根系對DEHP 的吸收速率在2~8 h 時下降幅度較大,培雜泰豐根系對DEHP的吸收速率在8 h時為2 h時的39.5%,而豐優絲苗的則為41.5%,此時間段培雜泰豐和豐優絲苗DEHP吸收速率的平均降低速率為0.42 mg·(kg·h2)-1和0.30 mg·(kg·h2)-1。8~36 h時下降速度變緩慢,至36 h時,培雜泰豐根系對DEHP的吸收速率僅為2 h 時的11.2%,而豐優絲苗的則為11.8%,此時間段培雜泰豐和豐優絲苗對DEHP吸收速率的平均降低速率為0.042 mg·(kg·h2)-1 和0.032mg·(kg·h2)-1。

水稻根系吸收速率與時間的關系用一級動力學方程進行擬合可知,培雜泰豐根系對DEHP的吸收速率消減速率常數(0.061 8 h-1)大于豐優絲苗(0.061 6h-1)的(表1),說明前者對DEHP的吸收更快,并且降速更高。

另外,試驗時間段內兩種水稻地上部對DEHP的積累量隨時間延長而增加(圖2),但隨時間延長其增加幅度減少。總體而言,培雜泰豐地上部DEHP含量在各時間段內均比豐優絲苗的大,在2 h時,培雜泰豐與豐優絲苗地上部DEHP 含量存在最大差值3.07mg·kg-1,在4~36 h時,兩者差值為1.74~2.33 mg·kg-1,即隨時間的增加兩種水稻的地上部DEHP含量差值呈現減小的趨勢。

2.2 兩種水稻根系吸收DBP和DEP的動力學特征及差異

在36 h 內,兩種水稻根系對DBP 和DEP 的吸收量均隨著時間的延長而增加(圖3)。在0~2 h內,兩種水稻根系對DBP 和DEP 的吸收量迅速增加,但是增加幅度卻隨著吸收時間的延長而減小。兩種水稻吸收DBP和DEP的過程也分為快速吸收(0~2 h)和慢速吸收(2~36 h)兩個階段。

兩種水稻根系對DBP和DEP的吸收量和時間關系均能用Elovich 方程進行擬合(R2=0.677~0.776)。水稻根系對DBP和DEP的吸收速率常數均是培雜泰豐的高于豐優絲苗的(DBP:2.254 h-1 vs 2.155 h-1;DEP:2.136 h-1 vs 2.078 h-1)(表1),說明培雜泰豐根系吸收DBP和DEP的能力比豐優絲苗的更強。

對0~36 h內根系對DBP和DEP的吸收速率和時間作圖(圖4),分析其吸收動力學特征差異。在0~2 h時,培雜泰豐根系對DBP和DEP的平均吸收速率分別為2.67 mg·kg-1·h-1與2.14 mg·kg-1·h-1,豐優絲苗根系對DBP和DEP的平均吸收速率分別為2.04 mg·kg-1·h-1和1.79 mg·kg-1·h-1,即培雜泰豐的平均吸收速率均高于豐優絲苗的。與DEHP類似,兩種水稻根系在2~36 h時對DBP和DEP的平均吸收速率均顯著下降;8 h時培雜泰豐與豐優絲苗根系對DBP的吸收速率分別為2 h時的35.7%和41.9%,此時的平均降低速率為0.29、0.20mg·(kg·h2)-1;對DEP吸收速率的平均降低速率為0.20、0.17 mg·(kg·h2)-1。至36 h時,培雜泰豐和豐優絲苗根系對DBP的吸收速率分別為2 h時的9.6%和11.6%。

采用一級動力學方程擬合水稻根系對DBP 和DEP吸收速率與時間的關系,發現吸收速率消減速率常數為k 培雜泰豐gt;k 豐優絲苗(表1),說明培雜泰豐根系對DBP和DEP的吸收速率較豐優絲苗的高。

兩種水稻地上部DBP和DEP的含量在0~36 h內隨時間的延長而呈現增加的趨勢(圖5),在0~2 h時,培雜泰豐與豐優絲苗地上部DBP 含量增量分別為4.12 mg·kg-1 和3.77 mg·kg-1,DEP 含量增量分別為3.23 mg·kg-1 與2.88 mg·kg-1,但2 h 后DBP 與DEP 含量的增加幅度隨吸收時間延長而呈現減少的趨勢。在各時間段內培雜泰豐地上部DBP和DEP的含量總體上大于豐優絲苗的,說明培雜泰豐地上部對DBP和DEP的積累量高于豐優絲苗的。

2.3 營養液DBP濃度對水稻根系吸收DBP的影響

在0~40 mg·L-1 DBP濃度范圍內,兩種水稻根系對DBP的吸收速率隨營養液DBP濃度的增加而增大(圖6a)。低濃度下(0~10 mg·L-1),單位濃度DBP 增加帶來的根系DBP 吸收速率的增率較大,培雜泰豐和豐優絲苗根系的分別為0.021 h-1和0.017 h-1,即低濃度下兩種水稻根系DBP的吸收速率隨著DBP濃度升高增加較快。中、高濃度下(10~40 mg·L-1),單位濃度DBP 帶來的吸收速率的增率放緩,為0.001~0.002 h-1,明顯比低DBP 濃度時的慢,說明二者根系對DBP 的吸收差異主要體現在低濃度下,總體上培雜泰豐根系對DBP的吸收速率均大于豐優絲苗的。

傳統酶學研究中,Michaelis-Menten方程的Km值是用來表征酶和底物親和力的參數,僅與酶和底物種類有關,與底物濃度無關。通常,Km 越小,酶與底物的親和力越大[21]。本研究采用Michaelis-Menten雙倒數方程能很好地擬合水稻對DBP 的吸收過程(擬合方程的R2為0.989~0.996),可用Km值來表征水稻根系吸收DBP時細胞膜上DBP的轉運載體與DBP的親和力,即Km值越小,根系細胞膜轉運載體對DBP的轉運能力越強。對比發現,培雜泰豐根系的Km值(10.90)小于豐優絲苗的(11.71),培雜泰豐根系的Vmax(0.388mg·kg-1·h-1)大于豐優絲苗的(0.354 mg·kg-1·h-1),說明培雜泰豐根系細胞膜轉運載體對DBP的親和力強于豐優絲苗的。

兩種水稻地上部DBP含量也隨培養液中DBP濃度的增加而增大(圖6b),說明水培條件下水稻地上部的DBP含量受營養液中DBP濃度的影響。總體而言,培雜泰豐地上部的DBP 含量在各營養液濃度范圍內均比豐優絲苗的大,且在低、中濃度(0~20 mg·L-1)下差異較為明顯,而在高濃度(20~40 mg·L-1)下差異變化不大。這些結果說明兩種水稻地上部對DBP積累差異主要體現在低、中濃度下,且培雜泰豐地上部對DBP的富集能力強于豐優絲苗的。

2.4 營養液DEP濃度對根系吸收DEP的影響

與DBP相似,隨營養液DEP濃度的增加,水稻根系對DEP的吸收速率也總體呈增大的趨勢。在低濃度(0~10 mg·L-1)下,根系對DEP 吸收速率的增率較大,培雜泰豐和豐優絲苗根系的分別為0.012 h-1 和0.011 h-1(圖7a)。在中、高濃度(10~40 mg·L-1)下,兩種水稻根系DEP吸收速率的增率放緩至0.003~0.004h-1,說明兩種水稻根系對DEP 的吸收差異主要體現在DEP 低濃度,培雜泰豐根系對DEP 的吸收速率總體上均比豐優絲苗的大。

采用Michaelis-Menten雙倒數方程也能很好地擬合水稻根系對DEP 的吸收過程(擬合方程的R2 為0.974~0.997),培雜泰豐根系對DEP的Km值(117.38)小于豐優絲苗的(126.43),培雜泰豐的Vmax(1.389 mg·kg-1·h-1)大于豐優絲苗的(1.125 mg·kg-1·h-1),表明培雜泰豐根系細胞膜轉運載體對DEP的親和力也強于豐優絲苗的。而且,兩種水稻根系對DEP的Km值和Vmax是對DBP 的約10 倍和3 倍,說明根系細胞膜轉運載體對DEP的親和力強于對DBP的。另外,相同營養液濃度下,培雜泰豐地上部的DEP含量均比豐優絲苗的高(圖7b),說明培雜泰豐莖葉可以比豐優絲苗積累更多的DEP。

2.5 水稻根系吸收PAEs時介質pH的變化

兩種水稻根系對PAEs 吸收36 h 后營養介質的pH升高(圖8)。種植培雜泰豐的DBP營養液的ΔpH(即36 h時營養液pH減去營養液初始pH)為0.87,顯著大于種植豐優絲苗的ΔpH(0.64)(Plt;0.05);含DEP的營養液中,種植培雜泰豐和豐優絲苗的營養液ΔpH分別為0.61和0.54,即培雜泰豐吸收PAEs所產生的營養液ΔpH均大于豐優絲苗的。

3 討論

兩種水稻品種的根系對脂溶性PAEs(DEP、DBP、DEHP)的吸收量隨時間的延長而增加,整個吸收過程可分為快速和慢速兩個階段。這與小麥、胡蘿卜、大豆等作物根系對脂溶性多環芳烴和有機磷酸酯的吸收過程相似,即化合物能從營養液中快速向根部擴散并在根系組織中逐步地分配和富集[21,23,25]。兩種水稻相比,培雜泰豐根系對3種PAEs的吸收能力、吸收速率常數、根系載體對PAEs的親和力均大于豐優絲苗的,這可能與不同基因型水稻品種的根系形態、根系分泌物、光合速率、蒸騰速率和抗氧化酶系統等的響應差異有關[26-28]。前期研究表明,培雜泰豐的根表面積、根體積與總根長均顯著大于豐優絲苗的[26],因此更有利于捕獲PAEs[18,26];而且兩種水稻的低分子有機酸存在顯著差異[28]。PAEs脅迫會對水稻根系形態與低分子有機酸分泌產生影響,進而使水稻對PAEs的吸收積累受到影響[26]。在PAEs脅迫下,培雜泰豐與豐優絲苗抗氧化酶系統響應的差異可能也會影響水稻吸收積累PAEs的能力。有研究表明,不同基因型水稻和菜心品種對PAEs的脅迫響應不同,其株高、光合速率、蒸騰速率、可溶性糖含量和丙二醛含量等的響應存在基因型差異[18,26],這些生理生化過程會對水稻根系吸收積累PAEs有一定影響。另外,兩種水稻根系對PAEs 的吸收積累還受水稻代謝過程的影響[20]。前期研究發現,低積累品種豐優絲苗對DBP的體內代謝及其粗酶液對DBP的代謝能力比培雜泰豐的更強,這可能會使豐優絲苗的積累量更低[20]。

植物根系對多環芳烴等新污染物的吸收方式有主動吸收和被動吸收兩種(即共質體和質外體)[23,25],其吸收量受營養液污染物濃度影響,符合Michaelis-Menten方程擬合曲線[21,25]。本研究中,隨著PAEs濃度的增加,兩種水稻根系對PAEs的吸收量增加,但是隨著時間的延遲,水稻根系對PAEs吸收量的增幅呈愈來愈小的趨勢。這與水稻根系主動吸收PAEs有關,因該過程會消耗代謝能量[21,23,25]。通常,如果根系對PAEs等污染物的吸收過程僅有被動吸收,那么根系對污染物的吸收速率會被營養液與根系中污染物的濃度差所驅動,根系對污染物的吸收速率隨其初始濃度的變化會表現為線性分配的直線,如小麥根系吸附有機磷酸酯是線性關系[25]。但在本研究中水稻根系對PAEs的吸收呈現飽和曲線,說明其吸收過程包括主動吸收過程[21,23]。有研究發現,作物根系對多環芳烴的主動吸收過程是以H+共運方式進行的[23]。營養介質pH的變化能反映不同作物根系吸收多環芳烴能力的大小,其中介質pH升高幅度越大則表明根系對多環芳烴吸收越多[23]。如小麥幼苗根系氫質子內流率提高了根系對多環芳烴的吸收,且H+-ATP酶活性也提高[23],這表明H+和轉運載體參與了脂溶性PAEs、多環芳烴等吸收過程。根系吸收能力愈強,共運吸收消耗介質的H+亦愈多,pH上升幅度亦愈大[29]。本研究中培雜泰豐根系吸收DBP后營養液ΔpH顯著高于豐優絲苗的(圖8),說明培雜泰豐對DBP等的吸收能力更強。關于不同品種水稻吸收積累PAEs差異的過程和分子機制有待進一步研究。

培雜泰豐與豐優絲苗對3種PAEs的吸收量都表現為DEHPgt;DBPgt;DEP(圖2、圖5),這可能與PAEs的理化性質有關[13,30-31]。DEHP的水溶性(0.4 mg·L-1)較DBP(12.1 mg·L-1)和DEP(928.0 mg·L-1)(表1)的低,而且DEP較易揮發和降解[30]。同種水稻根系的DBP與DEP 的Km 值大小為DEPgt;DBP。已有研究表明Km值能表征植物根系吸收污染物時細胞膜上污染物的轉運載體對污染物的親和力[23],即水稻根系對3 種PAEs 的親和力大小為DEHPgt;DBPgt;DEP。而3 種PAEs 的正辛醇-水分配系數(Kow)的lg Kow 大小為DEHP(9.64)gt;DBP(4.57)gt;DEP(3.30)(表1)。可以發現,水稻根系細胞膜主動運輸載體Km值的大小順序與污染物Kow的順序相反,而載體親和力大小和Kow順序一致。這與已報道的小麥根系吸收萘、菲、芘的規律類似[29]。另外,長鏈且存在支鏈的DEHP代謝/降解率比短直鏈的DBP 和DEP 的低[32]。可能因為DEHP比DBP 和DEP 更難被水稻在體內進行代謝,所以其更容易在水稻體內積累。

4 結論

(1)酞酸酯(PAEs)高、低積累水稻品種根系的PAEs吸收量隨時間的延長而增加,可分為快速吸收和慢速吸收兩個階段,且以主動吸收(即共質體途徑)為主。培雜泰豐根系對PAEs的吸收能力較豐優絲苗的強。

(2)水稻根系對PAEs吸收速率與其含量之間的關系可用Michaelis-Menten方程來擬合,培雜泰豐的米氏常數小于豐優絲苗的,而兩者對PAEs吸收載體親和力的大小卻相反,為培雜泰豐大于豐優絲苗,這進一步說明培雜泰豐根系對PAEs的吸收能力比豐優絲苗的強,導致培雜泰豐可積累更多的PAEs。

(3)水稻根系吸收PAEs會導致其周圍介質pH升高,兩種水稻根系吸收PAEs所引起介質pH升高幅度(ΔpH)表現為培雜泰豐gt;豐優絲苗,佐證培雜泰豐根系吸收轉運載體親和力比豐優絲苗大,通過共質體途徑吸收積累更多PAEs。

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(責任編輯:潘淑君)

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